Mn摻雜ZnO的制備與光催化活性的研究學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1Mn摻雜摻雜ZnO的制備與光催化活性的研究的制備與光催化活性的研究第一頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。多相光催化u1972年，日本Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)光輻射的TiO2半導(dǎo)體電極和金屬電極所組成的電池光解水，產(chǎn)生H2 u1976年, Carey等使用TiO2成功降解劇毒物質(zhì)多氯聯(lián)苯,開創(chuàng)了半導(dǎo)體光催化在處理環(huán)境污染中的應(yīng)用 2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理摻雜改性u(píng)已發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機(jī)化合物可以在紫外光線的照射下通過二氧化鈦迅速降解 第1頁/共18頁第二頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。多相光催化半導(dǎo)體光催化

2、機(jī)理摻雜改性優(yōu)勢(shì)u 對(duì)有機(jī)污染物的選擇性廣泛 u 分解礦化完全，無二次污染 u 常溫常壓下反應(yīng)，能耗低 u 環(huán)境友好，無毒無害 問題u 太陽能的利用率低 u 量子效率低 第2頁/共18頁第三頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理摻雜改性半導(dǎo)體光催化機(jī)理常用的光催化半導(dǎo)體納米粒子大多為寬禁帶n-型半導(dǎo)體氧化物半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)價(jià)帶中的電子受光激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶而形成光生電子；同時(shí)在價(jià)帶中形成光生空穴 e-h+第3頁/共18頁第四頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理摻雜改性光催化機(jī)理圖多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理摻雜改性多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理摻雜

3、改性多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理 降低光生載流子復(fù)合幾率成為提高光催化反應(yīng)量子效率的決定性因素 O2OH-O2-*OH氧化有機(jī)物第4頁/共18頁第五頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。摻雜改性多相光催化半導(dǎo)體光催化機(jī)理摻雜改性u(píng)在半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)中形成摻雜能級(jí)，擴(kuò)展其吸光波長(zhǎng)范圍 u抑制粒子的生長(zhǎng)和團(tuán)聚，加快載流子擴(kuò)散，抑制電子和空穴的復(fù)合 u使粒子表面產(chǎn)生大量的氧空位，成為空穴捕獲阱，提高光催化效率 摻雜能級(jí)形成機(jī)理減小了帶隙寬度，將只能吸收紫外光的寬帶隙半導(dǎo)體材料，改變?yōu)槟芪湛梢姽獾牟牧?第5頁/共18頁第六頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4.

4、光催化性能5. 結(jié)論本課題主要研究?jī)?nèi)容通過水熱合成的方法制備純ZnO和摻雜Mn2+的ZnO納米晶體觀察形貌及分析晶體結(jié)構(gòu)利用表面光電壓（SPV）技術(shù)檢測(cè)晶體光電特性 研究樣品催化降解染料的活性第6頁/共18頁第七頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論Zn(CH3COO)22H2O 乙醇 0持續(xù)攪拌30min白色泥漿狀物體 高壓反應(yīng)釜烘箱2002h洗滌、離心、干燥低溫凍干ZnOZnO納米粉體NaOH第7頁/共18頁第八頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論Zn(CH

5、3COO)22H2O乙醇0持續(xù)攪拌30min白色泥漿狀物體 高壓反應(yīng)釜烘箱2002h洗滌、離心、干燥低溫凍干Mn/ZnONaOHMn摻雜ZnO納米粉體Mn(CH3COO)24H2O第8頁/共18頁第九頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論SEMXRDUV-visSPVFTIRSEMZnO nanorodZnMnO直徑：長(zhǎng)度： m 第9頁/共18頁第十頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。SEMXRDUV-visSPVFTIRXRD203040506070 Intensity / a.u.2 / Deg.10000210110211

6、0103200112201純第10頁/共18頁第十一頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。SEMXRDUV-visSPVFTIRUV-vis3004005006007008000.00.10.20.30.40.50.6 Abs. / a.u.Wavelength / nmZn0.95Mn0.05O nanorodsZnO nanorods吸光范圍向可見光區(qū)擴(kuò)展第11頁/共18頁第十二頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。SEMXRDUV-visSPVFTIRSPV0.00.51.01.52.02.53.0 ZnO nanorods Zn0.99Mn0.01O Zn0.97Mn0.03O Zn0.9

7、5Mn0.05O Photovoltage / mv3004005006007008000306090120150180 Phase / Deg.Wavelength / nm負(fù)向的光伏響應(yīng)信號(hào) 擴(kuò)展ZnO的光響應(yīng)范圍 第12頁/共18頁第十三頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。SEMXRDUV-visSPVFTIRFTIR010002000300040005060708090100110 ZnO nanorods Zn0.95Mn0.05O % TWavenumber/ cm-15032358534154813803340紅移-OHH2OCO2C=O ZnO 無MnxOY特征峰（609cm-

8、1）第13頁/共18頁第十四頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。uUV-vis分光光度計(jì)檢測(cè)催化降解后溶液樣品在室溫下吸收，選擇波長(zhǎng)為茜素紅最大吸收峰522nm 1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論可見光降解茜素紅（20 mg/ L ）樣品茜素紅超聲暗態(tài)攪拌500W氙燈 濾光片第14頁/共18頁第十五頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論0204060801001200.20.40.60.81.0 blank ZnO nanorods Zn0.99Mn0.01O Zn0.97Mn0.03O Zn0

9、.95Mn0.05O C/C0Irridiation/min10%20%66%83%可見光降解茜素紅（20 mg/ L ）第15頁/共18頁第十六頁，編輯于星期六：二十點(diǎn) 二十七分。1. 課題背景2. 實(shí)驗(yàn)制備3. 樣品表征4. 光催化性能5. 結(jié)論 運(yùn)用一種成熟的水熱合成方法合成 了ZnO和摻雜Mn2+納米晶體 由掃描電鏡圖可看出形貌成棒狀，有部分聚集 由漫反射吸收和表面光電壓的結(jié)果，可以看到Mn2+的摻雜使 ZnO對(duì)光的吸收擴(kuò)展到了在可見光500-600nm 對(duì)比未摻雜和摻雜ZnO的光催化性能，單純ZnO在可見光區(qū)幾乎無催化降解作用，而摻雜5%Mn2+的ZnMnO則有著明顯的降解效果 結(jié) 論 由可看出結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦，且無其他雜