论文总字数：19751字

摘 要

氧化锌是一种宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.2eV，本身特有的结构使其作为光催化剂具有很多的优点。然而，纯氧化锌光谱范围窄、电子-空穴易复合，使其光催化性能降低。已有研究表明过渡金属离子掺杂可以显著提高氧化锌光催化性能。

1. 本实验主要以醋酸锌和六亚甲基四胺为原材料对氧化锌的水热合成工艺进行研究，以XRD和SEM来表征。通过研究氧化锌研究水热时间、水热温度、醋酸锌浓度、六亚甲基四胺与醋酸锌摩尔比,以及光催化处理亚甲基蓝溶效果和形貌表征的影响，确定最佳合成条件。

（2）以硝酸银为掺杂剂，采用水热法制备得到银掺杂氧化锌纳米材料，以XRD和SEM来表征以降解亚甲基蓝考察其光催化性能。结果表明，Ag可能成功掺杂入氧化锌晶格中。

关键词：水热法 氧化锌 Ag掺杂 光催化性能 亚甲基蓝

Study on the preparation and photocatalytic properties

of metal-doped ZnO

Abstract

ZnO is an important semiconductors which has a wide direct band gap of 3.2eV.As a potocatalyst,ZnO has many advantages due to its structure.However a narrow spectral range of pure zinc oxide,electron-hole easy to combine,making potocatalyyic performance.Studies have shown that the transition metal ion doped zinc oxide can improve the potocatalytic properties significantly.

1. In this experiment zinc acetate and hexamethylene tetramine as the raw material of zinc oxide research which made by hydrothermal synthesis and characterized by XRD and SEM. We can determine the optimal synthesis condition of zinc oxide by Hydrothermal time,Hydrothermal temperature,the concentration of zinc acetate,the molar ratio between hexamethylene tetramine and zinc acetate,photocatalytic effect of methylene blue solution,and morphology characterization.
2. Silver nitrate as a dopant,prepared by hydrothermal in order to get silver doped zinc oxide nanomaterials,that can be characterized by XRD and SEM and the potocatalytic properties can be examined by the degradation of methylene blue.The result showed that Ag-doped zinc oxide lattice may succeed.

Keywords:Hydrothermal method;zinc oxide;Ag-doped;photocatalytic activity;methylene blue

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

1.1研究背景 1

1.2氧化锌的制备方法及应用 1

1.2.1溶胶凝胶法 1

1.2.3气固相化学法 2

1.2.4 水热合成法 2

1.3 水热合成法机理及光催化机理、应用 2

1.3.1水热法机理 2

1.3.2光催化反应机理 2

1.3.3光催化在环境中的应用 4

1.4影响纯氧化锌和金属掺杂氧化锌的光催化性能因素 5

1.4.1不同掺杂金属 5

1.4.2掺杂金属的浓度 5

1.4.3反应时间 6

1.4.4反应温度 6

1.4.5 研究意义 6

第二章、实验方法和表征手段

2.1实验药品、仪器 7

2.2 分析方法 8

2.2.1亚甲基蓝溶液测定 8

2.2.2 XRD 8

2.2.3 SEM 8

2.3 实验方法 9

2.3.1 聚四氟乙烯水热釜清洗 9

2.3.2 水热法氧化锌制备 9

2.3.3 样品煅烧 11

2.3.4 亚甲基蓝降解实验 11

2.3.5亚甲基蓝的标准曲线测定 11

第三章、结果与讨论 12

3.1亚甲基蓝的标准曲线测定 12

3.2氧化锌的制备、光催化性能表征研究 12

3.2.1正交试验 12

3.2.2 煅烧对光催化活性影响 15

3.2.3 小结 17

3.3 影响氧化锌制备的因素及形貌表征研究 17

3.3.1反应时间影响 17

3.3.2醋酸锌浓度影响 18

3.3.3反应时间影响 18

3.3.4六亚甲基四胺：醋酸锌摩尔比影响 19

3.3.5煅烧影响 19

3.3.6小结 22

3.4 Ag-ZnO 制备、光催化和形貌表征研究 22

3.4.1 银掺杂量对氧化锌活性影响 22

3.4.2 掺杂后的形貌表征 23

3.4.3小结 25

结语 26

展望 26

参考文献 27

第一章、绪论

1.1研究背景

氧化锌（ZnO）是一种光催化剂，由于具有很高的热稳定性和化学稳定性、禁带宽度比镓等元素宽、光催化后只产生水和二氧化碳对环境没有二次污染是种环保材料、在地壳的含量较高、制作简单价格低廉，适用于室温和高温下的紫外发射器件^[1]等优点被广泛用于发光二极管、化妆品防护品、陶瓷工艺、太阳能催化等领域^[2]。然而氧化锌纳米微晶表面有大量的氧空位或、缺陷和Zn填隙离子的存在，容易发生光电子和空穴对复合而且氧化锌作为光催化剂只能在紫外和近紫外区的光的照射下能发生光催化，所以这些因素导致光催化性能效率下降。已经证实氧化锌中掺杂过渡金属或者非金属可以可阻止自由基的复合使得光催化性能有明显改善^[3]。因此，将其他元素掺杂氧化锌的研究必将成为氧化锌的重点。本文尝试制备掺杂金属的氧化锌来处理亚甲基蓝溶液，使其光催化性能比纯氧化锌有所提高。

1.2氧化锌的制备方法及应用

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