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1、外文文献及翻译 纳米二氧化钛掺杂氧化锌的合成、表征、光催化性能研究摘要 在这项研究中,氧化锌掺入纳米二氧化钛合成了水热过程。 在水作为溶剂下用含氧化锌前驱和市售二氧化钛纳米粒(P25)加热在140 C 2 h。利用合成粒子场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)和x射线衍射(XRD)对材料的形态和结构特征进行测定发现,纳米粒还附加了二氧化钛表面上的氧化锌。 我们注意到,在二氧化钛在热液的解决方案可能纳米粒充分减少的尺寸氧化锌。 复合纳米结构,具有独特的形态,利用这个方便的方法在低的温度,更少的时间,更少数量的试剂时可以获得，而且发现在紫外光照射下光催化剂是有效的。关键词: 纳米复合材
2、料;水热合成;陶瓷氧化物;光催化剂1、介绍 最近的发现了一个在水介质中改进的氧化和催化降解的有机化合物溶解的实验。 光催化,被称为绿色技术,提供了巨大的潜力可以完全消除有毒化学物质在环境中通过其效率和广泛的适用性。 半导体金属氧化物,如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、cd、Fe2O3纳米颗粒(NPs)迄今为止,被证明是最有前途的材料在此领域。 在这些半导体金属氧化物、氧化锌,二氧化钛等已经被认为是最出色的材料因其优异的电子、化学、光学特性与高感光度。 然而,电子的速度的洞(e-h)重组在光催化过程限制这些材料的应用在紫外光照射下。此外,纳米粒子(具有高比表面积)被发现是更有效的光催化剂但是复苏从反应
3、体系非常困难,这限制了其应用程序环境(二次污染)、经济(损失催化剂)。 各种已经尝试解决上述缺点。 掺杂进光催化剂的新型金属晶格和耦合半导体是有效的方法来减少在这里组合过程而提供一个固定的表面有足够的表面积(如高分子纳米纤维)增强其耐久性为了重复使用。 我们以前的工作表明Ag加载二氧化钛/尼龙6电纺垫能防止损失和催化剂可反复使用。水晶二氧化钛和氧化锌,不管是在纯粹的形式或作为一个组合,是半导体氧化物广泛用于光催化反应。 原则上,耦合的二氧化钛和氧化锌似乎有用,以实现更有效的e-h对辐射下的分离,因此,更高光降解速率。 一生的增加照片的产生对,由于电子对在二氧化钛和氧化锌之间的转移,在许多情况下
4、,调节的关键因素可以提高光催化活性。 因此,合并成一个综合两种材料的结构最终产品具有重要意义,因为可能会拥有改进的物化性质,这应该在各个领域得到应用。但获得此类结构在纳米尺度内仍然是一个巨大的挑战,因为结构的复杂性和晶体生长的材料是难以控制的。 因此,光催化剂的制备需要合适的技术和试剂是起重要作用的。 已经有了几种方法制造氧化锌和二氧化钛,但这需要高温、长时间,和更多的试剂。 在这里,利用其独特的形状的影响的氧化锌和整合二氧化钛与氧化锌纳米粒子以及催化活性的分层复合纳米结构,我们合成了氧化锌纳米花装饰着二氧化钛纳米粒子在其表面。 本研究的目的是利用水热法可以在很短的时间内以较低的温度制备二氧化
5、钛光催化剂掺杂氧化锌。在这个工作多晶硅制备二氧化钛粉体支撑表面上的氧化锌纳米粒子中获得电子硝酸锌在水热合成技术。 氧化锌不仅仅提升了光催化效率通过阻止重组过程还提供一个固定的位置,可以防止二氧化钛损失在恢复期间的二氧化钛反应体系。 重复使用的降解甲基蓝(MB)的解决方案在紫外线照射下催化活性以及恢复这些样本进行评定。2、 实验过程2.1 光催化剂的制备 利用材料有二氧化钛NPs(80%锐钛矿，20%平均粒径金红石、纳米粒径和比表面积分别是5015 m2gA1),2-六甲基三胺和六水合硝酸锌。 纯氧化锌微粒在水热条件下合成的水性悬挂2-六甲基三胺和硝酸锌的混合物。 0.5 g的2-六甲基三胺溶在
