发布时间 : 星期五 文章Mn掺杂ZnO的制备与光催化活性的研究 - 图文更新完毕开始阅读5a8fab145f0e7cd1842536a7
适的化学计量比和晶粒形态；通过对反应温度，压力，时间，pH值，前驱物浓度，表面活性剂种类等反应条件的控制，可以得到各种不同形貌和微观结构的纳米粒子。目前，通过水热合成法已制备出零维、一维、二维及三维纳米ZnO（如纳米球，纳米棒，纳米线，纳米管，纳米花等），并研究了各个反应条件对合成的纳米粒子形貌、尺寸及结构的影响 [51,52] 。同时深入探讨了水热法制备纳米粒子的生长机理 [51，53]。
水热合成法是合成ZnO光催化剂的重要手段。Ruh Ullah等[54]
通过水热法合成了纯ZnO和Mn/ZnO，同时发现合成的Mn/ZnO对亚甲基蓝（MB）的光降解效率为纯ZnO的50倍。Zuo等[55]用水热法制备出由ZnO纳米片组成的花状纳米ZnO并研究了其光催化性能，研究结果表明,经过80min的光催化后,81%～90%的亚甲基蓝被催化降解。Witold Lojkowski等[56]利用微波加热的水热法成功的合成了高掺杂比的Mn2+, Ni2+, Co2+ 和 Cr3+掺杂ZnO。
1.7 掺杂纳米ZnO的制备方法
元素掺杂可以通过轨道杂化有效地改变半导体的能带结构。半导体光催化剂掺杂改性主要有3种方式：调控价带位的阴离子掺杂、调控导带位的阳离子掺杂以及阴阳离子共掺杂。阴离子掺杂主要利用B, C, N, P和S等非金属元素的p轨道和氧化物半导体中的O2p轨道杂化以提高其导带位置；阳离子掺杂则多采用Mn, Cr，Ni, Fe等具有3d轨道的过渡族金属掺杂，可在宽带隙氧化物半导体的禁带中插入一个能带，使其获得可见光响应。共掺杂则以阴、阳离子共掺以同时调整半导体的导、价带位置，进而
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改善半导体光催化活性。
对于纳米结构的掺杂，按照掺杂原子引入晶格的先后，可分为原位掺杂和后期掺杂两种方法。 1.7.1 原位掺杂[57]
原位掺杂是指在ZnO纳米晶体自组装过程中引入所需杂质原子的方法，目前实现ZnO自组装生长的工艺主要有：热蒸发、化学气相沉积、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶法，金属有机化合物水热法、范本法。原位掺杂的实现实际上是在纳米材料的制备过程中，其难点在于选择合适的掺杂元素及物质形态,以保证其在ZnO自组装过程中保持较高的活性。 1.7.2 后期掺杂[58]
后期掺杂指在已经制得的ZnO 的晶格中引入杂质原子的方法，杂质原子在ZnO晶格中以间隙或替位原子的形式存在。由于杂质原子进入晶格需要一定的能量，所以这也是一个高温高能的过程。在这个高温高能的过程中，晶体自身会进一步生长，导致晶粒变大；同时某些掺杂原子的引入会使原有晶体形貌发生不同程度的改变。因此，如何通过改进掺杂工艺来最大程度的减少掺杂造成的影响已经成为关于后期掺杂的一项重要的研究内容。目前常用的后期掺杂方法包括热扩散、固相反应及离子注入等方法。
1.8 纳米ZnO的主要表征分析方法
本实验主要采用以下分析表征方法，扫描电镜（SEM），X
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射线衍射法（XRD），红外吸收光谱，固体吸收，紫外-可见吸收光谱（UV—vis），荧光分析法（PL），下面，简要介绍几种。 1.8.1 X射线衍射法
X射线衍射法是一种研究晶体结构的分析方法。当X射线照射晶体时将受电子的散射，散射波的相长干涉造成了我们所看到的X射线衍射。利用XRD谱图的峰可以进行物相分析（定性分析和定量分析），晶体结构分析（空间群和晶格常数），晶粒度测定，物质状态鉴别等。
由ZnO纳米粒子的XRD谱图可以看到每个峰所对应的角度和强度。如图
图1.3 氧化锌的XRD谱图
1.8.2紫外-可见吸收光谱
以入射光的波长为横坐标，物质对不同波长的吸光度为纵坐
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标，在190一990nm波长范围内所绘制的吸光度-波长曲线即为紫外一可见吸收光谱或吸收曲线。
在紫外光区纳米ZnO有强的宽带吸收，且吸光度远远大于可见区的吸光度，这表明纳米氧化锌在整个紫外区都有很强吸收能力。由于其基本吸收对应于电子由价带的能级到导带的各能级之间的跃迁，因此通过吸收峰位的变化可以考察物质结构中能级的变化。
1.8.3红外吸收光谱
由于红外光能量较低，不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而只能引起分子振动能级和转动能级的跃迁。将分子吸收红外光的情况用仪器记录就可以得到分子的红外吸收光谱。由于每种分子都有其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，因此红外光谱技术主要用于研究分子结构和化学键性质以及晶格动力学性质等，具有高度特征性。 1.8.4 扫描电子显微镜
扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面进行逐点扫描，通过处理产生的二次电子、背散射电子等各种信号而得到样品表层的信息。观察样品表面形貌时，检测器主要是收集二次电子和部分背散射电子，信号随样品表面的形貌不同而发生变化，从而产生信号衬度，经放大器放大输出成像，是纳米结构表面形貌观测分析的重要测试手段之一。
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