用于水处理的纳米技术和纳米材料

纳米技术和纳米材料在污水处理中极具优势.用于污水处理的纳米技术所涉及的主要纳米结构包括有纳米吸附剂,纳米膜,纳米催化剂,生物活性纳米颗粒,分子印迹聚合物等,它们能够去除有毒金属离子,致病微生物,水中有害的有机、无机溶质等.纳米材料具有高的比表面积,能够有效消除污水中的有毒金属离子,降解水中有害的有机溶质等.对现有的用于污水处理的纳米技术和半导体纳米材料进行了简单介绍,重点评述了半导体纳米催化剂和相关的纳米复合材料光催化剂的研究和进展.

Fe掺杂的Ag-ZnO纳米复合材料的合成及光催化性能

采用高分子网络凝胶工艺制备了Fe掺杂的Ag-ZnO系列纳米粉体。通过XRD、SEM、XPS、PL和UV-vis对所制备样品的微结构和光学性质进行了表征,随后以甲基橙和亚甲基蓝为模拟污染物,分别在模拟紫外光和模拟太阳光下对所制备的样品进行光催化测试。结果表明,Fe掺杂后,ZnO晶粒尺寸有所减小,且纳米Ag颗粒的分散性得到改善。样品中的Fe以Fe^(2+)和Fe^(3+)形式共存,随着Fe掺杂浓度的增加,ZnO晶格中的铁离子由+2价向+3价转变,导致PL光谱中蓝光发射峰强度降低。光催化测试结果表明样品Zn_(0.96)Fe_(0.01)Ag_(0.03)O具有最好的光催化活性,结合样品的微结构和光学性质对其光催化机理进行了讨论。

不同合成过程对溶胶-凝胶法制备的ZnO/Ag纳米复合材料光催化性能的影响

以乙酸锌、硝酸银为前驱体,二乙醇胺作为稳定剂,利用溶胶-凝胶法分别采用一步法和两步法制备得到ZnO以及ZnO/Ag纳米复合粉体。所有ZnO/Ag复合物中Ag的含量均为3%(摩尔分数)。对所制备样品的结构和光学性质通过XRD、SEM、TEM、XPS、PL、UV-vis进行了表征,进而以甲基橙为模拟污染物进行了光催化测试。结果表明,不同方法制备得到的ZnO/Ag纳米粉体晶粒均匀,无明显团聚现象,面心立方结构的金属Ag吸附在纤锌矿结构的ZnO表面形成异质结。与纯ZnO相比,掺Ag极大地改善了样品在紫外光下的光催化活性。对不同合成工艺的比较表明,用溶胶-凝胶一步法制备的ZnO/Ag复合物的光催化活性最高,经紫外光照射70min可完全降解甲基橙。

退火温度和涂膜层数对溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜微结构及光学特性的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备了ZnO薄膜,研究了退火温度和涂膜层数对ZnO薄膜结晶性和光学特性的影响。扫描电镜(SEM)结果表明,退火温度的升高使得薄膜致密性和均匀性均得到改善。旋涂10层以上的薄膜其表面形貌明显要好于旋涂5层的薄膜样品,但旋涂10层和20层的薄膜其形貌和微结构差异并不显著。XRD图谱表明所有样品都具有纤锌矿结构,随着热处理温度的升高,各衍射峰强度增大,晶粒尺寸变大。光致发光(PL)测量显示,退火温度越高,涂膜层数越少,其PL谱发光强度越强。紫外-可见透过谱发现,涂膜层数越少,透射率越高;而提高退火温度也有助于改善薄膜透射率。结合已得到的微结构信息,对观察到的光学性能进行了合理解释,综合认为旋涂10层并在600℃退火是溶胶凝胶法制备ZnO薄膜的最佳生长条件。

溶胶-凝胶法制备Co,Cu共掺杂ZnO薄膜结构及光学特性

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备了纯ZnO薄膜和高浓度Cu掺杂的Co,Cu共掺ZnO(Zn0.90CoxCu0.1-xO,x=0.01,0.03,0.05)薄膜。扫描电镜观察到无论是纯ZnO还是掺杂ZnO薄膜表面都有均匀分布的颗粒,但是在Cu含量较高时均匀性更好。X射线衍射揭示所有样品都具有纤锌矿结构,但是Cu掺杂量的增加使晶格常数略有减小,而晶粒尺寸却略有增大。XPS测试结果表明样品中Co离子的价态为+2价和+3价,Cu离子的价态为+2价和+1价共存。室温光致发光测量在所有样品中均观察到较强的紫外发光峰、蓝光双峰和较弱的绿光发光峰。

