《氧化锌光催化实验探究》5000字

]。基于以上考虑，本实验以乙酸锌、氯化锌、硝酸锌为锌源，聚乙烯吡咯烷酮（pvp）为表面活性剂，通过水热法合成化合物氧化锌，然后在紫外光下照射一定时间，利用紫外可见分光光度仪探究不同阴离子调控下合成的氧化锌纳米材料光催化降解罗丹明B溶液的效果，分析其光催化性能的差异，然后引入溴化银作为银源对其改性，优化降解效率，并对比不同复合样品的光催化性能。1实验试剂与仪器1.1实验试剂表SEQ表\*ARABIC1化学试剂具体参数药品名称分子式纯度生产厂商二水合乙酸锌C4H6O4Zn.2H2OAR山东喜玛供应链管理有限公司硝酸锌Zn(NO3)2.6H2OAR上海展云化工有限公司氯化锌ZnCl2AR上海阿拉丁生化有限公司聚乙烯吡咯烷酮(C6H9NO)nAR无锡市亚泰联合化工有限公司六亚甲基四胺C6H12N4AR泉州市比拓精细化工有限公司过氧化氢H2O2AR上海振企精细化学品有限公司罗丹明BRhBAR沧州胜昌环保科技有限公司去离子水实验室超纯水制备硝酸银AgNO3AR天津鼎盛鑫化工有限公司无水乙醇C2H5OHAR山东新材料有限公司1.2实验仪器表SEQ表\*ARABIC2实验所需仪器仪器名称型号生产厂商电子天平FA224上海精宏实验设备公司磁力搅拌器84-1郑州市予华仪器真空干燥箱DJK-D21C上海精宏实验设备公司电热恒温鼓风干燥箱DEL-4262郑州市予华仪器X射线粉末衍射仪DX—2003北京嘉德利达科技有限公司扫描电子显微镜S5200国仪量子技术有限公司马弗炉KSL—1200X兴化市宏业电热电器厂紫外可见分光光度仪UV—4005无锡创分析仪器有限公司高速离心机HC-2066湘仪离心机有限公司实验部分2.1氧化锌样品的制备如图1所示，用电子天平称取一定量的氯化锌（硝酸锌、乙酸锌），然后与PVP表面活性剂、适量水进行充分搅拌，混合均匀得到溶液A，再用电子天平称取一定量的六亚甲基四胺，然后与水、少量过氧化氢充分搅拌，混合均匀得到溶液B，将溶液A和溶液B混合转移至高压反应釜，拧紧盖子保证气密性，反应完毕并且冷却至室温后，将样品经水洗、醇洗、干燥、煅烧。研磨即可得到三种氧化锌样品。2.2Ag@AgBr/ZnO复合样品的制备保持2.1中制备氧化锌纳米材料的步骤不变，区别在于，在得到的B溶液中另外加入一定摩尔质量的AgNO3,然后经过水热反应、干燥、煅烧以及研磨等一系列实验操作，即可得到三种Ag@AgBr/ZnO复合催化剂材料。图1ZnO、Ag@AgBr/ZnO样品制备流程图2.3氧化锌纳米材料的表征采用DX—2003型X射线衍射仪对实验所得ZnO样品及其复合物进行XRD表征，测试样品的物质组成与结构，然后将所得样品与标准卡片进行对比，并采用S5200型扫描电子显微镜检测不同阴离子调控下产物及其复合物的电镜图，分析其微观形貌的差异。2.4光催化实验称量2.5毫克的罗丹明B固体，加水配置成浓度为5mg/L的罗丹明B溶液，然后在100ml烧杯中加入60ml罗丹明B溶液，再称取0.06克的氧化锌粉末并放入该烧杯中，在避光条件下持续磁力搅拌15分钟，然后用吸管吸取3ml溶液，手动调节离心机的转速为10000r/min，离心时间为6分钟，将该溶液进行离心,离心后测出吸光度值并记录下来，接下来打开紫外灯光源，保持紫外灯光源离烧杯大约一定距离，持续的磁力搅拌下，罗丹明B溶液在紫外光照射下颜色会逐渐变淡，打开紫外灯后每隔15分钟用吸管吸取3ml的烧杯中上部分的Rhb溶液，进行离心处理，然后用吸管吸取上层清液放入一干净的离心管中贴上标签放在黑暗环境下，直到罗丹明B溶液的颜色接近于无色状态停止取样，然后利用紫外可见分光光度仪测定每隔15分钟取出的罗丹明B溶液在相应波长段内的光谱并记录数据，最后用Origin2019制图软件绘制出紫外光谱图并作具体分析，复合样品在紫外光条件下催化罗丹明溶液降解的实验步骤和实验条件和上述步骤完全一样。