产品研发报告初稿

1、产品研发报告初稿1. 概述 1.1 研制背景 最近几年来，纺织和制药行业的水污 染问题已成为严重的环境问题， 围内解决这个问题。 基于半导体的光 催化技术由于其环境友好和本钱较低而遭到愈来愈多的关注。 在各种 半导体材料中，氧化锌由于其氧化还原电位高、激子结合能大、物理 和化学稳定性较好、便宜且无毒被用作光催化剂。虽然这些ZnO纳米 结构的光催化活性很高，但由于 ZnO光催化剂中的光生电子-空穴对 易于复合，致使光量子利用率低，从而下降其光催化效力。因此，拓 宽ZnO光催化剂的光响应范围、提高光催化进程中光生电子空穴的分 离效力，开发基于ZnO改性的高效光催化剂已成为现阶段重大前沿科 学探索领

2、域之1。本发明米取水热法制备了稀土 Eu3+搀杂的氧化锌纳 米球，并以此为催化剂降解甲基橙、 罗丹明 B 和亚甲基蓝等有机染料， 实验证明，铕搀杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活 性，所制得光催化剂在有机染料废水处理方面具有良好的利用前景。1.2 国内外相干产品发展现状 1.2.1 单1半导体光催化 剂 常见的单 1 化合物光催化剂为金属氧化物或硫化物半导体材料。 例TiO2, WO3, ZnO , ZnS, CdS 等，它们具有较高的禁带宽度，能使 化学反应在较大的范围内进行。 用于有机化合物降解的良好的半导体 光催化剂的关键是 H2O/ OH (OH-= OH + e-; Eo

3、= - 218V) 的 还原电位小于金属材料的禁带宽度 , 且能在相当 1 段时间内保持稳 定。在上述单 1 化合物半导体材料中， 金属硫化物和氧化铁的多晶型 物它们易遭到光阴极腐蚀而影响了其活性和寿命， 因此不是最好的光 佛化材料。TiO2因其化学性质稳定、抗光腐蚀能力强、难溶、无毒、 本钱低，是研究中使用最广泛的光催化材料， 它能很好地利用可见光 中的390m以下的紫外线，而没必要使用昂费和有害的人造光源(如高压汞灯等 ）所发出的短波长紫外光。不过它也有不完善的地方，TiO2的禁带宽度为3.2eV,其对应的吸收波长为387. 5mm光吸收仅局限于 紫外光区。但这部份光尚达不到照耀到地面太阳

4、光谱的5%，且 TiO2量子效力最多不高于 28%, 因此太阳能的利用效力仅在 1%左右，大大 限制了对太阳能的利用。 而氧化锌由于其氧化还原电位高、 激子结合 能大、物理和化学稳定性较好、便宜且无毒被用作光催化剂。铕搀杂 氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性。因此，为促使光生电子与空穴的分离， 抑制其复合 , 从而提高量子效力， 扩大激起光的波长范围， 以便充分利用太阳能提 高光催化剂的稳定性 . 目前，有数种经常使用的半导体光催化剂的改 性技术，主要包括过渡金属离子搀杂，贵金属沉积、稀土金属离子搀 杂、半导体光催化剂的复合和其它新型光催化剂的开发等。1.2.2 过渡金属搀杂 在半

5、导体中搀杂不同价态的过渡金 属离子，不但可以加强半导体的光催化作用， 还可使半导体的吸收波 长范围扩大至可 见光区域.从化学观点看 ,金属离子的搀杂可能在 半导体晶格中引入了缺点位置或改变了其结晶度 , 成为电子或空穴的 圈套而延长寿命。Choi等系统地研究了 21种过渡金属离子搀杂的Ti02纳米 晶，发现在品格中搀杂质量分数为11%-15%的Fe3 +, Mo5+, Ru2 + , 0s2 +, Re2 +, V 5+和Rh2+增加了光催化活性，并认为搀 杂的浓度、搀杂离子的散布，搀杂能级与 Ti0 2能带匹配程度、搀杂 离子 d 电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性 有直

6、接影响。从前人研究的成果来看对过渡金属离子的搀杂 , 其浓度对 光催化性能的提高有侧重要的影响。当搀杂量较少时 , 增加杂质离子 的浓度, 载流子的捕获位会随之增多，使得载流子寿命延长，为电荷 传递创造了条件，因此活性提高。当搀杂超过 1 定浓度后，搀杂离子 反而成为电子和电荷的复合中心， 不利于载流子向界面传递。 并且过 量的掺入量会使TiO2表面的空间电荷层厚度增加，从而影响 TiO2 吸收入射光量子，不利于光催化性能的提高。因此 , 对过渡金属离子 的搀杂 1 般存在 1 个最好量。1 . 2. 3稀土金属离子的搀杂除上述的提高光催化剂催化性能的方法外，搀杂稀土金属离子也能够提高TiO2

7、的光催化性能。 复旦大学电光源研究所研究，ZnO纳米颗粒是1种绿色环保、合成本 钱低的材料,广泛应 用于发光和光催化领域。稀土元素具有独特的 性质,通过稀土元素搀杂ZnO,可以得到具有良好特性的发光材料和光 催化剂 , 同时在传感和抗菌方面也有巨大的潜力。1 . 3产品简介（1 ）将0.5g的醋酸锌溶于20mL无水乙醇中，并加入0.1g的NaOH再加入0.08790.4229g的硝酸铕，搅拌 1h得到均匀混合溶液；（2）将步骤（1）所得的混合溶液放入聚4氟乙烯衬里的反应釜中，在180C条件下反应5h,然后冷却得到产物；（3）将步骤（2）中所得的产物用无水乙醇和水份别洗涤、离心分 离3次，在70

8、C条件下烘干12h,再放入马弗炉中800C烧结1h,即 得所述掺铕氧化锌光催化剂材料。制备的掺铕氧化锌对3种不同染料（亚甲基蓝，MSDS罗丹明B, RodamineB甲基橙，MO降解50min和100min后的降解率，对光照50min和100min的降解率进行比对，可看出在两个时间点， 均是对10mg/L的亚甲基蓝的降解率最好。2 . 根据标准 稀土元素具有丰富的能级 , 特殊的 4f 电子 跃迁特性和光学性质 , 不但能够以离子搀杂或半导体复合的情势有效 提升传统TiO2, ZnO纳米颗粒是1种绿色环保、合成本钱低的材料， 广泛利用于发光和光催化领域。稀土元素具有独特的性质 , 通过稀土 元素搀杂 ZnO, 可以得到具有良好特性的发光材料和光催化剂 , 同时 在传感和抗菌方面也有巨大的潜力。3 .研究方法采取简单的水热法制备了稀土 Eu3+搀杂的 氧化锌纳米球， 并以此为催化剂降解甲基橙、 罗丹明 B 和亚甲基蓝等 有机染料， 实验证明， 铕搀杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光 催化降解活性， 所制得光催化剂在有机染料废水处理方面具有良好的 利用前