产品研发报告初稿.doc

1、产品研发报告初稿1. 概述 1.1研制背景 最近几年来，纺织和制药行业的水污染问题已成为严重的环境问题，围内解决这个问题。基于半导体的光催化技术由于其环境友好和本钱较低而遭到愈来愈多的关注。在各种半导体材料中，氧化锌由于其氧化还原电位高、激子结合能大、物理和化学稳定性较好、便宜且无毒被用作光催化剂。虽然这些ZnO纳米结构的光催化活性很高，但由于ZnO光催化剂中的光生电子-空穴对易于复合，致使光量子利用率低，从而下降其光催化效力。因此，拓宽ZnO光催化剂的光响应范围、提高光催化进程中光生电子空穴的分离效力，开发基于ZnO改性的高效光催化剂已成为现阶段重大前沿科学探索领域之1。本发明采取水热法制备

2、了稀土Eu3+搀杂的氧化锌纳米球，并以此为催化剂降解甲基橙、罗丹明B和亚甲基蓝等有机染料，实验证明，铕搀杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性，所制得光催化剂在有机染料废水处理方面具有良好的利用前景。 1.2国内外相干产品发展现状 1.2.1单1半导体光催化剂 常见的单1化合物光催化剂为金属氧化物或硫化物半导体材料。例TiO2, WO3, ZnO , ZnS, CdS等，它们具有较高的禁带宽度,能使化学反应在较大的范围内进行。用于有机化合物降解的良好的半导体光催化剂的关键是H2O/ OH (OH-= OH + e-; Eo= - 218V) 的还原电位小于金属材料的禁带宽度,且能在相

3、当1段时间内保持稳定。在上述单1化合物半导体材料中，金属硫化物和氧化铁的多晶型物它们易遭到光阴极腐蚀而影响了其活性和寿命，因此不是最好的光佛化材料。TiO2因其化学性质稳定、抗光腐蚀能力强、难溶、无毒、本钱低，是研究中使用最广泛的光催化材料，它能很好地利用可见光中的390m以下的紫外线，而没必要使用昂费和有害的人造光源(如高压汞灯等)所发出的短波长紫外光。不过它也有不完善的地方，TiO2的禁带宽度为3.2eV,其对应的吸收波长为387. 5mm,光吸收仅局限于紫外光区。但这部份光尚达不到照耀到地面太阳光谱的5%，且TiO2量子效力最多不高于28% ,因此太阳能的利用效力仅在1%左右，大大限制了

4、对太阳能的利用。而氧化锌由于其氧化还原电位高、激子结合能大、物理和化学稳定性较好、便宜且无毒被用作光催化剂。铕搀杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性。 因此，为促使光生电子与空穴的分离，抑制其复合,从而提高量子效力，扩大激起光的波长范围，以便充分利用太阳能提高光催化剂的稳定性.目前，有数种经常使用的半导体光催化剂的改性技术，主要包括过渡金属离子搀杂，贵金属沉积、稀土金属离子搀杂、半导体光催化剂的复合和其它新型光催化剂的开发等。 1.2.2过渡金属搀杂 在半导体中搀杂不同价态的过渡金属离子，不但可以加强半导体的光催化作用，还可使半导体的吸收波长范围扩大至可 见光区域.从化学观点看,金

5、属离子的搀杂可能在半导体晶格中引入了缺点位置或改变了其结晶度,成为电子或空穴的圈套而延长寿命。 Choi等系统地研究了21种过渡金属离子搀杂的TiO2纳米晶，发现在品格中搀杂质量分数为11%15%的Fe，Mo，Ru2, 0s2， Re2， V和Rh2增加了光催化活性，并认为搀杂的浓度、搀杂离子的散布，搀杂能级与TiO能带匹配程度、搀杂离子d电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响。 从前人研究的成果来看对过渡金属离子的搀杂,其浓度对光催化性能的提高有侧重要的影响。当搀杂量较少时,增加杂质离子的浓度,载流子的捕获位会随之增多，使得载流子寿命延长，为电荷传递创造了条件，因此

6、活性提高。当搀杂超过1定浓度后，搀杂离子反而成为电子和电荷的复合中心，不利于载流子向界面传递。并且过量的掺入量会使TiO表面的空间电荷层厚度增加，从而影响TiO吸收入射光量子，不利于光催化性能的提高。因此,对过渡金属离子的搀杂1般存在1个最好量。 .稀土金属离子的搀杂 除上述的提高光催化剂催化性能的方法外,搀杂稀土金属离子也能够提高TiO的光催化性能。复旦大学电光源研究所研究，ZnO纳米颗粒是1种绿色环保、合成本钱低的材料,广泛应 用于发光和光催化领域。稀土元素具有独特的性质,通过稀土元素搀杂ZnO,可以得到具有良好特性的发光材料和光催化剂,同时在传感和抗菌方面也有巨大的潜力。 .产品简介 (

7、)将0.5g的醋酸锌溶于20mL无水乙醇中，并加入0.1g的NaOH，再加入0.08790.4229g的硝酸铕，搅拌1h得到均匀混合溶液； （）将步骤()所得的混合溶液放入聚4氟乙烯衬里的反应釜中，在180条件下反应5h，然后冷却得到产物； （）将步骤（）中所得的产物用无水乙醇和水份别洗涤、离心分离3次，在70条件下烘干12h，再放入马弗炉中800烧结1h，即得所述掺铕氧化锌光催化剂材料。 制备的掺铕氧化锌对3种不同染料(亚甲基蓝，MSDS；罗丹明B，RodamineB；甲基橙，MO)降解50min和100min后的降解率，对光照50min和100min的降解率进行比对，可看出在两个时间点，均

8、是对10mg/L的亚甲基蓝的降解率最好。 .根据标准 稀土元素具有丰富的能级,特殊的4f电子跃迁特性和光学性质,不但能够以离子搀杂或半导体复合的情势有效提升传统TiO2，ZnO纳米颗粒是1种绿色环保、合成本钱低的材料,广泛利用于发光和光催化领域。稀土元素具有独特的性质,通过稀土元素搀杂 ZnO,可以得到具有良好特性的发光材料和光催化剂,同时在传感和抗菌方面也有巨大的潜力。 .研究方法 采取简单的水热法制备了稀土Eu3+搀杂的氧化锌纳米球，并以此为催化剂降解甲基橙、罗丹明B和亚甲基蓝等有机染料，实验证明，铕搀杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性，所制得光催化剂在有机染料废水处理方面具