聚苯胺/氧化锌纳米复合光催化剂的制备及性能研究

【摘要】纳米半导体由于其特殊性能,应用非常广泛。纳米氧化锌作为一种典型的纳米半导体,在紫外光区的强吸收,以及相对较高的光电转化效率,使得氧化锌得以光催化方面广泛应用,同时,氧化锌只对紫外光区具有较好的光响应,化学稳定性较差,较低的光电转化效率也限制了氧化锌的进一步的应用。本论文的主要内容有研究不同条件下的氧化锌形貌的可控制备,然后制备不同形貌的氧化锌,通过不同的聚合方法制备出聚苯胺/氧化锌复合材料,研究不同条件对复合材料性能的影响；硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和苯胺甲基三乙氧基硅烷(KH42)通过水热法改性氧化锌,研究不同硅烷偶联剂的不同的影响;复合材料的应用性能主要通过光催化降解亚甲基蓝溶液从而对比不同复合材料作为催化剂的差异。第一部分主要研究氧化锌及聚苯胺/氧化锌复合材料的制备及表征。在不同溶剂中,通过直接沉淀法制备出不同形貌的氧化锌；研究不同醇水比例对纳米氧化锌晶体生长的影响；在室温和80-90℃反应温度条件下,制备颗粒状和棒状氧化锌。结果表明,随着溶剂分子碳链长度的增长,纳米氧化锌的尺寸受到抑制,而水可以促进氧化锌晶体沿c轴生长的特性,不同温度对氧化锌晶体生长存在影响。第二部分主要是制备聚苯胺/氧化锌纳米复合材料,研究不同的聚合方法,不同的聚合时间,不同的质子酸掺杂,不同复合的比例对聚苯胺/氧化锌纳米复合材料的性能的影响。结果表明,苯胺的复合比例影响复合材料的性能,苯胺比例为11.31%时的光催化效果最好；聚合时间的影响可以忽略；乳液聚合光催化效果优于溶液聚合；樟脑磺酸掺杂的复合材料的荧光发射强度最弱,光催化效果强于盐酸和醋酸改性的复合材料。第三部分主要研究复合材料在硅烷偶联剂改性前后以及不同硅烷偶联剂改性之后的差异性。通过对比KH550改性前后复合材料的差异,发现KH550改性的复合材料结构中,聚苯胺能够包覆在氧化锌的表面,不同于未改性的复合材料中的聚苯胺是以片状结构存在于复合材料的结构中,而且KH550改性之后的复合材料在荧光发射以及紫外可见吸收性能上与未改性前的复合材料存在明显的差异性,KH550改性之后的复合材料的光催化效果优于未改性的复合材料甚至是纯的氧化锌的光催化效果；通过对比KH550和KH42对复合材料的性能的影响,我们发现在KH42改性对复合材料荧光发射的抑制作用强于KH550改性,且在无论是在紫外光区还是可见光区,吸收均强于KH550改性的复合材料,同时,KH42改性之后的颗粒尺寸要小于KH550改性之后的复合材料,KH42改性之后的光催化效果要略强于KH550改性之后的光催化效果；改性的复合材料在光催化前后的颗粒尺寸变化最小,说明其稳定性较好,且在重复性测试中,第二次光催化降解率在50min达到90%,并且在70min时降解接近完成。实验结果表明,不同聚合的条件会影响聚苯胺／氧化锌纳米复合材料的性能和光催化效果；硅烷偶联剂在制备聚苯胺／氧化锌复合材料的过程中起到重要作用,改变了聚苯胺／氧化锌复合材料的结构,所制备的复合材料在光催化降解的应用上有非常好的效果。
【作者】安予生；
【导师】李村；
【作者基本信息】安徽大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】氧化锌；聚苯胺；纳米复合材料；改性；硅烷偶联剂；光催化；

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