Cu-Ce摻雜及ZnTPP敏化ZnO粉體的光催化性能研究.pdf

1、金屬氧化物在光催化降解有機(jī)污染物方面受到廣大學(xué)者的關(guān)注，其中氧化鋅（ZnO）和二氧化鈦（TiO2）半導(dǎo)體材料備受青睞。本文以溶膠凝膠法制備的純ZnO、Cu/Ce：ZnO，以及利用浸漬法制備的鋅卟啉（ZnTPP）-ZnO為研究對(duì)象，采用 X射線衍射（XRD）、電子順磁共振（EPR）、透射電子顯微鏡（TEM）技術(shù)對(duì)所制備的粉體樣品的表面形貌、晶體種類及結(jié)構(gòu)、自由基種類及含量進(jìn)行表征，以甲基橙為模擬污染物，Cu/Ce：ZnO材料以太陽(yáng)光為光源

2、，ZnTPP-ZnO材料以300W燈照組為模擬太陽(yáng)光光源，通過(guò)紫外可見光譜（UV-Vis）技術(shù)對(duì)樣品的光催化活性進(jìn)表征分析。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）在溶膠凝膠法制備純ZnO粉體材料的過(guò)程中，研究了磁力攪拌溫度、干燥時(shí)間、煅燒溫度對(duì)所得 ZnO晶粒的結(jié)晶度和晶粒尺寸的影響，最終確定最佳的制備條件為：溶液中Zn2+濃度為0.6mol/L（摻雜后，Cu2+/Ce3+與Zn2+總濃度為0.6mol/L），恒溫磁力攪拌溫度為50℃（攪

3、拌1h），靜置24h，鼓風(fēng)干燥溫度為90℃（10h），煅燒溫度為500℃。
　　（2）過(guò)渡金屬Cu、稀土金屬Ce的適量摻雜能有效提高ZnO材料的光催化活性。Cu2+/Ce3+的摻雜濃度分別為0.5％，1%，2%，4%，8%，且摻雜量為2%時(shí)對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到最大，分別為37%和38%，與純ZnO相比，分別提高了12%和13%。XRD結(jié)果顯示，摻Cu后晶體中出現(xiàn)CuO和Cu2O氧化物，摻Ce后出現(xiàn)CeO2氧化物；Cu、Ce摻雜均對(duì)

4、ZnO顆粒有細(xì)化作用，晶粒尺寸隨著摻雜濃度的增加均先減小后增大。Cu：ZnO的EPR譜中共出現(xiàn)三類自由基信號(hào)， g因子分別為1.954，1.997，2.07，分別歸屬于Zn-H絡(luò)合物、正一價(jià)氧空位、Cu2+，根據(jù)不同濃度下三個(gè)共振信號(hào)的變化可知，隨著摻Cu濃度的增加，Cu2+進(jìn)入ZnO晶格的方式先后為替位Zn原子、填充鋅空位、間隙Cu原子。Ce：ZnO的EPR譜中除了g=1.954和g=1.997附近的信號(hào)外，在g=2.016處出現(xiàn)了一

5、個(gè)新的共振信號(hào)，該信號(hào)為CeO2表面吸附的超氧根離子的信號(hào)。
　　（3）通過(guò)浸漬法將不同質(zhì)量的ZnTPP負(fù)載于制備好的ZnO粉體材料，研究了攪拌溫度、光照時(shí)間及負(fù)載量（2μmol、4μmol、6μmol、8μmol、10μmol）對(duì)ZnO光催化活性的影響。采用UV-Vis技術(shù)和TEM技術(shù)對(duì)ZnTPP-ZnO復(fù)合粉體進(jìn)行表征分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，常溫?cái)嚢?、光?h、ZnTPP負(fù)載量為6μmol時(shí)，復(fù)合催化劑的光催化活性最高，且ZnTP