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碳掺杂ZnO不同形貌材料制备及其光催化性能研究
摘要
本文采用溶液燃烧法制备了不同形貌的碳掺杂ZnO材料，并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、XRD、UV-Vis等手段对材料进行了表征，并考察了不同形貌的碳掺杂ZnO对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明，碳掺杂ZnO材料具有优异的光催化性能，其催化活性与形貌密切相关。本研究对碳掺杂ZnO材料的制备和应用具有一定的参考价值。
关键词：碳掺杂ZnO；形貌；光催化性能；溶液燃烧法
引言
随着环境污染的日益严重，光催化降解技术备受关注。在光催化材料中，氧化锌（ZnO）因其良好的化学稳定性、较高的吸收率和较低的能带结构而备受青睐。然而，ZnO的缺点是其带隙过宽，导致其仅能吸收紫外光。本文将通过碳掺杂来解决这一问题。
实验部分
材料制备
采用溶液燃烧法制备了不同形貌的碳掺杂ZnO。取相应比例的环氧乙烷、乙二醇、有机酸和硝酸钙放入容器中，在搅拌的同时缓慢加入纯氧，以便于在材料的再生中提供氧气。当反应完成后，由于溶剂中的残余成分很多，需要使用真空烘箱将材料对溶剂进行干燥。最后，将干燥后的样品进行退火处理。
表征
使用扫描电镜（SEM）研究了材料的形貌，使用X射线衍射（XRD）研究了材料的结构，使用紫外-可见光谱（UV-Vis）研究了材料的吸收特性。
光催化性能测试
选择亚甲基蓝作为目标污染物，评估不同形貌的碳掺杂ZnO对其的光催化降解性能。将10mg的材料分散在100mL的亚甲基蓝溶液中，并将其暴露于光照和黑暗条件下进行incubation处理。分别记录在2h，4h和6h的处理后亚甲基蓝的降解情况，以评估其光催化活性。
结果与讨论
SEM表征显示，采用溶液燃烧法制备的碳掺杂ZnO为球形或纳米棒状。XRD结果表明，材料为纯相ZnO结构，并发现样品中存在C掺杂。UV-Vis分析表明，不同形貌的ZnO的吸收特性差异较大，暴露面积更大的纳米棒状ZnO吸收能力更强。
通过光催化性能测试，发现不同形貌的碳掺杂ZnO对亚甲基蓝的降解效果不同，其光催化活性与其形貌密切相关。纳米棒状碳掺杂ZnO对亚甲基蓝的催化降解效果最强，对其的降解率分别为76%，86%和95%。而球形碳掺杂ZnO的催化降解效果较弱，对其的降解率分别为29%，53%和62%。
结论
通过溶液燃烧法制备了不同形貌的碳掺杂ZnO材料，并测试了其在亚甲基蓝光催化降解中的活性。研究结果表明，不同形貌的碳掺杂ZnO材料具有优异的光催化活性，其催化活性与形貌密切相关。纳米棒状碳掺杂ZnO对亚甲基蓝的催化降解效果最强，对其的降解率分别为76%，86%和95%。
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