高等无机化学----范晓晓

1、ZnO/Au纳米复合材料中光生电子载体及活性氧组分对光催化性能及抗菌性能的影响导师：王志华 教授 汇报人：范晓晓 理研1404班 结构：结构：ZnO/Au纳米复合结构纳米复合结构性能：提高光催化性能：提高光催化活性和抗菌性能活性和抗菌性能Journal of the American Chemical Society, 2013, 136(2):750-757.原因：光生载流子和活性氧组分原因：光生载流子和活性氧组分研究背景 具有光催化活性的半导体金属氧化物（ZnO/TiO2）广泛应用于环境污染物分解及抗菌产品的制造，提高其光催化性能的有效手段是在半导体表面上沉积一层贵金属纳米颗粒。贵金属掺杂

2、可以实现（1）电荷有效分离，促进电子-空穴对的产生（2）促进活性氧组分（OH/O2/singlet oxygen）的产生1。 1. Costi, R.; Saunders, A. E.; Banin, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49,48784897.ESR自旋捕捉技术 所谓自旋捕集技术就是为了检测和辩认短寿命自由基, 将一种不饱合的抗磁性物质(自旋捕集剂, 一般为氮酮和亚硝基化合物) , 加入要研究的反应体系, 生成寿命较长的自旋加合物, 通过特征的ESR波谱推出自由基种类.现在已成功合成出上百种自旋捕捉剂，如:DMPO ( 5,5-dimethyl-1

3、-pyrr oline-1-oxide) ZnO/Au纳米复合结构制备ZnO NPsAu/ZnO 0.020.040.1HRTEM证明了Au主要暴露111和200晶面，ZnO主要暴露101晶面。ZnO/Au为混合纳米结构，而非核壳结构，这是由于二者晶格差异较大造成的。负载纳米Au提高光催化性能的原因（1）当ZnO和Au接触时，载流子会重新分布，光电子从费米能级较高的ZnO转移到费米能级较低的Au上，从而实现电子和空穴的有效分离，促进活性氧组分的生成并且提高了光生氧化还原能力2。2 Subramanian, V.; Wolf, E. E.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem.

4、 B 2003,107, 74797485. 负载纳米Au提高光催化性能的原因（2）Au负载使ZnO带隙宽度增大10%ZnO (Eg = 3.2 eV) 导带氧化还原电势 0.2 V 价带氧化还原电势 3.0 V E0(O2(aq)/O2) = 0.16 V E0(H2O/OH)= 2.32 VE0(H2O/OH)=0.68 V E0(O2(aq)/O2)=0.04 V ZnO带隙宽度增加：导带氧化还原电势变得更负，价带氧化还原电势变得更正, 从而使得导带电子的还原能力及价带空穴的氧化能力均有所提高。ESR检测活性氧组分和电子-空穴捕捉剂清除剂当加入相应捕捉剂以后，ZnO/Au复合结构的ESR

5、响应较ZnO的ESR响应有了明显提高，说明Au负载提高了活性氧组分及电子和空穴的含量ESR检测活性氧组分和电子-空穴由于BMPO可同时和OH及O2加合产生ESR信号，导致二者的ESR信号发生重叠。为防止信号重叠，向反应体系中分别加入二者特征的清除剂，以掩蔽彼此之间的干扰，从而可以由ESR图谱分析出OH及O2各自的含量变化。OH/O2单线态氧ESR检测活性氧组分和电子-空穴 CPH同样也不是特征的捕捉剂，它不只可以对空穴产生ESR信号，对活性氧组分也可以产生ESR信号，由如下两幅图可知，OH和单线态氧对CPH的影响很小。单线态氧清除剂采用O2的特征清除剂SOD将O2清除掉后，发现ESR信号强度仅

6、减少了30%，说明O2对CPH的影响也不大。因此，我们可以认为，CPH基本上可以作为光生空穴的特征捕捉剂。O2清除剂ESR检测活性氧组分和电子-空穴Au负载量影响光催化性能的原因随着Au负载量的增加，只有光生空穴导致的ESR信号线性上升，因此，光生空穴是Au负载量影响光催化性能最主要的原因影响活性氧组分的最主要原因是吸收光波长，然而Au负载不改变ZnO对紫外光的吸收波长研究思路制备ZnO/Au复合材料测试光催化性能ESR研究活性氧类型和电子空穴的含量机理研究创新点采用ESR电子自旋捕捉技术，加入特征的捕捉剂和清除剂，对不同种类活性氧及电子、空穴分别进行跟踪研究，深入而全面的探讨了纳米Au负载提高ZnO