论文总字数：16771字

摘 要

采用水热法在蜂窝状Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ（SSC5）陶瓷基底的内壁生长ZnO，制备成纳米ZnO /SSC5复合材料。光热转换材料SSC5主要吸收利用可见~近红外波段的太阳光，光催化材料ZnO主要响应并吸收紫外区域部分，将二者进行结合，在前者正常运作的同时，利用产生的部分热量来提高后者的催化活性，促进其降解有机污染物的效率。复合体系在实现太阳光全光谱利用的同时，通过两种净水机理能够进行多功能净水，提高净水的效率。本文主要研究ZnO的形貌、不同的蜂窝形状对其催化性能的影响，通过对复合材料蒸腾性能、光催化性能的测试，得出整体性能最高的结构形貌。

关键词： 光热转换 光催化 太阳光全光谱利用

Selective growth of catalysts on the surface of photothermal materails

Abstract

The composite of ZnO/Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC5)was synthesized by using hydrothermal method to make the ZnO growing on the inner wall of SSC5 ceramic substrate.The photothermal conversion material SSC5 mainly absorbs and utilizes the sunlight in the visible ~ near-infrared band, while the photocatalytic material ZnO mainly absorbs and utilizes the sunlight in the ultraviolet band.By combining the two materials,part of the generated heat by SSC5 is used to improve the catalytic activity of ZnO and promote its efficiency of degrading organic pollutants with SSC5 operating normally.While realizing the full spectrum utilization of sunlight, the composite system can carry out multifunctional water purification through two water purification mechanisms to improve the efficiency of water purification.This paper mainly studies the impact of the morphology of ZnO and different honeycomb shapes on the catalytic performance.By testing the transpiration and photocatalytic properties of the composite, the structure and morphology with the highest overall performance was obtained.

Key Words: Photothermal conversion; Photocatalytic; Full spectrum utilization of sunlight.

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2界面光蒸汽转换及常用材料 2

1.2.1 金属基纳米材料 3

1.2.2 碳基材料 3

1.2.3 半导体材料 4

1.3 太阳光全光谱利用研究现状 4

1.4光催化材料ZnO 5

1.4.1 氧化锌材料简介 5

1.4.2光催化原理 7

1.4.3. 氧化锌的合成方法 7

1.4.4.光催化性能的提升 8

1.5光热转换材料SSC5 9

1.5.1钙钛矿型材料的结构特征 9

1.5.2 Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ的合成方法 10

1.6 论文选题目的、意义以及主要研究内容 10

第二章 实验内容 12

2.1实验思路 12

2.2实验试剂 12

2.2实验步骤 13

第三章 纳米ZnO /SSC5复合材料结构与性能检测 14

3.1样品的结构 14

3.2样品晶体结构检测 14

3.3样品表面形貌以及元素分布检测 15

3.4样品光学性能分析 15

3.5样品光催化性能检测 15

3.6样品蒸腾性能测试 16

第四章 结果预测与讨论 17

4.1结果预测 17

4.2总结与讨论 17

参考文献 18

致 谢 20

第一章 绪论

1.1引言

伴随着人类的科学技术提升的同时，人类关于能源的需求量也在逐步的增大，煤、石油、天然气作为三大化石燃料，长期以来为人类提供了所需要的能量。然而这些燃料同时也是不可再生资源，如果像现在这样一直被使用下去，终将会被使用殆尽，为了达到可持续发展，人类必须开始探索并使用新的能源，如风能，核能，太阳能等。其中，太阳能来源自太阳的辐射，可利用的能量十分巨大，地球上的任何能源的总量都不足以和太阳能的量相比。太阳能可用于光发热，光生电，光催化等各个领域，并且太阳能是一种绿色清洁能源，不会像煤那样在燃烧后产生对大气有害的SO₂等气体，可以说太阳能对于人类来说是非常理想的能源。

目前地球上的淡水资源十分短缺，为了解决这个问题，人们逐渐开始尝试利用太阳能来对水进行处理的办法，常见的方法是利用光热转换材料，将太阳能转换成热能并传递给水分子，使其蒸发成气体，通过将水蒸气收集后进行冷凝来获得淡水资源。然而一般良好的光热转换材料只能在可见~近红外波段内吸收太阳光，并且其转换的热能由于各种原因的损失，并不能全部传递给水分子，因此很大程度上限制了光热转换材料在净水领域的应用。另一种净化水的方法则是利用光催化材料对太阳光的吸收，使得材料表面的水分子或者有机污染物进行分解，进而达到净水的效果。在自然水域中，在水中难以避免的存在着各种有机污染物，这些污染物会覆盖在光热转换材料上，可能会降低材料对光的吸收效率，进而降低了净水的效率，同时也有可能由于有机污染物对材料的侵蚀作用进而影响材料的使用寿命。若将光热转换材料与能够分解有机污染物的光催化材料相结合，则光催化材料分解有机污染物的效果能够更好地辅助光热转换材料的运作，而且光热转换材料所产生的热能还可以提高光催化效率，实现良性循环。

基于以上两种材料利用太阳光净水的不同原理的基础上，本文将介绍将光热转换材料与光催化材料进行复合，在保证光热转换材料正常运作的同时，将部分产生的热量用于提升光催化材料的性能，达到在太阳光全光谱波段的综合利用的目的，以实现更加高效的净水效果。

1.2界面光蒸汽转换及常用材料

界面光蒸汽转换指的是在将太阳光的能量充分吸收之后将能量持续地传递给水分子，使其温度不断升高，进而转换成水蒸汽，从水和空气的界面离开。为了实现这个过程，太阳光的吸收体材料必须要有较高的太阳能吸收效率，并且转换的能量能够迅速且高效的传递给水分子。界面光蒸汽转换效率主要和材料的光学吸收、热学损耗以及水分的输送三个因素有关^[1]。

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