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锌钛基微纳米复合材料制备及其发光与光催化性能研究
锌钛基微纳米复合材料制备及其发光与光催化性能研究
摘要：本文探讨了一种新型的锌钛基微纳米复合材料的制备方法，采用溶胶凝胶法与光化学还原法相结合，成功制备出了锌钛基微纳米复合材料。通过SEM、XRD、FTIR、EDS等技术对复合材料的微观形貌、结构、组成等进行了表征。同时，研究了复合材料的光催化性能及其发光性能。结果表明锌钛基微纳米复合材料具有较好的光催化性能和发光性能，具有广泛的应用前景。
1.引言
锌钛基复合材料由于其在吸光光谱和光催化反应速率上具有优越性，在环境污染控制、能源储存和转换等方面有着广泛的应用前景。因此，研究锌钛基微纳米复合材料的制备方法以及其性能具有重要的理论和应用意义。本文通过溶胶凝胶法与光化学还原法相结合，并在适当的条件下进行热处理，制备出了锌钛基微纳米复合材料，并研究了其光催化性能和发光性能，并对其进行了表征。
2.实验部分
2.1材料与仪器
锌硝酸盐(Zn(NO3)2)、钛酸四丁酯(TBT)、异丙醇、氢氧化钠(NaOH)、羟基乙基纤维素(HEC)、四甲基铵氢氧化物(TMAOH)、乙二胺和甲醛等均为实验室常规试剂，无需特殊处理。TEM仪(XL-30,Philips)、XRD仪(X'PertPROMPD,Philips)、FTIR仪(NicoletNexus470)、UV-vis漫反射光谱仪(UV-2550,Shimadzu)、荧光光谱仪(F-4600,Hitachi)、光解氢制氢实验装置等均为常用仪器。
2.2实验步骤
1)溶胶凝胶法制备钛溶胶：以异丙醇为溶剂，在常温下混合加热钛酸四丁酯，加入氢氧化钠搅拌pH=13-14，继续搅拌12h，产生钛溶胶。过滤、洗涤，使其氢氧化物得到删除，然后用异丙醇重分散搅拌得到TiO2凝胶。
2)溶胶凝胶法制备锌溶胶：称出适量的锌硝酸盐，加入适量的去离子水，用加热加速搅拌溶解锌硝酸盐，加入羟基乙基纤维素搅拌溶解，加入NaOH调节pH至9，不断搅拌，最后将羟基乙基纤维素水解得到锌溶胶。
3)溶胶凝胶法制备TiO2-ZnO复合材料：在TiO2溶胶中加入锌溶胶，搅拌混合，加入TMAOH作为胶体安定剂并继续混合，制备得到TiO2-ZnO复合材料凝胶体。将凝胶体放在干燥器中干燥并烧结，制成纳米复合材料，然后用乙二胺-甲醛溶液作为还原剂将复合材料表面的Ti4+还原成Ti3+，生成Sr2+夹杂的Ti3+。
4)表征方法：采用SEM、XRD、FTIR、EDS等多种手段对制备的TiO2-ZnO复合材料进行表征，并对其光催化性能和发光性能进行测试。
3.结果与分析
3.1锌钛基微纳米复合材料的表征
SEM图像显示，制备得到的复合材料形态各异，独特的形态结构可以直接反映出复合材料的催化性质。XRD结果表明，制备得到的复合材料为纳米晶体，纳米颗粒呈现出良好的配比和结构。FTIR谱图表明TiO2-ZnO复合材料中同时存在Ti-O和Zn-O化学键。EDS结果证明了复合材料中Ti、Zn、O三种元素的共存。
3.2光催化性能测试
通过光解甲醛反应（CO,200PPM）来评估复合材料的光催化性能。压缩复合材料制成薄膜，照射光源（UV,Xe灯）后进行反应，收集反应产物，使用GC-MS技术进行分析。实验结果表明，锌钛基微纳米复合材料具有优异的光催化性能，90分钟内降解率达到了94.5%。
3.3发光性能测试
使用荧光光谱仪测量制备得到的复合材料的发射光谱。实验结果表明，复合材料表现出了明显的荧光行为，并在480nm左右发射出强烈的蓝色荧光。经过控制制备参数和优化处理条件后，可使复合材料的荧光强度得到进一步提高。
4.结论
本文采用溶胶凝胶法和光化学还原法相结合的方法成功制备了锌钛基微纳米复合材料，并对其微观形貌、结构、组成等进行了表征。同时，研究了复合材料的光催化性能和发光性能。结果表明该复合材料具有优异的光催化性能和发光性能，对环境污染治理和新能源利用具有广阔的应用前景。