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《ZnO光催化剂及Al2O3-ZnO复合光催化剂的制备和性能研究》篇一ZnO光催化剂及Al2O3-ZnO复合光催化剂的制备和性能研究一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术因其能够利用太阳能进行环境友好型污染治理而备受关注。
其中，ZnO作为一种高效的光催化剂，因其良好的化学稳定性、高光催化活性及无毒等特性，在光催化领域具有广泛的应用前景。
本文将详细介绍ZnO光催化剂及Al2O3/ZnO复合光催化剂的制备方法，并对其性能进行深入研究。
二、ZnO光催化剂的制备ZnO光催化剂的制备主要采用溶胶-凝胶法。
首先，将适量的锌盐（如硝酸锌）溶解在有机溶剂（如乙醇）中，加入表面活性剂以控制颗粒大小和形状。
然后，通过调节溶液的pH值，使锌盐在溶液中发生水解和缩聚反应，形成溶胶。
接着，将溶胶进行干燥、煅烧等处理，得到ZnO光催化剂。
三、Al2O3/ZnO复合光催化剂的制备Al2O3/ZnO复合光催化剂的制备同样采用溶胶-凝胶法。
首先，将铝盐（如硝酸铝）与锌盐共同溶解在有机溶剂中，然后加入表面活性剂以控制颗粒大小和形状。
接着，按照一定的比例将两种金属盐进行混合，使Al2O3与ZnO在溶胶中形成复合结构。
最后，经过干燥、煅烧等处理，得到Al2O3/ZnO复合光催化剂。
四、性能研究1. 光吸收性能：通过紫外-可见光谱分析，我们可以发现ZnO 光催化剂在紫外光区域具有较好的光吸收性能。
而Al2O3/ZnO复合光催化剂由于引入了Al2O3，使得其在可见光区域的吸收性能得到提升。
这有利于利用更广泛的太阳能资源。
2. 光催化性能：在光催化反应中，我们以有机污染物（如甲基橙）为底物，考察了ZnO光催化剂及Al2O3/ZnO复合光催化剂的降解效果。
实验结果表明，两种光催化剂均具有良好的光催化性能，其中Al2O3/ZnO复合光催化剂的降解效果更佳。
这主要归因于Al2O3的引入增强了光生电子和空穴的分离效率，从而提高了光催化反应的效率。
氧化锌纳米管的制备、表征及其光催化活性研究纳米级氧化锌（1～100 nm），由于粒子尺寸小，比表面积大，具有表面效应、量子尺寸效应和久保效应等，展现出许多特殊的性质，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力。
这一新的物质状态，赋予了氧化锌这一古老产品在科技领域许多新的用途，如制造气体传感器、荧光体、紫外线屏蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、磁性材料、高效催化剂等。
目前，开发、应用纳米ZnO，已成为科技人员关注的焦点。
其中，特殊结构纳米ZnO 的优异特性更为研究者们关注。
本实验对纳米ZnO 的研究重点将侧重于: (1) 开发合成方法简单、易于工业化的纳米ZnO 制备技术；(2) 研究具有新颖结构兼具优异光催化剂性能的新型纳米ZnO。
实验室制备纳米ZnO的方法很多，一般可分为物理方法和化学方法。
其中化学方法研究开发的比较多。
