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摘 要

石墨烯是由单层碳原子构成的一种二维零带隙半导体材料，有优异的特性，在环境保护方面的优势,其推广空间十分广泛。本文的原料为硝酸锌和六亚甲基四胺。采用的方法为低温溶液法，以及湿化学法。主要流程是在钛基底上制备出ZnO纳米棒阵列，合成还原氧化石墨烯/ZnO纳米棒复合材料，利用扫描电子显微镜(SEM )的方法分析所制备材料的形貌。同时也运用晶体衍射仪，紫外可见分光光度计等其他仪器进行一系列的分析。采用电化学阻抗谱测试，并对降解有机污染物甲基橙进行了光催化性能测试，对复合材料的光学性质进行分析。将氧化石墨烯与水热三小时的ZnO纳米阵列结合，加入APTES不仅可以还原氧化石墨烯，还可以作为连接还原氧化石墨烯以及ZnONRA的桥梁。通过这种方法可以合成出具有着良好的光催化活性的石墨烯/ZnO纳米棒复合材料。因此，引入石墨烯不仅可以有效提高产品的光催化性能，并且可以改善催化降解的效率，使其在光催化领域更好的得到运用。这种制备方法在光催化降解有机污染物、太阳能电池、光电材料和器件等方面具有巨大的应用前景。

关键词：纳米阵列；氧化锌；石墨烯；光催化剂

Preparation of Nano-ZnO Array Graphite Composites and their photocatalytic Properties

Abstract

Graphene is a two dimensional zero band gap semiconductor material made up of a single carbon atom. It has excellent characteristics and advantages in environmental protection. It is widely popularized. The raw materials of this paper are zinc nitrate and six methylene four amine. The methods adopted are low temperature solution method and wet chemical method. The main process is to prepare the ZnO nanorod array on the titanium substrate, to synthesize the reduced graphene oxide /ZnO nanorod composite, and to analyze the morphology of the prepared materials by scanning electron microscope (SEM). At the same time, a series of analyses were carried out by using crystal diffractometer, ultraviolet visible spectrophotometer and other instruments. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to test the photocatalytic properties of methyl orange degraded by organic pollutants, and the optical properties of the composites were analyzed. The combination of graphene oxide with ZnO nanoscale array of three hours hydrothermal can not only reduce the oxidation of graphene, but also be a bridge linking the reduction of graphene oxide and ZnONRA. Graphene /ZnO nanorods composite materials with good photocatalytic activity can be synthesized by this method. Therefore, the introduction of graphene can not only effectively improve the photocatalytic activity of the product, but also improve the efficiency of catalytic degradation, so that it can be better used in the field of photocatalysis. This preparation method has great application prospects in photocatalytic degradation of organic pollutants, solar cells, photoelectric materials and devices.

Key Words: Nano array; Zinc oxide; Graphene; Photocatalyst

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

• 1. 引言 1
  2. 石墨烯及纳米氧化锌概述 2

1.2.1石墨烯概述 2

1.2.2纳米氧化锌概述 2

• 1. 纳米氧化锌阵列石墨烯复合材料的制备技术概述 2
     1. 水热法 2
     2. 化学气象沉淀法 3
     3. 溶剂热法 4
     4. 电化学沉积法 4
     5. 制备技术小结 4
  2. 纳米氧化锌阵列石墨烯复合材料的应用及研究现状 5

第二章 纳米氧化锌阵列石墨烯复合材料的制备实验 6

• 1. 实验装置、仪器和方法 6
     1. 实验药品与仪器 6
     2. 实验过程 7
  2. 材料结构分析与表征 9
     1. 材料结构表征 9
     2. 材料的光电化学测试 10
     3. 材料的光催化性能测试 11

第三章 结果讨论与总结 12

• 1. 氧化锌纳米阵列的表征分析 12
     1. 纳米氧化锌阵列的形貌分析 12
  2. 纳米氧化锌阵列石墨烯复合材料光催化性能的分析 14

3.3 总结与展望 17

参考文献 19

致谢 20

第一章 文献综述

1.1 引言

近几年来人们越来越重视光催化相关方面的应用，其中的半导体的光催化是一种环保并且良好的的水处理技术^[1,2]。因为纳米氧化锌有着非常高的效率，和较低的能量损耗，在这些半导体材料当中，造价低，并且可以运用到多种领域^[3] 所以在其中显得尤为具有潜力。纳米氧化锌的大小正好在原子团簇与宏观颗粒间，有着多种效应和特性，如量子限幅效应，体积效应，荧光等多种性能，具有良好的热导率和热性能。它的稳定性在光催化剂和场发射材料中具有潜在的应用前景，已成为纳米材料领域的研究热点。然而，由于光生电子和空穴的复合率高，可见光利用率低，易团聚，限制了纳米氧化锌的光催化活性。光催化技术的另一种称呼方法是光触媒，指的是一种在光的直接照射之下，物质自身不发生改变，却能使它的化学反应得到有效的进展，并且利用所需的能量将自然光能转化为化学反应而产生的催化剂，使周围的氧分子和水分子被激发成游离态的氧离子。光催化的应用包括对于处理污水、净化空气、光的催化氧化、抗菌以及除臭等。它在污水处理方面和空气净化方面的应用前景较好，适用范围广，如，在常温的条件，以太阳光为光源，使半导体纳米材料的光催化性能得到了广泛的应用并且在环境方面拥有者一定的优势。

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