纳米ZnO粉体光催化降解甲基橙的研究文献综述

 2020-08-04 09:08
1.纳米ZnO的性质及应用 由于ZnO其特殊的结构和优良的光电性能,而且资源丰富,价格低廉,环境无污染,制备条件相对温和等特点,被广泛用作光触媒。在催化过程中,ZnO通过吸收光能产生电子 - 空穴对,在空间电荷层的作用下,电子 - 空穴对被有效地分离,从而得到氧化空穴并被还原,从而通过氧化还原反应分解有机物。纳米ZnO也是一种自激活的半导体材料,室温下禁带宽度为3.27eV、激子束缚能为60meV,这就使得纳米ZnO材料从理论上具备了从紫外光至可见光稳定发射的本领, 同时ZnO 又具有很高的导电、导热性能和很高的化学稳定性, 所有这些都使得纳米ZnO 材料在光电转换、光催化以及传感器等领域有广阔的应用前景[1]。但在实际应用中,快速电子 - 空穴复合率使得ZnO的利用率下降,且光催化剂和粉末状光催化剂严重分离和回收困难,限制了ZnO在光催化领域的应用。而与普通大颗粒ZnO相比, 纳米ZnO 因具有表面、小尺寸和量子等3 种效应而表现出独特的物理和化学性能, 从而广泛应用于催化、涂料、化妆品、光电子等领域[2]。以碳纳米管(CNTs)为模板,以其优异的性能和纳米氧化锌颗粒的使用可以克服这些缺点,从而提高了ZnO的光催化活性[3]。 纳米科技的高速发展, 使纳米半导体光催化材料在多领域的应用得到迅速发展, 其中纳米光催化剂在降解有机物, 治理环境污染方面, 得到研究者的广泛关注[4]。目前已经通过固相法,微乳法,喷雾热解法,水热法和气相沉积法成功地制备了具有各种形貌和尺寸的纳米ZnO。水热法制得晶体质量好,纯度高,粒度均匀,有利于控制晶体的形貌和尺寸。然而,关于水热法制备的ZnO纳米棒的光催化降解的报道很少。粉末ZnO在陶瓷,化妆品,生物,医药,催化等行业有着广泛的应用。其制备方法包括沉淀法,溶胶 - 凝胶法,喷雾热解法,超声辐照沉淀法,水热法,氧化热爆分解法,微乳法和固相法[5-6]。燃烧合成是一种广泛使用的各种材料合成技术,具有简单快速的优点。 目前研究的大多数半导体光催化剂是宽带隙n型半导体化合物,其中TiO2,CdS和ZnO具有最高的催化活性。这些单一的半导体材料光催化剂,由于带隙能量大,容易发生电子空穴复合,所以光催化效率不太高,需要对催化剂进行改性,以提高其光催化活性和适用性。目前对TiO2的改性已经有了一个全面而系统的研究,而ZnO在可见光和紫外区域都有一定的吸收,但是对ZnO的改性进一步提高,光催化活性报道较少。目前,大多数研究使用TiO2作为光催化剂。
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