MO-MAl2O4(M=Zn,Cu,Ni)復(fù)合氧化物的可控制備及其光催化性能研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機(jī)成為人類必須面臨的兩個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。以ZnO和TiO2為代表的半導(dǎo)體氧化物由于在環(huán)境清潔及太陽能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，其相關(guān)研究倍受關(guān)注。但由于光響應(yīng)范圍窄，且載流子復(fù)合率高，限制了它們的應(yīng)用。因此，開發(fā)一類高效復(fù)合氧化物半導(dǎo)體材料成為光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本論文基于尖晶石MAl2O4這一新型光催化劑，考察不同的制備方法和條件，通過分級(jí)組裝獲得了球中球、多孔和層狀等特殊結(jié)構(gòu)的MO/MAl2O4異質(zhì)結(jié)復(fù)合光

2、催化劑。進(jìn)一步研究了光催化材料的微觀結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性質(zhì)與光催化性能的內(nèi)在聯(lián)系，主要結(jié)果如下:
　　1)采用共沉淀法制備了異質(zhì)結(jié)ZnO/ZnAl2O4復(fù)合光催化劑，在模擬太陽光照射下，考察光催化降解和殺菌性能。當(dāng)n(Zn)∶n(Al)為1∶1.5，600℃下焙燒4h所得樣品，催化劑用量為1.0 g·L-1時(shí)，50 min內(nèi)，對(duì)25 mg·L-1甲基橙的脫色率為98.5％，60 min內(nèi)，對(duì)106 CFU·mL-1大腸桿菌的殺菌率為

3、99.8％。
　　2)以葡萄糖(Glc)為模板，表面活性劑PEG-4000為輔助劑，一步水熱法制備了復(fù)合空心球。當(dāng)n(Zn)∶n(Al)為1∶1.5，Glc與總金屬離子物質(zhì)的量之比為1∶1，PEG添加量為10％，pH值為9所得前驅(qū)體經(jīng)500℃焙燒4h獲得的樣品，比表面積達(dá)158.3 m2·g-1。在模擬太陽光照射60 min后，0.5 g·L-1的樣品對(duì)25 mg·L-1甲基橙的脫色率為98.7％。
　　3)以Glc為模板，

4、在PEG-4000作用下，一步水熱法合成具有多孔結(jié)構(gòu)的CuO/CuAl2O4(Al2O3)復(fù)合光催化劑。研究了合成條件及制備方法對(duì)樣品晶相組成和光催化降解活性的影響。當(dāng)添加10％ PEG的樣品在600℃焙燒4h，其比表面積為167.1 m2·g-1。在模擬太陽光照射下，60 min內(nèi)，0.5 g·L-1樣品對(duì)25 mg·L-1甲基橙的脫色率為96.7％，與未加PEG樣品相比，對(duì)甲基橙脫色率提高了6.5％。并進(jìn)一步考察了Pt、CuS助催化

5、劑修飾對(duì)CuO/Al2O3光催劑產(chǎn)氫活性的影響，以草酸為犧牲劑，負(fù)載1 wt.％Pt和1wt.％CuS時(shí)，CuO/Al2O3具有最佳的光催化產(chǎn)氫率(4.51 mmol·g-1· h-1)，分別是原樣品、Pt負(fù)載樣品和CuS負(fù)載樣品光催化產(chǎn)氫率的1.44、1.24和1.17倍。
　　4)采用共沉淀法合成了NiO/NiAl2O4復(fù)合光催化劑，考察了Ni與Al物質(zhì)的量之比、焙燒溫度、催化劑用量及甲基橙濃度等對(duì)光催化活性的影響。當(dāng)n(Ni

6、)∶n(Al)為1∶1.5、焙燒溫度為700℃時(shí)，在紫外光照射下，60 min內(nèi)0.5 g·L-1樣品對(duì)25 mg·L-1甲基橙的脫色率為88％。通過負(fù)載金屬氧（硫）化物改善復(fù)合光催化劑的性能，當(dāng)負(fù)載量為1％（物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)）CuO時(shí)，光催化劑活性明顯提高，與未負(fù)載樣品相比，脫色率提高了9.1％。
　　5)通過調(diào)變層板不同金屬的物質(zhì)的量配比和焙燒溫度，采用水熱法獲得了組成、粒徑可控的Zn、Cu(Ni)、Al層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化

7、物(LDHs)及相應(yīng)的復(fù)合金屬氧化物光催化劑。[Zn2+]∶[Cu2+]∶[Al3+]為1∶2∶1，500℃下焙燒得到的ZnO/CuO/ZnAl2O4復(fù)合氧化物呈現(xiàn)出較好的光催化活性。在模擬太陽光照射下，0.5 g·L-1催化劑用量，60 min內(nèi)對(duì)25 mg·L-1甲基橙的脫色率為93.1％。而[Zn2+]∶[Ni2+]∶[Al3+]為2∶1∶1，500℃下焙燒得到的ZnO/NiO/ZnAl2O4復(fù)合氧化物具有良好的光催化活性，0.5