氧化锌石墨烯纳米复合物的制备与应用

光催化实验
以P25、氧化锌颗粒、氧化锌纳米片作为光催化剂， 选择罗丹明B（RhB）作为指示剂。以500W汞灯作 为光源，具体实验步骤如下： （1）分别称取20mg的P25粉末、氧化锌颗粒、氧化 锌纳米片置于试管中。 （2）配置浓度为10 mg/L 的罗丹明B溶液取 （3）将试管放入光催化反应器中，打开磁力搅拌器， 关闭反应器的门以保证反应样品置于黑暗避光的环 境下。
光催化技术
光催化反应的基本原理

光催化反应过程中，光催化剂通常为固态粉末状的 半导体，而反应底物大多是气态或液态的物质，半 导体光催化反应的原理主要是以固体能带理论为基 础发展而来。当半导体位于基态时其化学稳定性相 对来说很强，若无自由电子则无法发生化学反应。 当半导体受到光的照射时，则会从入射光子中获取 大于其价带的能量，半导体价带上的电子会发生能 级跃迁，产生有极强活性的自由态电子；电子跃迁 到导带上之后相应的价带上便会产生对应的空穴， 导带上具有自由电子，形成所谓的电子-空穴对。
氧化锌/石墨烯纳米点复合物降解甲醛气体
影响现有光催化净化甲醛产品性能的因素主要有两点： 1） 光催化剂对光的有效利用率。 2） 提高电子-空穴对的分离效率。 所以可以利用石墨烯纳米点/氧化锌纳米片复合物 作为光催化剂。
实验步骤：具体实验步骤如下： （1）制备光催化剂分散液，将氧化锌纳米片/石墨烯纳米 点复合物、P25分散到去离子水中，形成稳定的分散液。 （2）将分散液样品喷到四块玻璃板的一个表面，在试验 环境中自然干燥24小时后放入实验舱，将甲醛传感器放 置在反应舱中间位置。 （3）将甲醛溶液由反应舱侧面的小孔注入反应舱内部， 密闭注射孔，保证反应在密闭环境下进行，打开小风扇 使甲醛液体充分扩散在整个反应舱内。 （4）待甲醛均匀扩散稳定后读出甲醛传感器上显示的甲 醛浓度，此时甲醛的浓度为初始浓度。 （5）打开氙灯光源使照射在实验舱内的光催化剂表面， 并记录甲醛浓度。实验中通过小风扇迫使反应器内的气 体流动，有利于污染物均匀的分布于控制空间内。

复合光催化剂的制备
采用液相法制备氧化锌/石墨烯纳米点复合物。具体 步骤如下：在烧杯中加入50mg氧化锌纳米片，加入 去离子水超声分散，然后在烧杯中加入石墨烯纳米 点水溶液，将上述混合液超声30分钟之后磁力搅拌6 小时，离心分离，倒掉上清液，置于60摄氏度干燥 24小时得到复合物粉末。
复合光催化剂降解染料实验
光生电子具有强还原性，其对应的空穴具有强氧化性， 可以把吸附在半导体催化剂表面的有机污染物氧化。 光催化降解有机物的机理如图1所示。
光催化效率的影响因素
半导体光催化反应包含表面物理吸附-脱附、光化学与 催化化学等一系列复杂的反应过程。其中半导体的 晶体结构、带隙位置、尺寸大小、比表面积等因素 都会影响光催化反应过程，决定光催化反应效率的 大小。
纳米氧化锌
ZnO光催化剂一般根据其形态和尺寸分为零维 ZnO纳米颗粒，一维ZnO纳米材料如（纳米线、纳 米棒等）和二维ZnO纳米材料（如纳米片、纳米薄 膜）；通过调节生长条件形成不同的新型结构，不 同的生长结构往往具有不同的表面活性，从而影响 其光催化性能。ZnO纳米材料的生长制备技术主要 有化学法和物理法两类，化学法包括湿化学法、热 蒸发化学法、喷涂热分解法和化学气相沉积法等； 物理法包括脉冲激光沉积法、磁控溅射法、电化学 法、热蒸发法和分子束外延法等。
纳米ZnO因其成本低、环境友好、易制备等优 点被认为是可以替代二氧化钛的优异光催化剂材料。 采用CVD法可以成功制备出一种新型氧化锌纳 米片薄膜，厚度小，比表面积大，具有良好的光催 化效果。但仍然只限于紫外光下。
氧化锌纳米片的制备
通过化学气相沉积法制备氧化锌纳米片。具体实验步 骤如下： （1）将氧化锌粉末、石墨粉和五氧化二磷粉末按质 量比为1:1:0.025混合，然后放入研钵中研磨均匀后 填装入氧化铝瓷舟中。 （2）以氧化铝基片作为衬底。采用电子束蒸镀工艺 在基片上镀一层厚度为1.5 nm 的金薄膜。 （3）将（2）的基片放入（1）的瓷舟上方，瓷舟放 在小石英管内。小石英套入大石英管中，将瓷舟放置 于大石英管的中心位置，使基片正对管式炉中的热电 偶。
提高光催化效率的方法
设计新型、高效和低成本的光催化剂已成为半导体催 化剂研究领域的重点问题之一。综合目前的研究成 果，提高光催化效率的方法主要有以下几种。 1.掺杂 掺杂方式有三种，分别为金属掺杂，非金属掺杂和共 掺杂。 2.贵金属沉积 将贵金属沉积到光催化剂表面，使其充当助催化剂的 角色。、 3.复合半导体 4.表面光敏化
石墨烯纳米点在实验中作为助催化剂来提高氧 化锌纳米片的光催化性能的，适量的助催化剂可以 提高其光催化性能。以氧化锌纳米片、氧化锌/石墨 烯纳米点复合物作为光催化剂，以罗丹明B（RhB） 作为反应底物，反应过程中使用紫外-可见分光光度 计对样品其进行测量。整个实验过程中以氙灯作为 光源，具体实验步骤如下： （1）分别称取一定量的氧化锌纳米片、氧化锌/石墨 烯纳米点复合物置于试管中。 （2）配置一定浓度的罗丹明B溶液。
氧化锌/石墨烯纳米点复 合物的研究现状及应用
摘要 绪论 氧化锌纳米片的制备 氧化锌/石墨烯纳米点复合物的制备及光催化性能 氧化锌/石墨烯纳米点复合物降解甲醛气体 结论与展望

