发布时间 : 星期一 文章Mn掺杂ZnO的制备与光催化活性的研究 - 图文更新完毕开始阅读
有一个光伏响应带；而Mn掺杂ZnO除紫外区的特征响应带外，在400～650nm的可见光区同时有一个强响应带，且其强度随掺杂Mn含量的增大而增大。表明Mn掺入后可以扩展ZnO的光响应范围，同时可以有效地提高可见区光生电子和空穴的分离效率，有利于光催化降解过程的进行。同时，由相位谱图可以看出，相位角均位于90~180°之间，为负向的光伏响应信号。
比较纯ZnO与不同掺杂比的掺杂ZnO的SPS可知，Mn2+的掺入有效的扩展了纳米ZnO的光响应范围，这与二者的漫反射吸收谱图分析结果相吻合。 3.1.5 红外光谱分析
11053423581001380154890% T80 7060503 ZnO nanorods Zn0.95Mn0.05O0500100015002000250030003500400050-1Wavenumber/ cm图3.6 ZnO与Zn0.95Mn0.05O的红外光谱图
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3340在红外区，氧化锌伸缩振动吸收峰(υZn–O)出现在534cm-1处，与文献报导[61]中的结果基本一致。Mn掺杂ZnO吸收峰位（503cm-1）相比纯ZnO发生了红移，可能是因为Mn的掺入使得Zn—O晶格环境发生改变，而导致其振动频率改变所致。吸收峰峰形尖锐，说明样品粒径分布较为均匀且结晶良好，与它们的X衍射图分析结果一致。图3.6中的3340cm-1和1548cm-1波数处的吸收峰为样品表面吸附的羟基和空气中水分子的吸收峰[62]。2358cm-1波数处的吸收峰为CO2的吸收峰。1380cm-1处的吸收峰
[63]
为C=O伸缩振动吸收峰(υC=O) 。同时，图中并未出现Mn—O
特征吸收峰（609cm-1），这与XRD的分析结果相一致，进一步证明了Mn2+已掺入了ZnO晶格中而并未形成锰氧化物等杂质相。
[64]
3.1.6 光催化降解茜素红
对ZnO掺杂和未掺杂的纳米棒可见光催化性质进行了检测。从图中可以看出，我们选用的染料茜素红（AR）在可见光区自身敏化大约接近10%；扣除AR自身敏化，纯ZnO纳米棒两小时催化降解约10%；而掺杂3mol%、5mol% Mn2+的Zn1-xMnxO纳米棒晶体在可见光照射下与单纯的ZnO纳米棒相比较有明显的降解效果，且掺杂比为5mol%的掺杂ZnO其催化效果最佳，如扣除自身敏化，其降解效率分别达到46%和63%，这一结果与表面光电压的分析结果相一致。其原因可能是Mn2+的掺杂能够在ZnO带隙间产生一个能吸收可见光的局域能级，从而实现了宽禁带半导体纳米光催化材料可见光光催化降解有机染料的性能。
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1.00.8C/C00.6 0.4 blank ZnO nanorods Zn0.99Mn0.01O Zn0.97Mn0.03O Zn0.95Mn0.05O0.202040
图3.7 可见光照射下ZnO和Zn1-xMnxO对茜素红(20 mg/ L)光催化降解
6080Irridiation/min100120
3.2 小结
本实验通过水热合成法制备得单纯ZnO和掺杂Mn2+的ZnO纳米棒。通过XRD分析得知ZnO为纤锌矿结构，Mn2+已完全掺入了ZnO晶格中，且Mn2+的掺入并没有破坏ZnO的形貌、晶体结构。由表面光电压图谱可知，Mn2+的掺入使纳米ZnO具有了可见光活性。在光催化实验中可以得出结论，单纯的ZnO在可见光区光催化活性极低，而Mn掺杂ZnO纳米棒晶体在可见光照射下有较高的降解效率，其中掺杂5mol%的ZnO催化活性最高。
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结 论
运用一种成熟的水热合成方法进行ZnO和掺杂Mn2+纳米晶体形态的合成，并利用基础的表征手段对所得到的产品进行表征分析。其中，最为重要的就是对所得到的样品的光催化性能进行研究。
利用水热合成技术在乙醇的溶液中，按照合适的Zn2+和OH-浓度，以及Mn2+掺入量，分别合成出ZnO和掺杂Mn2+的ZnO纳米晶体。由扫描电镜图可看出形貌成棒状，有部分聚集。棒状形貌的长成可以用螺旋错位模型解释，一维生产沿着[0001]方向。借由漫反射吸收的结果，可以清楚看到Mn2+的掺杂使ZnO对光的吸收扩展到了在可见光500-600nm，表面光电压的结果也证明了这个事实。
随后，主要对未掺杂和掺杂的光催化性能做了对比。单纯ZnO在可见光区几乎无催化降解作用，而掺杂5%Mn2+的Zn0.95Mn0.05O则有着明显的降解效果。因此可以猜想，不同的掺杂离子及掺杂比可以有不同的光降解性能，可以针对不同的有机染料等污染物制备出基于ZnO的高催化活性光催化剂。
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