摘 要

随着工业社会的发展，人类对能源的大量使用，尤其以化石能源为多，产生了大量的污染物，造成了严重的环境污染。因此环保型材料的研究是人类必须要去攻克的一大难题。光催化材料是一类利用无污染且供应充足的太阳能降解环境中污染物的材料。因而光催化材料的研究成为了目前的一大研究热点。

ZnO属于Ⅱ-Ⅵ族化合物宽禁带直接带隙半导体材料，是光催化材料的一员。纯ZnO材料作为光催化剂，其光催化活性不够高，主要是由于纯ZnO材料比表面积有限而不能吸附大量污染物分子和光生电子空穴对容易复合。为了改善ZnO的光催化活性，本文将比表面积较大的金属骨架材料（ZIF-8）与ZnO复合以增强对污染物分子的吸附和加速光生电子空穴对的转移。首先利用水热法通过调控去离子水的含量，制备出不同形态的ZnO粉末，发现随着去离子水含量的增加，ZnO颗粒的外露（0001）晶面比例增加，之后与ZIF-8复合，形成了ZnO/ZIF-8异质结构，并对制备出的样品进行了结构表征如XRD和SEM以及光催化活性的测试。

结果表明，不同形态的ZnO光催化降解MB溶液的效率由大到小顺序为：ZnO纳米颗粒＞ZnO纳米片＞ZnO八面体(薄）＞ZnO八面体（厚）。复合ZIF-8之后虽然增大了比表面积，但 ZnO/ZIF-8异质结构的光催化活性却降低了，其原因还需要进一步讨论。

关键词：不同形貌ZnO; ZnO/ZIF-8异质结构；光催化活性

Abstract

With the development of the industrial society, the human extensively use much energy especially the fossil fuels, producing a large number of pollutants, and thus causing environmental pollution. Therefore, the research on environmental friendly material is still a great challenge that the human must face and conquer. Photocatalytic materials use clean and plentiful solar energy to degrade environmental pollutants. Thus, the research on the photocatalytic materials hasattracted much attention..

ZnO belongs to Ⅱ-Ⅵ family compound and is a direct band gap wide bandgap semiconductor material and a member of the photocatalytic materials. As a photocatalyst, ZnO usually exhibit a poor photocatalytic activity compared with TiO₂ because its small surface area and high recombination rate of photo-generated electron-hole pairs. . To improve the photocatalytic activity of ZnO, Zeolite imidazolate framework (ZIF-8), a subclass of MOFs with large surface area, was employed to prepare ZnO/ZIF-8 composites in order to enhance the adsorption of pollutants and transfer of photo-generated electron-hole pairs. In this work, discussed the influence of morphology and ZIF-8 on the photocatalytic of ZnO was discussed. ZnO powders with different morphologies were prepared at first by a facile hydrothermal method through regulating the amount of deionized water. with ZIF-8 compounds, and the ZnO/ZIF-8 heterostructure will be prepared, the structure characterization and preparation of samples and photocatalytic activity test.

The results showed that the preparation of the different shape of the efficiency of photocatalytic degradation of MB solution by to small order greatly for: ZnO nanoparticlesgt; ZnO nanosheets gt; ZnO octahedron (thin) gt; ZnO octahedron (thick). After compositing ZIF-8, the ZnO/ZIF-8 heterostructure, has increased the specific surface area, but because of the aperture of ZIF series materials, the most of which’s photocatalytic activity decreased.

Key Words: morphology; ZnO; ZnO/ZIF-8 heterostructure;

photocatalytic activity

目 录

中文摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1光催化材料概述 1

1.2ZnO光催化材料的研究进展 1

1.2.1ZnO的晶体结构与基本性质 2

1.2.2ZnO的制备方法 3

1.2.3ZnO光催化材料的研究现状 4

1.3金属有机骨架类材料的进展 6

1.4本论文的选题意义及主要研究内容 8

第二章 实验内容及表征方法 9

2.1 引言 9

2.2 ZnO制备 9

2.2.1实验试剂 9

2.2.2实验仪器 9

2.2.3实验步骤 9

2.3 ZnO/ZIF-8异质结构的制备 10

2.3.1实验试剂 10

2.3.2实验仪器 10

2.3.3实验步骤 11

2.4 表征方法 11

2.4.1 X-射线衍射（XRD） 11

2.4.2 场发射扫描电镜（SEM） 11

2.4.3 光催化性能测试 12

第三章 ZnO材料的表征 14

3.1 引言 14

3.2 ZnO材料形貌分析 14

3.3 ZnO材料晶体结构分析 15

3.4 ZnO材料光催化性能测试分析 16

第四章 ZnO/ZIF-8异质结构材料的表征 18

4.1 引言 18

4.2 ZnO/ZIF-8异质结构材料的形貌分析 18

4.3 ZnO/ZIF-8异质结构材料的晶体结构分析 19

4.4 ZnO/ZIF-8异质结构材料的光催化性能测试分析 20

第五章 结论与展望 21

5.1结论 21

5.2展望 21

参考文献 23

致谢 26

第一章 绪论

1.1光催化材料概述

随着工业社会的发展，人类对能源的大量使用，尤其以化石能源为多，产生了大量的污染物，造成了严重的环境污染。但是因为化学工业为人类的社会提供了大量的物质基础，所以化学工业依旧需要继续发展。因此环境污染的问题是急需处理的一大影响人类生存和发展的问题，故环保的材料是研究的一大热点。

光催化材料是指在太阳光的作用下，能够诱导氧化还原化学反应的一类半导体材料。太阳能不仅清洁干净，并且供应十分充足，是人类进步可利用的新能源之一。在当前社会环境下，光催化材料能直接利用太阳能，是直接、最好、最有效、同时缓解能源危机和环境污染问题的一类材料^[1]。早在1972年，日本东京大学的Fujishima 和Akira ^[2]研究发现，在太阳光下利用TiO₂单晶进行光催化反应可以将水分解成氢和氧。这一工作发表，立刻受到科研工作者的广泛关注。在过去的几十年里，人们在光催化的材料的种类开发及应用方面取得了丰硕的成果。目前已有的光催化材料可以主要分为氧化物、硫化物、氮化物和磷化物四大类。

氧化物：在过去几年中，研究的绝大多数氧化物主要集中在元素周期表中的d区，如Ti、Nb和Ta的氧化物及其复合氧化物，其中最为典型的是TiO₂粉末。但是研究TiO₂粉末时，人们遇到难以突破的瓶颈。这时人们开始寻找新的材料替代TiO₂，新的材料有许多种如Zn、Fe、Cd和W的氧化物及其复合氧化物等。