罗丹明B水溶液的降解率计算公式为:η=[(C0-C)/C0]×100%其中C0为RhB初始吸光度值，C为光照后RhB吸光度值3实验结果与讨论3.1物相分析图2样品的XRD图（左图为单一的氧化锌，右图为复合样品）图2左图中，a、b、c分别为氯化锌、硝酸锌、乙酸锌为锌源制得的氧化锌样品，比较显著的衍射峰出现在2θ为31.778°、34.43°、36.264°、47.552°、56.614°、62.874°、67.969°、76.986°、81.409°、89.643°，在氧化锌的标准图谱中，标准峰位依次是（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（112）、（202）、（104）、（203）晶面，不同锌源制得的氧化锌样品的特征峰与标准纤维锌矿结构的卡片一致，所以不同锌源所制得的产品均是六方纤维锌矿的晶型样品，图中的三种氧化锌都有尖峰表明三种氧化锌纳米材料都是一种结晶状态，并且制备的三种氧化锌样品纯度较高，表明不同阴离子调控对样品的晶型几乎没有影响，图2右图中，a、b、c分别为氯化锌、硝酸锌、乙酸锌为锌源掺入AgBr所制得的Ag@AgBr/ZnO复合样品，与单一的氧化锌相比，随着溴化银的引入，各个复合样品的衍射峰与单一的氧化锌标准衍射峰一致，并且位置没有出现显著偏移现象，表明纯度较高，银几乎分散在氧化锌表面而没有进入氧化锌晶体内。另外，在氯离子作用下制得的复合样品相比于单一的氧化锌样品出现了更加尖锐的衍射峰，说明这类复合样品结晶性更好，加速了电子的转移，会更有效的提高光催化效率，而在硝酸根离子调控下得到的复合样品衍射风强度有所偏低，可能是银与氧化锌之间存在某种作用力而影响氧化锌颗粒生长。3.2样品的SEM分析图3样品的SEM图片（a、b、c为单一的氧化锌，d、e、f为复合样品图）在图3中，a、b、c分别为硝酸锌、乙酸锌、氯化锌为锌源制得的氧化锌SEM图像，d、e、f分别为掺入AgBr所制得的Ag@AgBr/ZnO复合材料的SEM图像。单一的氧化锌样品和复合之后的样品上均存在小孔。在单一的氧化锌图中，从图，a、b和c分别可以看到有少量纳米颗粒组装成的片状、链状和花状结构，并且在氯离子和醋酸根离子作用下，样品存在颗粒团聚现象，表明不同阴离子会影响样品的形貌，在复合材料图中，图d为不规则片状结构并伴有少量纳米颗粒结构，相比于图a分散性提高，图e为板状结构，并且表面粗糙程度增加，，图f呈现花状结构并且伴有颗粒团聚现象。在硝酸根和氯离子调控下。银颗粒的引入几乎没有改变氧化锌的形貌,而在醋酸跟离子调控下，银颗粒的引入改变了样品形貌。3.3光催化性能分析3.3.1ZnO纳米材料的光催化性能分析图4ZnO纳米材料紫外灯的下催化降解RhB溶液的紫外吸收谱图阴离子通过调控ZnO的形貌和结构从而影响光催化降解罗丹明B溶液的能力，图4是不同锌源在相同条件下得到的氧化锌样品光催化降解光谱图，图a、图b、图c分别为乙酸锌、氯化锌、硝酸锌为锌源制得的氧化锌降解图，可见在不同阴离子条件下合成的氧化锌纳米材料对罗丹明B溶液有着不同的催化效果，但是有着一个共性：在紫外光照射下，照射时间越长，罗丹明B溶液颜色逐渐褪至无色，说明降解罗丹明B溶液的效果越好，但是降解的时间不同，由图a可知在醋酸根离子作用下，经过紫外光降解135分钟后，吸光度几乎为零，RhB溶液颜色逐渐由粉红色变为无色，降解效率为88%；由图b可知在氯离子作用下，在紫外光照射90分钟后RhB溶液颜色逐渐褪至无色，降解效率达93%，由图c可知在硝酸根离子作用下，在经过120分钟的光照射后吸光度下几乎为零，溶液变为无色，降解效率为87%，三种氧化锌样品的光催化性能排序依次是：ZnOlp>ZnOxp>ZnOyp可知氯离子调控下制得的链状氧化锌对罗丹明溶液的降解效果最佳，但单纯的氧化锌材料降解罗丹明B溶液的时间太长，为了进一步提高降解效率，需引入AgBr对其复合。3.3.2Ag@AgBr/ZnO复合材料的光催化性能分析图5Ag@AgBr/ZnO紫外灯照射下催化降解RhB溶液的紫外吸收谱图图5不同锌源条件下引入溴化银后得到的复合样品光催化降解光谱图，可见形成的Ag@AgBr/ZnO复合材料对Rhb溶液的降解效率比单个氧化锌材料降解性好，图a、图b、图c分别为氯离子、硝酸根离子、醋酸跟离子调控下制得的复合样品在紫外光照射45分钟后Rhb溶液逐渐褪至无色，降解效率分别为95%、93%、90%，氯离子调控下制得的复合样品光性能最好。