Ce3+,Sm3+,Fe3+摻雜納米ZnO的制備及其光催化和抗菌性能研究.pdf

1、環(huán)境污染是人類當(dāng)前面臨的主要問題之一，借助ZnO納米材料的光電性能，探索其在環(huán)境的應(yīng)用，對實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。ZnO納米材料的光電性能與其自身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，ZnO作為光催化劑本身存在一些缺點(diǎn)，例如光生電子空穴對(e--h+)復(fù)合率高、可見光利用效率低等，從而限制了ZnO光催化性能和抗菌活性的發(fā)揮。本文即是基于上述背景，采用離子摻雜改性的方法分別制備了Ce3+，Sm3+，F(xiàn)e3+摻雜納米ZnO，考察了樣品的光催化性能和抗菌活

2、性。利用X-射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、紫外-可見光譜(UV-vis)以及電化學(xué)工作站對所制備的摻雜ZnO樣品進(jìn)行性能測試和結(jié)構(gòu)表征。研究了Ce3+，Sm3+，F(xiàn)e3+摻雜對ZnO的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、光電流及其光催化性能和抗菌活性的影響。
　　實(shí)驗結(jié)果表明:Ce3+摻雜ZnO的形貌呈花狀。對比Ce3+摻雜量分別為0％、0.4％、0.6％、0.8％和1％的樣品可知，當(dāng)Ce3+摻雜量為

3、0.8％時，Ce3+摻雜ZnO的禁帶寬度降低為3.06eV，其光催化性能最優(yōu)，在可見光下照射240min測得樣品對羅丹明B的光催化效率為76.1％，TOC去除效率為68.6％;在紫外光下照射100min測得樣品的光催化效率為95.9％，TOC去除效率為83.4％?？咕鷾y試結(jié)果表明，當(dāng)Ce3+的摻雜量大于0.6％時，Ce3+摻雜ZnO對白色念珠菌和黃曲霉的抑菌率均大于75％。
　　Sm3+摻雜ZnO是由ZnO納米棒組裝而成的花簇狀結(jié)

4、構(gòu)。對比Sm3+摻雜量分別為0％、0.5％、1％、5％和10％的樣品可知，當(dāng)Sm3+摻雜量為1％時，Sm3+摻雜ZnO的禁帶寬度降低為3.05eV，其光催化性能和抗菌活性最優(yōu)，在可見光下照射160min測得樣品對羅丹明B的光催化效率為75.9％，TOC去除效率為66.3％;在紫外光下照射100min測得樣品的光催化效率為98.7％，TOC去除效率為87.2％。抗菌測試結(jié)果表明，當(dāng)Sm3+的摻雜量為1％時，Sm3+摻雜ZnO樣品對白色念珠

5、菌和黃曲霉的抑菌率分別為81％和77％。
　　Fe3+摻雜ZnO的形貌為典型的海膽狀。對比Fe3+摻雜量分別為0％、1％、3％、5％和7％的樣品可知，當(dāng)Fe3+摻雜量為5％時，F(xiàn)e3+摻雜ZnO的禁帶寬度降低為2.96eV，其光催化性能和抗菌活性最優(yōu)，在可見光下照射160min測得樣品對羅丹明B的光催化效率為88.3％，TOC去除效率為73.6％;在紫外光下照射100min測得樣品的光催化效率為97.7％，TOC去除效率為84.6

6、％。抗菌測試結(jié)果表明，當(dāng)Fe3+的摻雜量為5％時，F(xiàn)e3+摻雜ZnO樣品對白色念珠菌和黃曲霉的抑菌率分別達(dá)到91％和84％。
　　對比Ce3+，Sm3+，F(xiàn)e3+摻雜ZnO的光催化和抗菌性能可知，F(xiàn)e3+摻雜對ZnO的性能提升最大，這主要是因為Fe3+摻雜ZnO具有較高的光電流密度，F(xiàn)e3+的離子半徑較小，容易實(shí)現(xiàn)有效摻雜，F(xiàn)e3+摻雜ZnO對可見光的利用效率最高。Fe3+摻雜納米ZnO作為一種光催化型抗菌劑有望在自清潔涂層構(gòu)筑、