论文摘要
晶体材料的电、磁、声、光、热和力学性能,都具有结构敏感性。晶体缺陷对晶体结构具有巨大的影响,掺杂是获得晶体缺陷的有效手段。在纳米晶氧化物中,掺入其他元素得到点缺陷,掺入其他化合物则构成面缺陷,通过这些掺杂制备点缺陷或面缺陷、促进晶体材料的结构敏感性的研究近来已被广泛关注。而如何设计复合缺陷、控制复合缺陷的形成、类型及变化已成为晶体材料领域研究的新兴课题。本文用液相沉淀法制备得到了纳米级AgI-ZnO复合粉体,制备得到点缺陷与面缺陷共存的复合缺陷。通过光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、电子顺磁共振（ESR）、拉曼（Raman）对复合缺陷进行了表征,在此基础上,考察了纳米AgI-ZnO复合粉体的热催化及光催化性能,实现了对复合缺陷影响晶体材料性能的评估。主要研究工作及成果如下:（1）用溶液沉淀法制备了不同AgI掺杂量的AgI-ZnO纳米级复合粉体。TG-DSC、SEM和TEM结果表明,前驱体最佳煅烧温度为350℃,AgI掺杂量为0.3%时,制得的AgI/ZnO纳米复合粉体分散性好,粒径为50 nm,粒度分布均匀;XRD结果表明,复合粉体中的ZnO为六方纤锌矿结构,结晶性高。液相共沉淀法合成工艺操作简单,粉体结构稳定,为AgI与金属氧化物的复合提供了一条合理有效的途径。（2）借助XPS、ESR以及Raman等分析手段得知,AgI以间充的形式掺杂在纳米ZnO晶格中,掺杂AgI后的纳米复合粉体中的Zn与O比例偏离1:1,表明复合粉体中含有较多的氧空位（氧缺陷）,且氧空位的含量要明显高于纯纳米ZnO,AgI掺杂量为0.3%时复合粉体的氧缺陷浓度最高,此外随着AgI掺杂量的增加,晶化程度有所减弱,AgI的掺杂没有改变ZnO的晶格结构。（3）催化AP热分解时,AgI掺杂量为0.3%的复合粉体催化性能最高,可使AP的高温分解峰由433.6℃降低到301.8℃,粉体添加量占5%时催化效果最好,AP的高温分解峰温度降低至293℃,复合粉体的加入使AP的表观活化能E由纯AP时的164.50 kJ/mol降低到86.34 kJ/mol,反应速率常数K也得到很大提高;光催化MB染料时,AgI掺杂量越大,光催化性能越高,1%掺杂浓度的复合粉体光催化5 min后即可实现对MB染料完全降解,复合粉体催化剂增加了对可见光的吸收,其用量对光催化效果影响较小,重复使用6次35 min后的MB的降解率仍达98%以上。因此,AgI-ZnO纳米复合粉体表现出优秀的催化性能,是一种优良的催化材料,这不仅拓展了此复合材料的应用研究领域,还为快离子导体AgI及其与氧化物的复合材料的研究与应用做出了新的探索。（4） AgI-ZnO纳米复合粉体在光催化和热催化领域具有优秀的催化性能,对复合粉体的催化反应机理分析表明,在复合粉体催化反应过程中存在两个重要的决定因素,其一为电子迁移速率;其二为氧缺陷浓度,在AP热催化分解进程中,二者发挥正催化作用,方向一致;在光催化过程中氧缺陷浓度的提高有利于反应进行,而电子迁移速率过快导致存在两个对抗作用:一方面电子-空穴在ZnO表面的复合几率降低,有利于光催化,另一方面电子失去了其原有的较高的还原作用,不利于光催化,二者的竞争使复合粉体的光催化效果没有热催化效果提高显著。本文对沉淀法制备的AgI-ZnO纳米复合粉体,纳米复合粉体内复合缺陷的构建及其性能评估,为纳米功能材料的界面缺陷制备提供了重要的参考。
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相关论文文献
- [1].AgI-ZnO纳米复合粉体的制备及催化性能[J]. 硅酸盐学报 2011(06)