纳米氧化锌的制备及其光催化性能研究

纳米ZnO的合成及光催化的研究进展摘要：综合叙述了以纳米ZnO半导体光催化材料的研究现状。

主要包括纳米光催化材料的制备、结构性质以及应用，同时结合纳米ZnO的应用和光催化的优势阐述了后续研究工作的主要的研究方向。

关键词：纳米；光催化；应用1.1 ZnO光催化材料的研究进展纳米氧化锌的制备技术国内外有不少研究报道，国内的研究源于20世纪90年代初，起步比较晚。

目前，世界各国对纳米氧化锌的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等四个方面，其中制备技术是关键，因为制备工艺过程的研究与控制对其微观结构和宏观性能具有重要的影响[1]。

综合起来，纳米氧化锌的化学制备技术大体分为三大类：固相法、液相法和气相法。

1.1.1固相法固相法又分为机械粉碎法和固相反应法两大类，前者较少采用，而后者固相反应法，是将金属盐或金属氧化锌按一定比例充分混合，研磨后进行燃烧，通过发生固相反应直接制得超细粉或再次粉碎的超细粉。

固相配位化学反应法是近几年刚发展起来的一个新的研究领域，它是在室温或低温下制备可在较低温度分解的固相金属配合物，然后将固相产物在一定温度下热分解，得到氧化物超细粉。

运用固相法制备纳米氧化锌具有操作和设备简单安全，工艺流程短等优点，所以工业化生产前景比较乐观，其不足之处是制备过程中容易引入杂质，纯度低，颗粒不均匀以及形状难以控制。

王疆瑛等人[2]以酒石酸和乙二胺四乙酸为原料，采用固相化学反应法在450℃热分解4h 得到具有纤锌矿结构的ZnO粉体，通过X射线衍射及透射电镜结果分析，合成的产物粒径均小于100nm，属于纳米颗粒范围，而且颗粒大小均匀，粒径分布较窄，并采用静态配气法对气敏特性的研究发现，对乙醇气体表现了良好的灵敏性和选择性。

1.1.2气相法气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体并使之在气体状态下发生物理或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成超微粉的方法。

气相法包括溅射法、化学气相反应法、化学气相凝聚法、等离子体法、激光气相合成法、喷雾热分解法等。

功能性纳米ZnO的调控制备、表征及其光催化性能研究的开题报告1. 研究背景及意义氧化锌（ZnO）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景，如紫外线LED、太阳能电池、光催化分解有机污染物等。

在这些应用中，功能性纳米ZnO是最具潜力的材料之一。

然而，传统方法合成的纳米ZnO存在晶粒不均匀、表面不光滑等缺陷，导致其光催化活性较低。

因此，通过调控制备方法，改善功能性纳米ZnO的晶粒形态、晶面结构，从而提高其光催化性能，是当前研究的热点之一。

2. 研究内容和方法本研究计划通过溶胶凝胶法（Sol-gel）制备功能性纳米ZnO，并研究制备过程中掺杂离子、反应条件等因素对其晶粒形态、晶面结构的影响。

具体研究内容包括：（1）控制制备条件，实现纳米ZnO形态与晶面定向控制。

（2）使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）等技术表征样品结构与形貌。

（3）利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）测量纳米ZnO的光吸收性能。

（4）以甲基橙为模型污染物，考察纳米ZnO的光催化活性。

3. 预期成果通过本研究，预期达到以下成果：（1）成功制备各向异性和具有导向生长的功能性纳米ZnO。

（2）表征纳米ZnO的晶粒形貌与晶面结构，并探究制备条件对其影响。

（3）测量纳米ZnO的光吸收性能，并对其进行分析。

（4）评价纳米ZnO与光协同催化降解甲基橙的性能。

4. 研究意义制备功能性纳米ZnO，有效提高其光催化性能，对治理环境中的有机污染物具有重要意义。

本研究可以为纳米ZnO光催化性能的提高提供有效的制备方法和理论依据，进一步推进生态环保领域的研究和应用。

摘要近年来，随着工业的迅猛发展，各类工业废水、废气、废弃物等急剧增加，水污染问题成为全球性问题之一。

水污染的治理因此受到更多科研工作者的关注。

ZnO 作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有较高的电化学稳定性和热稳定性，能很好的吸收紫外光，在光激发下可有效地降解有机污染物，被广泛地应用于光催化领域。

