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摘 要

气候的变化和人类对水资源的管理不当，使得水资源问题愈发严重。而废水处理再利用作为处理这一问题的方法，存在着无法降解持续有机污染物（POPs）的难题。由于其优异的光吸收效率，低廉的成本和简易的制备工艺等方面的优点，氧化锌逐渐成为光催化氧化中光催化剂的优选之一。但是，氧化锌仍旧存在着光生载流子极易复合和可利用光谱范围窄的问题。因此，如何高效简单地解决好这个问题成为氧化锌在光催化广泛运用的助推器。

本文对光催化及氧化锌的基本理论与研究状况进行了概述。实验部分采用溶剂热两部合成法制备多孔氧化锌，并对多孔氧化锌进行了物相、结构等的表征，测试样品的光性能。实验表明：所制备的氧化锌呈多孔结构，测定的比表面积为0.09347 m²/g。可见光降解RhB中，降解约24%的RhB花费3 h，表现出不理想的光催化性能。

关键词：氧化锌 光催化 多孔性 纳米材料

Research on the Preparation and Photocatalytic Properties of Porous Zinc Oxide Material

Abstract

The problem of water resources has been worse and worse due to the changing global climate and improper management. As a method to deal with this problem, wastewater reclamation and reuse projects has the problem of being unable to degrade persistent organic pollutants(POPs). Owing to its excellent light absorption efficiency, low cost and simple preparation process, zinc oxide has gradually become one of the preferred photocatalysts. However, zinc oxide still has the problem that photo-generated charge carriers can be easily recombined and narrow range of spectral that can be utilized. Therefore, how to solve this problem efficiently and simply is a booster for the extensive use of zinc oxide in the area of photocatalysis.

This article gives an overview of the basic theory and research status about photocatalysis and zinc oxide. In th part of this experiment, porous zinc oxide was synthesized by the solvothermal method in two steps. The phase, structure, optical properties and others of porous zinc oxide were tested and characterized. The experiment shows that the prepared zinc oxide has a porous structure and specific surface area is 0.09347 m²/g. In the experiment about the degradation of RhB under visible light, it take three hours to degrade about 24% of RhB. This phenomenon shows that the prepared ZnO has undesirable photocatalytic properties.

Key Words: Zinc Oxide; Photocatalysis; Porosity; Nanomaterials

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 光催化 1

1.2.1 光催化机制 1

1.2.2 常见光催化剂种类 3

1.3 氧化锌概述 4

1.3.1 氧化锌简介 4

1.3.2 氧化锌的晶体结构与性质 4

1.3.3 氧化锌纳米结构的分类 5

1.4 国内外的研究现状 6

1.4.1 氧化锌的应用概况 6

1.4.2 制备氧化锌的方法 8

1.5 氧化锌光催化性能的改进 9

1.5.1 氧化锌光催化性能的不足 9

1.5.2 改进措施 10

1.6 研究目的与研究方法 11

第二章 实验部分 13

2.1 制备原料 13

2.2 测试仪器与设备 13

2.3 氧化锌的制备 14

2.4 样品结构形貌表征 14

2.4.1 X射线衍射分析 （XRD） 14

2.4.2 显微组织结构分析 15

2.4.3 紫外-可见光吸收光谱分析（UV-vis） 15

2.4.4 光致发光光谱分析（PL） 15

2.4.5 比表面积的测定 15

2.5 样品的性能测试 15

2.5.1 光催化性能测试 15

2.5.2 光催化动力学 16

第三章 结果与分析 17

3.1 样品X射线衍射分析 17

3.2 样品的紫外-可见吸收光谱分析 17

3.3 样品的光致发光光谱分析 19

3.4 样品的比表面积测定 20

3.5 样品的性能测试 20

3.5.1 多孔氧化锌的光催化降解作用 20

3.6.2 光催化动力学分析 21

3.7 氧化锌光催化机理的分析 22

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

在近几年来，因为气候的变化和人类对水资源的管理不当，水资源贫乏的问题在全世界范围内越来越凸显。在现如今不断扩大的全球经济和国家人口的情况下，有限的洁净水与无尽的用水需求间的矛盾愈发激化。如何获取洁净的水资源成为了日益严重并且急需解决的问题^[1]。对废水实施回收再利用使得水资源窘迫局面得以改善，以此确保可持续的水资源开发与管理。但是，在处理过的废水中仍旧存在着持久性有机污染物（POPs），POPs属于碳基化学物质，在自然界中无法自我降解而且能够持续的扩散到环境中。由于这类污染物可生物降解性能弱且具有致癌性的特点，对人类、动物和自然界都存在严重的危害。因此如何简便快捷、经济高效且安全的去除这类污染物成为备受研究人员关注的焦点^[2-4]。

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