6、50克水和0.75 g六水合硝酸锌溶在50克水中形成胶体,搅拌中装进一聚四氟乙烯为内衬的水热反应釜中。用同样的方法制备增加二氧化钛20毫克的混合复合物。在每组制备中,反应保持在140C， 2 h。所得产品冷却后被过滤掉,蒸馏水和乙醇洗几次,用60C干燥后在12小时前分析。2.2 表征 分别使用FE-SEM、透射电子显微镜(TEM)、XRD对原始氧化锌和二氧化钛/氧化锌纳米复合材料进行测定表征。并取得了高分辨率图像。 TEM用于选定区电子衍射和线EDX复合粒子。信息和结晶度的获得用x射线衍射仪测定。XRD用Cu Ka(l = 1.540 A )，辐射的角度从10到80。 原始氧化锌催化活性性能和
7、氧化锌纳米二氧化钛掺杂用于对染料溶液MB的降解。方法是紫外线灯(l = 365 nm)。 装染料溶液的反应器和紫外灯之间的距离是5厘米。25毫升的染料溶液(10 ppm浓度)和20毫克催化剂混合搅拌。经过15分钟搅拌,开始染料降解试验。 在特定的时间间隔,取1毫升的样本并离心去掉催化剂,然后在对应的波长测定吸光度。 试验结束,通过重复离心剩余混合液和洗涤收集剩下的二氧化钛/氧化锌分。3、 结果和讨论 图片1和2为FE-SEM图像，分别显示了获得了原始氧化锌和纳米氧化锌二氧化钛掺杂形貌的影响。 显然,对(图片1和2),原始氧化锌粒子微观粒子尺度是微米级别的而二氧化钛粒子浸渍氧化锌是纳米大小的,即
8、使他们是相同的水热条件。新增的二氧化钛系统不仅充分降低了大小的锌还依附在氧化锌表面上没有聚合(图2)。当二氧化钛出现在水热系统形成氧化锌的粒子,他们的增长有可能受到阻碍。 超微二氧化钛粉体的分散性含氧化锌在水热的步骤中可以让先驱同时沉积超微二氧化钛粉体表面纳米粒子原位形成了氧化锌粒子。透射电子显微镜(TEM)分析可以用来检查材料的形态以及结晶和无定形的状态。 结构鉴定如图3,a、a和a”所示运算。 TEM图片的低放大率(图3)揭示了一种独特的花形形态,这符合FE-SEM图像(图1)。图3 a显示了高分辨率的TEM图片标明的区域,也表明了同一粒径。图3显示了模式a” SAED的标记面积图3 a,
9、这表明花形氧化锌成长是自由的结构性缺陷,如断层错动,叠加。 同样,图3 b显示了TEM结果氧化锌纳米二氧化钛从水热反应中获得。 图3a所示,在很多地方都可以看到一些微粒留在表面上,与FE-SEM图像在密度、形态学、维度是一致的。图3b”显示了高分辨率硫化映像的标明的区域,存在两种不同类型的并行原子面不仅揭示了优秀的结晶度,但也证明了耦合的两个不同的陶瓷氧化物。 此外,SAED结果在图3 b”确认优秀的结晶度这种纳米复合材料;如图案所示的模式,没有检测到混乱或缺陷。 对相同的结构材料调查研究表明二氧化钛和氧化锌沿着生产纳米复合材料,可利用线性TEM-EDX分析。图四可以看出,无论是二氧化钛和氧化
10、锌是选中的行上发现的，证实两氧化物混合在晶体水平。水晶结构的原始氧化锌,二氧化钛准备/氧化锌纳米复合材料与对应的2u值和晶体平面如图5a。 明显的高峰在2 u值为31.8,34.5,36.4,47.6,56.6,62.8,66.3,68.1,69年,和76.88对应于晶体的水平(1 0 0),(0 0 2),(1 0 - 1),(1 0 2),(1 1 0),(1 0 3),(2 0 0),(1 1 2),(2 0 - 1),和(2 0 2),符合纯净的形成氧化锌,如文献21。 尖峰的出现在2 u = 24.68(晶体水平101为金红石二氧化钛)22在纳米复合材料显示,二氧化钛是表面上的掺杂氧
11、化锌纳米粒子。 此外,移动的2 u的山峰向较低的值纳米混合材料氧化锌表明了一种混合的两个氧化物晶体水平。二氧化钛掺杂的数量在超微二氧化钛粉体表面/氧化锌纳米复合材料进行鉴定,如图5 bTEM-EDX,原子wt %的Ti(4.09)表明,足够数量的二氧化钛纳米粒子是附加到氧化锌微粒在水热过程。 这一结果证实将纳米粒子在氧化锌和花二氧化钛同时支持XRD分析。 为了阐明耦合的影响与氧化锌的二氧化钛粒子,催化活性的原始氧化锌和二氧化钛/氧化锌纳米复合材料是通过降解MB染料来衡量。 图6显示了这个效果的二氧化钛表面掺杂氧化锌纳米花照片。它清楚地显示原始氧化锌微粒和增加了纳米粒子的二氧化钛分解MB效率。