但ZnO 光催化剂普遍存在着比表面积较小、载流子复合率高等自身缺点，限制了其光催化反应过程中的降解效率。

另外，ZnO 粉体光催化剂在回收利用过程中不仅操作繁琐复杂，难以简便将光催化剂从水溶液中分离出来，而且残留在水溶液中的光催化剂会对环境造成二次污染。

本论文主要研究了两种具有不同形貌特征的ZnO 光催化剂—ZnO 空心球薄膜和Na 掺杂ZnO 纳米线，探讨了提高其光催化活性的可能性。

借助多种材料表征手段，分析了材料的形貌、结构和光学性能。

对比研究了各种光催化剂降解甲基橙水溶液的光催化性能，并探讨了光催化反应的机理。

主要研究内容如下：(1) 以浸渍-提拉法制备的单分散六方密排PS 微球为模板，利用磁控溅射法沉积ZnO 薄膜，结合煅烧去除模板，制备了不同粒径大小的ZnO 空心球薄膜。

根据SEM 和TEM 的结果分析，证明了ZnO 纳米球的空心结构成功构筑。

样品在紫外光波段均有较强的吸收峰，对空心球内部的光路研究发现，这种空心球结构的ZnO薄膜不仅具有高的比表面积，而且能在球体的空心内部形成光陷阱，有效地提高了光的利用率。

在各粒径ZnO 空心球薄膜与ZnO薄膜降解甲基橙水溶液的对比实验中，空心球的光催化效率普遍较高，且400 nm ZnO 空心球薄膜的光催化效率最高。

(2) 在ZnO 空心球薄膜的基础上，经过溅射沉积Au 纳米颗粒构筑了Au/ZnO 空心球复合薄膜。

在紫外光照射下，对比分析了各粒径大小的ZnO 空心球薄膜和Au/ZnO 空心球复合薄膜降解甲基橙水溶液的光催化性能。

Au 纳米颗粒的沉积明显提高了ZnO 空心球薄膜的光催化速率。

试分析纳米氧化锌的制备及其光催化性能摘要：纳米氧化锌是一种面向21世纪的半导体材料，在陶瓷、化工医药、生物等领域得到了广泛的使用。

近年来，纳米氧化锌不断得到重视，对于纳米氧化锌的研究也逐渐增多，并且在试验中制备了不同结构的氧化锌材料，并研究了纳米氧化锌的性能。

纳米氧化锌的重要作用使得对于纳米氧化锌的研究具有了非常重要的现实意义。

本文将主要分析纳米氧化锌的特性、性质、应用和制备办法，以及它的光催化性能。

关键词：纳米氧化锌制备催化性能纳米氧化锌由于具有粒径小、比表面积大的特点，具有宏观物体所不具有的量子尺寸效应、表面效应以及体积效应等。

近年来，随着研究人员对纳米氧化锌的研究日益加深，发现纳米氧化锌在磁学、光学和力学等方面具有特殊的功能，其应用价值也不断得到重视和体现。

纳米氧化锌的制备成为当前科研工作的热门话题，也关系着纳米氧化锌能否用于治理环境污染。

因此，开展纳米氧化锌的制备以及催光性能的研究有十分重要的意义。

1 纳米材料的特性1.1 表面效应表面效应是指纳米材料性质上发生的变化，它是由表面原子和总原子数之比随着粒径的变化而引起的。

一般说来，当粒径减小时，表面原子的数量会快速增加，并且会随着粒径的减小，表面的原子会越多。

表面原子的悬空键增多，具有不饱和的性质，化学性能强，容易和其他原子相结合。

随着表面能的增加，表面原子数增多，表面原子和总原子数之比不断增大，“表面效应”便相继产生。

1.2 体积效应纳米粒子的尺寸和德布罗意波长相比，相似或者较小的时候，会破坏粒子周期性的边界条件，粒子的磁性、内压、热阻、熔点等发生了改变，这就是所谓的体积效应。

1.3 小尺寸效应超微细粒的尺寸和光波波长、德布罗意波长以及透射深度等相比，尺寸相似或者较小，边界条件就会被破坏，导致非晶态粒子的表面原子密度变小，造成声、光、电、热等性能发生改变，这就是所谓的小尺寸效应。