百度文库要
氧化锌作为一种高效的光催化剂具有廉价、无毒 等诸多优点。化学气相沉积法制备的氧化锌纳米片在 光催化降解有机污染物方面具有很高的应用价值。但 由于氧化锌带隙较大，只能吸收紫外光，从而限制了 其光催化效率。因此，对氧化锌进行改性，将一些无 毒无害物质负载于氧化锌纳米片表面，使其在可见光 下发生反应，提高光催化效率，成为一个重要的研究 领域。
光催化实验
（4）将上述样品先置于反应器中磁力搅拌30 min， 分别取样3 ml 置于离心管中。打开汞灯（光率密度 为1800 uV/cm2）并将磁力搅拌器保持开启状态，使 光催化反应在搅拌下进行。 （5）将上述取得的样品离心。 （6）将离心完毕的上清液用紫外—可见光谱仪测量 其吸光度，分析实验数据。

结论

通过上诉方法制备出的ZnO/GNDs相比于P25，不仅 比表面积大，而且光吸收性能高，电子传输功能好， 因而光催化效率远高于P25。ZnO/GNDs中，氧化锌 与石墨烯复合能够充分利用石墨烯的优良导电性能， 而两种二维材料的紧密贴合使两者之间电荷的传输变 得更加通畅， ZnO纳米片导带上的电子能够顺利的传 输到石墨烯纳米点上，达到光生电子-空穴对的快速高 效分离和转移的目的，通过加速电子迁移效率使其快 速转移到光催化剂表面从而与染料分子接触这样，光 催化氧化和光催化还原反应分别在石墨烯纳米点和 ZnO纳米片的两端同时进行，从而提高降解甲醛气体 的反应效率。

复合光催化剂的催化原理
复合光催化剂的催化机理图如3-12所示。当光照射到半 导体，使其受到的光子能量大于其禁带宽度时，半导 体价带电子受到激发跃迁至导带，产生电子和空穴。 这些电子和空穴可以自有移动，与材料表面的H2O 和 O2接触并反应生成氢氧自由基和超氧自由基。这些氢 氧自由基和超氧自由基具有 很强的氧化还原能力，可以 把水和空气中的有机污染物 如罗丹明B、甲醛等分解成 二氧化碳和水等无毒无害小 分子物质。

石墨烯
石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子包裹的单层二维材 料，具有优异的机械性能，热学、电学、光学性能， 并被证明在光催化方面具有良好的应用潜力。其中 氧化锌/石墨烯复合光催化剂表现出优良的电子传输 功能和良好的染料吸附性能。 采用操作简便的液相法，将石墨烯纳米点负载在氧 化锌纳米片表面，使二者通过范德华力结合形成氧 化锌/石墨烯纳米点复合物
氧化锌纳米片的制备
（4）打开载气瓶的阀门和压力阀，然后设定载气流 量，本实验中的载气为氩气和氧气。 （5）设置管式炉运行程序，以50 ℃/min 的速率将 炉温升到1000℃，并保温8 分钟。开启管式炉使其 开始运行程序，在保温和降温过程中持续通入载气。 （6）停止运行管式炉，使其自然降温到室温后，取 出基片，可以观察到基片表面有白色的物质，即为 氧化锌纳米片。 （7）收集基底上的白色物质，作后续光催化实验。
复合光催化剂降解染料实验
（3）分别在（1）的试管中加入（2）中的罗丹明B 溶液，并放入磁力搅拌子，将试管放入光催化反应 器中，打开磁力搅拌器，关闭反应器的门以保证反 应样品置于黑暗避光的环境下。 （4）将上述两组样品先置于反应器中磁力搅拌30 mins，分别取样置于离心管中。 （5）打开氙灯，开始进行光催化反应，保持搅拌状 态。 （6）将上述取得的样品离心。 （7）将离心完毕的样品取上清液用紫外—可见光谱 仪测量其吸光度。