稀土復(fù)合摻雜納米ZnO及其光催化性能研究.pdf

1、本文采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備了稀土摻雜納米ZnO粉體，采用XRD、TEM、紫外分光光度計(jì)及UV-Vis對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征，研究了摻雜離子對(duì)納米ZnO粒徑、形貌及其光催化性能的影響。
　　 采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備了稀土離子Tm3+、Yb3+和Er3+的不同摻量單摻納米ZnO粉體，其中摻量為0.05mol％Tm3+、0.1mol％Yb3+以及0.03mol％Er3+的粉體對(duì)應(yīng)的光催化效率最高，分別達(dá)到86.64％、87.

2、96％和78.39％，遠(yuǎn)高于純ZnO的降解率58.75％。XRD和TEM表明，稀土單摻納米ZnO后，晶體仍為六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶粒形貌仍為球形；但摻雜均引起了ZnO不同程度的晶胞膨脹，稀土離子進(jìn)入了ZnO晶格，摻雜引起的晶體不規(guī)整性有利于促進(jìn)ZnO粒子表面的化學(xué)吸附和光催化活性的提高；Yb3+摻雜能抑制ZnO晶粒的生長(zhǎng)，Er3+摻雜容易形成原子簇，阻礙晶界遷移，使得摻雜粒子尺寸增大。
　　 采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備的Yb3+-

3、Er3+和Yb3+-Tm3+共摻體系中，Yb3+作為敏化劑將能量傳給激活離子Er3+和Tm3+；同時(shí)Yb3+作為彌散劑，可減少Er3+以及Tm3+之間因電偶極作用而引起的發(fā)射-吸收效率降低的現(xiàn)象，從而提高了光催化活性。Yb3+-Er3+共摻最佳樣品為YE10，即最佳摻量為0.15mol％Yb與0.05mol％Er，4h光催化降解率為90.94％；Yb3+-Tm3+共摻最佳樣品為YT10，即最佳摻量為0.1 mol％Yb與0.03mol％

4、Tm，4h光催化降解率為84.78％。
　　 光催化效率受外部條件影響顯著。結(jié)果表明，以Tm3+摻量為0.1mol％的ZnO樣品作為光催化劑，MB溶液為降解物，影響光催化效率的最優(yōu)外部環(huán)境條件為：ZnO光催化劑加入量為6.0g/L，MB初始濃度為10mg/L，溶液pH值為9；對(duì)光催化效率影響程度依次為：MB液pH值＞MB液初始濃度＞ZnO光催化劑加入量。
　　 在光催化劑加入量為4.0g/L，MB初始濃度為15mg/L，

5、溶液pH值為6.5，光催化降解時(shí)間為4h的條件下，納米ZnO及其稀土摻雜粉體的光催化活性大小依次為：Yb3+-Er3+共摻＞Yb3+-Tm3+共摻＞Yb3+單摻＞Tm3+單摻＞Er3+單摻＞純ZnO，降解率分別為90.94％、84.78％、78.86％、71.28％、66.33％和52.75％。光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究表明，樣品的光催化降解過(guò)程均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，光催化降解性能較好的樣品對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)較大，光催化性能最好的樣品G5，即0

6、.15mol％Yb與0.05mol％Er共摻雜納米ZnO粉體的一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)為9×10-3，純ZnO為2.81×10-3；UV-Vis光譜分析表明，稀土摻雜都擴(kuò)展了ZnO對(duì)可見(jiàn)光的吸收范圍10～20nm左右。但吸收閾值靠近可見(jiàn)光區(qū)，ZnO光催化劑的光催化降解活性卻不一定高。樣品G4即摻量為0.03mol％Er3+的納米ZnO粉體的吸收閾值為402.5nm，其4h降解率僅66.33％；樣品G5的吸收閾值為391.8 nm，4h降解率達(dá)到9