微波辅助合成ZnO系列纳米材料的调控机制与多模式光催化性能研究

A series of ZnO-based nanocomposites will be prepared by the microwave-assisted synthesis combined with chemical bath deposition method, ion exchange and temperature-programmed solvothermal treatment method and so on. By changing synthesis conditions including the power and the time of microwave radiation and so on, so as to control the surface physical and chemical properties, light absorption properties, morphology and size of as-compositions. At the same time, the controllabe results will be analyzed by X-ray powder diffraction (XRD), UV-visible diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis/DRS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and N2 adsorption-desorption. Moreover, the formation mechanism of the controllable design will be proposed by means of theoretical modeling research. Meanwhile, the differrences of the crystal morphology, crystal growth direction, size, orientation and crystallinity of above ZnO-based nanocomposites controllably prepared by the microwave-assisted synthesis for the changing about photocatalytic performance will be systematically studied by multi-modes photocatalytic experiments such as UV, visible light, simulated solar light, and microwave-assisted irradiation, and clearly illustrate the comprehensive effect of microwave irradiation on the mechanism of photocatalytic reaction.

采用微波辅助合成并结合化学水浴沉淀、离子交换和程序升温溶剂热等方法制备系列以ZnO为主体的纳米复合材料。通过改变合成时的微波辐射时间与功率等条件对其表面物理化学性质、光吸收特性、形貌、尺寸等进行调控，经 X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及氮气吸附-脱附等测试手段对调控结果进行分析，并借助理论建模研究提出可控设计的形成机理。同时，通过紫外、可见、模拟日光以及微波辅助等多模式光催化实验，系统研究可控设计微波辅助合成后的ZnO系列复合材料的晶体形态、生长方向、晶体尺寸、取向和结晶度的不同对其光催化性能的改变，并清楚地阐明微波辐射对光催化反应机理的综合影响。

ZnO是光催化领域中极具应用前景的一种半导体材料，以ZnO为基体的复合材料制备与光催化性能的研究备受科学家的关注。.本研究采用微波辅助合成并结合化学水浴沉淀、离子交换和程序升温溶剂热等方法制备了系列以ZnO为主体的纳米复合材料。通过改变合成时的微波辐射时间与功率等条件对其表面物理化学性质、光吸收特性、形貌、尺寸等进行调控，经 X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及氮气吸附-脱附等测试手段对调控结果进行了分析。同时，通过紫外、可见、模拟日光以及微波辅助等多模式光催化实验，系统研究了可控设计微波辅助合成后的ZnO系列复合材料的晶体形态、生长方向、晶体尺寸、取向和结晶度的不同对其光催化性能的改变，并清楚地阐明微波辐射对光催化反应机理的综合影响。.所开展的研究是对微波辅助合成过程中纳米复合材料可控设计的形成机理的深入理解与探讨，为微波辐射在纳米复合材料的合成工艺与多模式光催化降解有机污染物的研究奠定了一定的理论基础。.在四年的研究中，项目成果较为显著。不仅圆满完成项目所有预期目标，而且发表标注基金项目的SCI检索论文20篇（影响因子在3.0以上的论文11篇），国家级核心论文5篇。获得黑龙江省科学技术三等奖1项，黑龙江省高校科学技术二等奖1项，授权发明专利4项，培养了12名硕士研究生获得硕士学位。