一、实验目的与要求1、查阅有关文献，了解纳米ZnO在光催化应用中的研究进展；2、了解采用纳米ZnO为催化剂，分解环境污染物的原理，初步掌握能满足分解污染物催化剂的设计要求；3、采用化学沉淀法制备具有特殊形貌的纳米ZnO光催化剂并进行表征和光催化分解污染物的实验。
本实验的关键是制备出具有特殊形貌的纳米ZnO，严格按照制备条件进行实验操作。
二、预备知识或预习要求氧化物与化合物半导体的基础知识；光辐射下半导体催化剂分解污染物的基本原理；化学沉淀法制备化合物的原理；三、产品制备方案一、硝酸锌(5 mL，0.05 mol/L) 和尿素(5 mL，0.05 mol/L)加入到广口瓶中，密封，加热到90 ℃保持3小时,降到室温。
将浮在上表面的物质去除，将剩余的产物置于60 °C 保持0至4天（5人完成，每天一个人），将产品离心分离，蒸馏水清洗三次，60 °C下烘干。
方案二、准备好氯化锌(ZnCl2，80 ml，0.1 M)溶液，然后将氨水(NH3·H2O) （4 mL，25%) 以缓慢滴入（0.6-0.8 mL/min)，边滴边搅拌。
（ｃ）（ｄ）图１．１ＺｎＯ的晶体结构图（ａ）ＺｎＯ晶体在Ｃ（０００］）ｉ］ｉｉ上投影；（ｂ）Ｚｎ－０４四面体在【１１互ｏ】方向的投影；（ｃ）ＺｎＯ晶体形态；；（ｄ）ＺｎＯ纤锌矿品格幽１．３．２纳米ＺｎＯ的性能和用途ＺｎＯ是一种宽禁带直接带隙ＩＩ－ＶＩ族半导体材料，室温下能带带隙为３．３７ｅＶ，激子束缚能达６０ｍｅＶ。
世界上首次发现具有压电效应ＺｎＯ纳米结构的Ｗａｎｇ指出ＺｎＯ最重要的三点性质是“”：（１）ＺｎＯ作为一种具有宽带隙３．３７ｅＶ，大的激发能６０ｍｅＶ的半导体材料，由于近紫外区发射和透明电导性所以具有重要的应用。
（２）由于非中心对称性，ＺｎＯ所具有的压电性对于构造传感器和变频器都是非常重要的。
（３）ＺｎＯ是无毒的，具有生物相容性，所以它可以不加修饰的应用在生物医药领域““。
下面我们就对纳米ＺｎＯ的一些主要性能与用途做一简单介绍：１．３．２．１抗紫外线纳米ＺｎＯ的紫外一可见光特性的研究表明””，在可见光区，纳米ＺｎＯ比普通ＺｎＯ对可见光的吸收弱得多，有很好的透过率。
在紫外区，纳米ｚｎ０对紫外光的吸收能力远远强于普通ＺｎＯ，说明纳米ＺｎＯ具有很好的可见光透明性及紫外线遮蔽特性。
因而纳米ＺｎＯ颗粒具有防紫外线功能，可以应用于防化纤纺织品老化、防晒化妆品等领域““。
图２，３不同焙烧温度下得到的ＺｎＯ的ＴＥＭ照片（ａ）４５０＂Ｃ，（ｂ）５５０＂Ｃ，（ｅ）６５０＂Ｃ４．以碱式碳酸锌为前驱体制各ＺｎＯ的优势分析文献报道的制备ＺｎＯ的方法中，使用氢氧化锌为前驱体的有很多啪“，但不易得到粒径较小的ＺｎＯ。
下面给出了氢氧化锌的分解方程式：ＺｒＩ（ＯＨ）２ＺｎＯ＋Ｈ２０（２－３）氢氧化锌分解时生成ＺｎＯ和Ｈ２０，虽然其分解温度较低，不利于ＺｎＯ的长大，但是分解释放出的水在蒸发时由于毛细管凝聚现象而使粒子凝结在一起，发牛”“。
ａｂ图２．７前驱物的扫描电镜图（ａ）前驱物Ａ；∞前驱物Ｂ图２．８ＣＭＣ分子结构２．２．５纳米ＺｎＯ粒子的形貌及结构图２．９为ＺｎＯ样品的透射电镜图，其中ａ、ｂ和ｃ为前驱物Ａ在不同温度下焙烧所得产品的形貌图，由图可看出，３种不同温度下制备的ＺｎＯ粉体，颗粒均匀呈类球状，大小分布均匀，平均粒径分另ＪＪｌ６ｎｍ、２０ｈｍ、２５ｎｍ分散性比较好．而前驱物Ｂ所得产品颗粒形状不规则，粒径较大，尺寸约为３０～５０ｎｍ，且出现团聚现象。
