纳米ZnO有序阵列膜的制备及其光催化性能的研究(3)

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在2001年,首先是Vayssieres利用水热法,以六水合硝酸锌及六次甲基四胺为原料制备在多种基片上生长出了氧化锌纳米棒阵列。用这种方法制备出的纳米棒,最细的纳米棒直径在在10-20nm之间[9];甚至用同样的方法,在不同的基片上，Vayssieres还制备出了一维的微米管[10]。

肖宗湖[11]等人报道用化学水浴法制备氧化锌阵列。即先在 ]S4 导电玻璃上通过旋转涂覆溶胶的方法获得一层 314 种晶层，在此基础上采用化学水浴法进行氧化锌阵列的生长，考察了化学水浴法对氧化锌阵列生长的影响。

1.4 ZnO半导体纳米材料光催化的基本原理

半导体材料的光催化反应就是以能带理论为基础，将光能转化为化学能的一系列反应。当半导体受到大于其禁带宽度能量的光照射后，部分电子吸收光子的能量变为激发态，从满带跃迁至导带，而在原来的位置留下带正电的电子空穴，这对激发态的电子和电子空穴称为光生电子空穴对。

ZnO的禁带宽度为3．37 eV，当受到波长为380nm的入射光照射后，ZnO价带上的电子被激发跃迂至导带*751`文~论|文/网www.751com.cn，形成带负电的高活性电子，同时在导带上生成了电子空穴h+，产生了一个光生电子一空穴对。如反应式1．1所示。

ZnO + hv = ZnO + e- + h+ (1．1)

在ZnO晶体内部电场的作用下，光生电子一空穴对分离并分别迁移到晶体表面。空穴本身具有很强的得电子，可氧化吸附在ZnO晶体表面的有机物。以下的反应式1．2一l，7所示的即使光催化电子迁移的原理。

h+ + H20 = ·OH + H+ (1．2)

OH- + h+ = ·OH (1．3)

02 + e- = 02- (1．4)

02- + H+ = ·H02 (1．5)

2·H02 = H202+ 02 (1．6)

H202 + 02- = ·OH + 02 + OH- (1．7)

所生成的羟基自由基·OH聚集在ZnO晶体表面，可与吸附在ZnO晶体表面的有机物彻底矿化，如反应式1．8所示

·OH + 有机污染物 = C02 + H20 (1．8)

1.5 本论文研究的目的与主要内容

半导体光催化氧化技术因具有以上所述的诸多优点而在废水处理领域备受关注。作为纺织业、轻工业、化工业的重要组成部分，印染行业是河流的污染最大的凶手之一。ZnO是物理化学性能优异的氧化物半导体。常见的ZnO光催化剂多为粉体，虽然光催化性能良好，但仍有些许不足：(1)不易回收利用；(2)禁带宽度较宽，对可见光利用率低；(3)光生电子一空穴对分离效率低。因此提出催化剂负载化。将纳米半导体光催化剂固定在载体上 , 纳米材料可以满足吸附论文网、解吸、内扩散的要求, 参与催化反应的中间过程, 使光催化剂催化活性提高。但是, 催化剂固定化技术目前尚不成熟, 主要以化学偶联和溶胶-凝胶等为基础的涂层研究方法为主 , 载体主要有玻璃、分子筛、硅胶和陶瓷等。这些方法一般都要经过焙烧, 使之发生固相反应生成催化剂膜。但高温焙烧很容易造成膜中催化剂颗粒间的二维粘结 , 比表面积减小, 活性降低, 而且催化剂重复使用易脱落。为解决这一问题, 本文尝试在不同的基质材料上用水热法制备生长ZnO纳米线阵列，检测其对酸性大红GR溶液的光催化效果。通过实验得知，Zn片在120℃下反应4个小时的光催化效果最好。经40min紫外光照，10ppm的酸性大红GR降解率达到90.7%。用扫描电镜观察显示Zn片上的纳米ZnO棒状阵列生长的最好。