2 纳米氧化锌的制备方法纳米氧化锌的制作方法有多种，主要是分为物理法和化学法。

纳米氧化锌作为光催化剂的研究引言：光催化技术是一种高效、环保的废水处理方法，它利用光照下催化剂对有机污染物进行氧化降解。

纳米氧化锌是一种常用的光催化剂，其光催化性能强、稳定性好，因此在染料降解、水分解、CO2还原等领域得到广泛应用。

本文将从氧化锌的制备、光催化机理、性能提升等方面总结纳米氧化锌作为光催化剂的研究进展。

一、氧化锌的制备方法目前常用的氧化锌制备方法主要有溶液法、沉淀法、水热法、气相法等。

其中溶液法是最常用的方法之一，通过控制反应条件如温度、pH值、反应时间等来控制氧化锌的形貌和粒径。

水热法制备氧化锌具有简便、低成本的特点，在低温下可以得到纯相的纳米氧化锌。

沉淀法通过添加沉淀剂将产生的氧化锌沉淀下来，制备出纳米氧化锌颗粒。

二、纳米氧化锌的光催化机理纳米氧化锌的光催化机理主要通过光激发产生的电子空穴对实现。

当纳米氧化锌吸收光能激发产生电子和空穴时，它们会迁移到表面活性中心，参与氧化还原反应。

其中电子参与还原反应，而空穴参与氧化反应。

纳米氧化锌的禁带宽度较窄，能够吸收可见光和紫外光，因此在光催化中具有较高的活性。

三、纳米氧化锌的性能提升为了提高纳米氧化锌的光催化性能，研究者采取了多种方法进行功能化修饰。

常见的方法包括：掺杂、复合材料制备、表面修饰等。

掺杂是指将其他金属或非金属元素引入氧化锌晶格中，用于提高纳米氧化锌的光催化活性。

常见的掺杂元素有氮、铜、银等。

复合材料制备是将纳米氧化锌与其他材料结合制备复合催化剂，以提高催化性能。

常见的复合材料有纳米二氧化钛、纳米银等。

表面修饰是指通过改变纳米氧化锌的表面状态来提高光催化性能，如修饰导电材料、有机物等。

四、纳米氧化锌的应用领域纳米氧化锌作为光催化剂在许多领域得到了广泛的应用。

在染料降解领域，纳米氧化锌可以有效降解有机染料，如亚甲基蓝、罗丹明B等。

在水分解领域，纳米氧化锌可以吸光产生的电子用于水分解反应，从而产生氢气。

在CO2还原领域，纳米氧化锌可以将CO2还原为有机物，实现CO2的循环利用。

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。

实验报告纳米氧化锌的制备一、实验目的：1、了解纳米ZnO的性质及应用。

2、掌握制备纳米ZnO的原理和方法,并比较不同方法的优缺点.3、掌握检验纳米ZnO光催化性能的一般方法。

4、查阅资料，计算产品的利润.二、纳米ZnO的性质:纳米级ZnO同时具有纳米材料和传统ZnO的双重特性。

与传统ZnO产品相比,其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整,并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%。

同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列独特性能.纳米ZnO粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。

纳米ZnO粉体的BET比表面积在35m2/g以上。

由于纳米ZnO具有比表面积大和比表面能大等特点,自身易团聚；另一方面,纳米ZnO表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，这就极大地限制了其纳米效应的发挥。

因此对纳米ZnO 粉体进行分散和表面改性成为纳米材料在基体中应用前必要的处理手段。

三、实验原理:制备纳米ZnO的方法有很多。

按物质的原始状态分为固相法、液相法、气相法3类。

固相法包括沉淀法；气相法包括化学气相沉积法、气相反应合成法、化学气相氧化法、喷雾热分解法; 3液相法包括溶胶—凝胶法、微乳液法、水解加热法、水热法等.本次试验采用沉淀法制备纳米ZnO。

本实验以锌焙砂（主要成分为氧化锌、锌并含有少量铁、铜、铅镍、镉等杂质，杂志均以氧化物形式存在）和硫酸为主要原料，制备七水硫酸锌，以碳酸氢铵为沉淀剂,采用碱式碳酸锌分解法制备活性氧化锌。

四、实验仪器与试剂：仪器:分析天平、托盘天平、温度计、蒸发皿、胶头滴管、马弗炉、烧杯、量筒、玻璃棒、恒温水浴锅、布氏漏斗、抽滤机、坩埚、研磨、200目筛子、石棉网、药匙、锥形瓶、洗瓶、滤纸、真空泵、PH试纸。

试剂:锌焙砂、去离子水、3mol/l硫酸溶液、碳酸氢铵、0。

1mol/l高锰酸钾溶液、锌粉、氧溶液、水合肼。