聚合物辅助溶剂热合成ZnO纳米材料及其对Cr(VI)的光降解研究文献综述

 2023-10-16 10:11:48

文献综述

ZnO是一种新型多功能的精细无机材料。可以表现出许多特殊的性能,如荧光性、非迁移性、吸收或者散射紫外线的能力等。纳米级ZnO由于其尺寸的细微化,使得纳米级ZnO产生了与其块体纳米材料相比,具有独特的表面与界面效应、小尺寸效应、量子效应[1]等性能。作为一种宽带隙半导体氧化物,其禁带宽度为3.3 eV。当ZnO受到大于禁带宽度能量的光照射后,电子从价带跃迁到导带,产生了电子-空穴对,空穴能使OH-生成还原性很高的羟基自由基,可以把许多难降解的有机物氧化成CO2和H2O等无机物。与其他半导体材料相比,ZnO具有易于合成、无毒性、使用成本相对低廉等优点[2-3],这些优点对于实际来说有极大的应用价值。

在ZnO纳米材料的应用如此广泛的情况下,已经发现许多合成方法,如微波辅助热分解法[4]、喷雾热分解[5]、水/溶剂热法[6]、化学气相沉积法[7] 、直接沉淀法[8],用这些方法可以合成不同形貌的ZnO。例如Al-Gaashani等人[4]用微波辅助热分解法可控制备棒状ZnO。Eadi等人[6]使用水热法合成了花状ZnO。Zhang[9]等人使用乙二醇(EG)作为溶剂的溶剂热法,合成三维ZnO空心微球Chandrappa[10]等人也使用EG辅助的溶剂热法,用Zn(OAc)2作为锌源,成功合成花状ZnO。

现在已经开发出多种聚合物辅助合成ZnO的路线。如Zhang等人[10]使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法制备了类似于花状p-CuO / n-ZnO异质结构纳米棒。Eadi[6]等使用阴离子表面活性剂—十二烷基硫酸钠(SDS),通过水热法合成哑铃形ZnO微/纳米结构。 Geng[12]等人使用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)作为结构导向剂,通过水热法制备出六角多层结构的ZnO。Lam[13]等人通过PVP辅助共沉淀法,成功合成了三维ZnO的微/纳米花结构。Zhu[14]使用PVP辅助的溶剂热法,成功地合成了六边形双层盘状的ZnO。

铬(Cr)是毒性最大的重金属之一,由于其臭名昭著的毒性、致突变性和对人类的致癌活性Cr(VI)已被美国环境保护署(USEPA)列为优先污染物之一[15]。现在已有许多降解Cr(VI)的技术,如化学沉淀[16]、离子交换[17]、电解[18]、和光催化还原[19]。其中光催化还原作为一种较为有效的方法,可以在更短的时间内去除废水中的重金属,并将活性高、毒性强的Cr(VI),通过光还原法降解为危害较小的Cr(III)。此外,ZnO纳米颗粒具有较大表面积和大量吸附位点,这些结构特征导致有机污染物有效地输送到光催化剂表面上,因此ZnO可以作为光催化剂还原Cr(VI)。Jin等人[20]在低温条件下,合成多孔单晶ZnO纳米板,结果表明,可以通过降低pH值将Cr(VI)还原为Cr(III)。Wang[21]等人制备了Zn/ZnO枝晶,可以作为一种降解Cr(VI)良好的、相对稳定的催化剂。 Xu[22]等人合成了片状ZnO,在紫外光照射下Cr(VI)的还原速率表明ZnO纳米颗粒与相关的Zn-MOF相比,具有更高的光催化活性。Liu等人[23]合成花状ZnO空心微球,使用该方法合成的ZnO可以对Cr(VI)进行光降解,实验表明ZnO在pH=5的条件下,Cr(VI)的转化率达到最大值,约为90%

参考文献:

[1] 张立德, 牟季美. 纳米材料和纳米结构[M]. 北京科学出版社, 2001: 16.

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