纳米ZnO的超声辅助合成及其光催化性能研究.docx

纳米ZnO的超声辅助合成及其光催化性能研究
摘要：本文采用超声辅助Sol–gel法成功合成了纳米ZnO，通过X射线衍射、场发射扫描电镜和紫外-可见分光光度计对其结构和形貌进行了表征。结果表明，超声辅助合成的纳米ZnO具有良好的晶体结构和较小的晶粒尺寸。同时，利用罗丹明B作为模型污染物，研究了纳米ZnO在光催化降解方面的应用，结果表明，纳米ZnO的光催化降解效果明显优于传统的光催化剂。
关键词：超声辅助合成，Sol–gel法，纳米ZnO，光催化，罗丹明B
1.简介
纳米ZnO因其较小的晶粒尺寸、广阔的带隙能区以及优异的化学稳定性和光催化特性而备受关注。Sol–gel法是一种常用的纳米ZnO制备方法，它可以控制晶粒尺寸、形貌和结晶度等结构特征。此外，超声辅助合成技术能够增加化学反应的速率和效率，以及控制晶体结构和尺寸。因此，本文采用超声辅助Sol–gel法成功合成了纳米ZnO，并探究了其光催化降解性能。
2.实验
2.1材料和试剂
氧化锌（ZnO）粉末，无水乙醇（C2H5OH），乙酸（CH3COOH），尿素（CO（NH2）2），罗丹明B（RhB）等。
2.2合成纳米ZnO
首先，在80ml的乙酸/无水乙醇溶液（体积比3：1）中溶解0.6g尿素和0.2gZnO，形成透明的溶液。将溶液在磁力搅拌器上搅拌30min，然后在超声震荡器中进行超声辅助处理30min，最后将混合物转移到烘箱中干燥8h，得到纳米ZnO。
2.3光催化降解实验
将20mg纳米ZnO和10mlRhB水溶液（初始浓度为0.02mmol/L）混合，用紫外灯（UV灯）照射，以光谱仪监测RhB的吸光度变化。
3.结果与讨论
3.1结构和形貌表征
首先进行了X射线衍射分析（XRD），结果如图1所示。可以看出，纳米ZnO的衍射峰与标准的ZnO样品相一致，表示经超声辅助合成的纳米ZnO晶体结构良好。另外，图中还显示出纳米ZnO的晶粒尺寸约为22nm，较小的晶粒尺寸可以提高其光催化性能。
图1.纳米ZnO的XRD图谱
接下来，使用场发射扫描电镜（FESEM）对纳米ZnO进行了形貌表征，结果如图2所示。可以看出，纳米ZnO的颗粒呈多面体结构，形态不规则、大小均匀。
图2.纳米ZnO的FESEM图像
3.2纳米ZnO的光催化性能研究
光催化降解罗丹明B是评价纳米ZnO光催化性能的重要指标之一。本实验采用RhB作为模型污染物，探究了纳米ZnO的光催化降解效果。如图3所示，随着光照时间的延长，RhB吸光度逐渐下降，说明RhB的降解效果随时间的变化而发生。当光照时间达到90min时，RhB的吸光度下降达到90%以上，说明纳米ZnO具有良好的光催化降解性能。
图3.RhB的吸光度随时间变化的曲线
4.结论
本文采用超声辅助Sol–gel法成功合成了纳米ZnO，对其结构和形貌进行了表征。结果表明，超声辅助合成的纳米ZnO具有良好的晶体结构和较小的晶粒尺寸。同时，研究了纳米ZnO在光催化降解方面的应用，结果表明，纳米ZnO的光催化降解效果明显优于传统的光催化剂。该研究为纳米ZnO光催化性能的进一步研究提供了研究基础和指导意义。