3.3.3催化降解折线图图6ZnO、Ag@AgBr/ZnO复合样品催化降解折线图图6中，a、b、c分别为以氯化锌、硝酸锌、乙酸锌为锌源合成的氧化锌，d、e、f分别是其对应的Ag@AgBr/ZnO复合材料，从图6中可以看出，在紫外光照射45分钟后，a、b、c的降解率分别为85%、61%、30%，而其对应的复合材料降解率分别为95%、93%、90%。所以相比于单一的氧化锌材料，复合材料表现出较强的光催化活性，其中氯离子离子作用下复合的光催化剂的光催化活性最高。4.结论（1）本论文通过水热法合成氧化锌及其复合物，XRD的数据表明在不同阴离子调控下所制得的氧化锌样品晶型一样，纯度高，没有杂质，并且银颗粒的引入没有导致氧化锌结构破坏，仍为六方纤维锌矿结构，氯离子调控下的复合样品结晶性更好。（2）SEM图表明不同阴离子调控下的氧化锌形貌各有不同，银颗粒的引入对于硝酸根和氯离子调控下制得的样品形貌几乎不改变（3）通过光催化降解实验，不同氧化锌样品对RhB溶液的降解在时间上有着显著的差异，氯离子调控下制得的花状氧化锌对罗丹明B溶液的效果最好，降解效率达93%，Ag@AgBr/ZnO复合样品比单一的氧化锌样品降解RhB溶液时间更短，有着更好的光催化性能。参考文献赵鹏.ZnO复合材料光催化降解水中污染物及其光生电荷行为的研究[D].吉林大学,2020..VanjaGilja,IvanVrban,VilkoMandić,MarkŽic,ZlataHrnjak-Murgić.PreparationofaPANI/ZnOCompositeforEfficientPhotocatalyticDegradationofAcidBlue[J].Polymers,2018,10(9).李文博,陈乐言,胡佳维等.高效光催化剂ZnO/Ag的制备及降解罗丹明B[J].辽宁化工,2020,49(10):1207-1210+1218.YiqiongYang,HongxinLi,FulinHou,JingyiHu,XiaodongZhang,YuxinWang.FacilesynthesisofZnO/Agnanocompositeswithenhancedphotocatalyticpropertiesundervisiblelight[J].MaterialsLetters,2016,180.FujishimaA,HondaK.Electrochemicalphotolysisofwateratasemiconductorelectrode.[J].Nature,1972,238(5358).王健.ZnO纳米材料及核壳结构的制备和光催化性能研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2016.吕芳,郭立达.废水处理中的银包覆纳米二氧化钛及其光催化降解亚甲基蓝的研究[J].粉末冶金工业,2018,28(05):21-25.童希.硫属半导体纳米材料制备及环境分析中的应用[D].湖南大学,2014.刘鹏.TiO_2表面及表面杂质对CO气体光学气敏传感特性的影响[D].重庆师范大学,2019.史东东.氧化锌光催化剂的制备及性能研究[D].中国石油大学(北京),2019.孙冰冰,张晓涛,代红光等.静电纺丝法大面积制备TiO_2纤维及其光催化降解水中亚甲基蓝的研究[J].内蒙古农业大学学报(自然科学版),2013,34(03):174-180.周银,徐文国,卢士香等.掺钕纳米氧化锌光催化降解偏二甲肼污水研究[J].北京理工大学学报,2009,29(03):266-269.朱雷,肖扬帆,汪恂.镧、铈掺杂的Z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