12、结果表明,复合纳米二氧化钛/氧化锌花有更大的光催化效率。较高的催化活性的二氧化钛/氧化锌复合纳米是相关作用的二氧化钛表面上的氧化锌纳米粒子。 在这里,电子转移发生从光的传导带活性二氧化钛的光活性氧化锌的传导带,相反地,洞传输可以发生从价带的价带的氧化锌,二氧化钛。 这有效电荷分离增加二氧化钛催化活性的/氧化锌纳米粒子。 为了进一步支持的优越性的复合纳米粒子,光致发光(PL)光谱都记录了不同的粒子(图7)。很明显,氧化锌表现出更高的排放强度比和复合粒子所需的。此外,P25的强度相比,复合纳米粒子表现出较小的排放强度。 PL排放强度的相关的重组兴奋的电子和空穴,因此,降低排放强度是归纳的下降率24
13、重组。 适当的附件P25的粒子表面上的氧化锌纳米粒子,在热液增长氧化锌微粒,可以扮演重要角色在有效电荷分离。 在复合二氧化钛/氧化锌纳米粒子,存在一个二氧化钛/氧化锌异质结的重组可能会减少e-h配对。 这增加了可用性的电子(洞)迁移到TiO2(氧化锌)的表面复合库,因此提高了发生的氧化还原过程(电子减少溶解氧气激进分子超氧化物而羟基自由基阴离子洞形式)。有机分子出现在水溶液将会与这些氧化剂诱导退化成二氧化碳和水。 较高的催化活性的复合纳米粒子也可能与减少粒度(高表面积)的氧化锌在复合比原始氧化锌多。 最初,二氧化钛催化活性的/氧化锌被发现显著优于P25 纳米粒子。 然而,经过一定的时间间隔不同
14、的效率这两个NPs下降(图6),这表明,复合NPs是沉淀,NPs还很好地分配所需的整个悬架。因为我们的目标是使一个成本有效的光催化剂可以很容易恢复反应体系,我们进行了分离效率的能力和他们的纳米复合材料的回收利用。 图8所示,经过三次回收的同时,并没有显著的降低了降解MB水溶液在紫外线照射。 我们看到一个轻微的在整个悬架。 因为我们的目标是使一个成本有效的光催化剂可以从反应体系轻易恢复,我们进行了分离效率的能力测试和他们的纳米复合材料的回收利用。 图8所示,经过三次回收的同时,在紫外线照射下没有显著的降低了降解MB水溶液的效率。 我们观察到轻微下降,催化效率的重用复合,这也许是因为由产品颗粒的沉
15、积表面的NPs。在水介质中二氧化钛被作光催化剂悬浮子乳白色的浑浊溶液中。 它不很快和解,这阻碍了其从反应混合物分离。 TiO2 纳米粒子保持了子自然水后的毒性反应。 我们进行了一个复苏的不同的作者从他们的水悬架在相同浓度。 为此,等量的准备氧化锌微鲜花、商业二氧化钛(P25)NPs,准备二氧化钛/氧化锌纳米花了在相同的体积的蒸馏水和悬架是由超声震荡10分钟。这些解决方案保存沉降和照片拍摄于沉积的2 h(图9)。它清楚地表明,几乎所有的氧化锌微粒和二氧化钛/氧化锌纳米粒子中的沉积物2 h内水溶液,而溶液二氧化钛(P25)仍然相对浑浊。 这一结果表明大尺寸氧化锌纳米花可以提供大的表面,以二氧化钛纳
16、米粒子的恢复很容易从反应体系的完成后的光催化反应。 因此,催化剂二氧化钛和氧化锌可以防止光催化剂的损失。 纳米复合材料用于这个简单的方法作为环保的光催化剂会有很大的商业前景。 4、结论 在这项研究中,一个非常简单的技术(表现在低温下,更少的时间,从几个试剂)呈现了一个新型二氧化钛/氧化锌复合光催化剂的水热法制备过程。 独特的氧化锌纳米造型不仅为TiO2纳米粒子提供固定表面而且到还防止e-h的重组过程。 对于二氧化钛掺杂到氧化锌表面是能够防止二氧化钛纳米粒子在水溶液中结块以及光催化剂在反应中失去。 试验中准备的材料从反应系统中显示具有较高的光催化效率和良好的恢复能力,是一个经济和环保的光催化剂。