H2分子在Al17q（q=-3～+3）表面吸附的电荷效应

Al17团簇具有明显的曲率变化,其几何结构与宏观金属尖端类似.利用密度泛函理论研究H2分子与Alq17(q=-3^+3)团簇离子的相互作用,分析电荷效应对几何结构、稳定性和电荷布居的影响.通过对(Al17H2)q(q=-3^+3)吸附体系的吸附结构、吸附能、振动频率和Mulliken布居的计算与分析,发现H2分子在Alq17(q=-3^-1)阴离子吸附体系上倾向于垂直吸附在曲率较大的尖端位置,并且为顶位吸附,这与宏观的尖端效应类似,但在中性和阳离子吸附体系上,随着电子数的减少,H2分子倾向于平行吸附在曲率相对较小的位置,且主要为桥位和穴位吸附.究其原因,认为阴离子吸附体系中库仑排斥占主导地位,而阳离子吸附体系中电子轨道重叠占据主导作用.吸附稳定性和电荷分布方面,研究发现H2分子在Al3-17表面具有最大的吸附能,在Al2+17表面具有最小的吸附能.电荷主要被Al团簇基底占据,并且除Al17H2以及(Al17H2)3+外,其他吸附体系中2个H原子都携带了电性相反的电荷,靠近阴离子基底的H原子携带正电荷,而靠近阳离子基底的H原子倾向于携带负电荷.

Ag沉积的ZnO∶Cu纳米颗粒的制备及高效光催化研究

采用高分子网络凝胶法制备了Ag沉积的ZnO∶Cu纳米颗粒。XRD和SEM结果表明,Cu掺入后ZnO纳米颗粒的晶粒尺寸有所减小,但颗粒分散性得到改善。XPS谱的分析表明,Cu在样品中以Cu^2+和Cu^+的形式共存。结合PL光谱分析,认为Cu^2+和Cu+间的能级跃迁是引起蓝光发射的重要因素。UV-vis光谱显示掺铜明显提高了Ag-ZnO复合体系对可见光的吸收。分别在模拟太阳光和紫外光下降解亚甲基蓝(MB),测试样品的光催化性能。分析认为,Cu离子与Ag/ZnO异质结之间的协同作用能促进光催化反应的进行,与掺5%(摩尔分数,下同)Cu的Ag-ZnO纳米颗粒相比,微量掺杂0.2%Cu的Ag-ZnO样品在形貌、光学性能等方面更具优势,因此表现出更优异的光催化活性。

不同秸秆填料对镁质水泥轻质砌块性能的影响

以青稞、玉米、水稻秸秆、木屑和镁质水泥为原料,在常温常压下制备镁质水泥轻质砌块,研究了制品的性能和特点。结果表明,青稞、玉米、水稻秸秆镁质水泥砌块力学性能优于木屑镁质水泥砌块,其中青稞秸秆镁质水泥砌块综合性能最优。

过渡金属与F共掺杂ZnO薄膜结构及磁、光特性

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了过渡金属元素与F共掺杂Zn_(0.98-x) TM_x F_(0.02)O(TM_x=Cu_(0.02),Ni_(0.01),Mn_(0.05),Fe_(0.02),Co_(0.05))薄膜,进而利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见透过谱、光致发光及振动样品磁强计等研究了薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光(PL)和室温磁学特性.研究表明:掺杂离子都以替位的方式进入了ZnO晶格,掺杂不会破坏ZnO的纤锌矿结构.其中Zn_(0.93)Co_(0.05)F_(0.02)O薄膜样品的颗粒尺寸最大,薄膜的结晶度最好且c轴择优取向明显;Zn_(0.93)Co_(0.05)F_(0.02)O薄膜样品的颗粒尺寸最小,薄膜结晶度最差且无明显的c轴择优取;Cu,Ni,Fe与F共掺杂样品的颗粒尺寸大小几乎相同.TM掺杂样品均表现出很高的透过率,同时掺杂后的薄膜样品的禁带宽度都有不同程度的红移.PL谱观察到Zn_(0.98-x) TM_x F_(0.02)O薄膜的发射峰主要由较强的紫外发射峰和较弱的蓝光发射峰组成.Zn_(0.93)Co_(0.05)F_(0.02)O薄膜样品的紫外发光峰最弱,蓝光发射最强,饱和磁化强度最大;与之相反的是Zn_(0.96)Cu_(0.02)F_(0.02)O薄膜,其紫外发光峰最强,蓝光发射最弱,饱和磁化强度最小.结合微结构和光学性质对Zn_(0.98-x) TM_x F_(0.02)O薄膜的磁学性质进行了讨论.

Cu掺杂对sol-gel法制备的ZnO∶Co薄膜发光特性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Cu、Co共掺的Zn0.95-xCo0.05CuxO(x=0,0.01,0.03,0.05)薄膜,并用金相显微镜和X射线衍射(XRD)研究了样品薄膜的形貌和结构,结果发现掺杂量影响着衍射峰的强度和位置。测量了样品的室温光致发光谱(PL谱),所有样品均观察到紫外发光带和蓝光发光带,同时伴随有较弱的绿光发光带。微量Cu掺杂能够显著提高ZnO∶Co薄膜的发光强度,对样品的发光机制进行了讨论。

F掺杂对溶胶-凝胶法制备的ZnO∶Fe薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn0.98-xFe0.02FxO(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)薄膜,进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见透过谱(UV-VIS)、光致发光(PL)多种测试手段研究了不同掺F浓度对Zn O∶Fe薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光的影响。结果表明:样品均为六角纤锌矿结构,当F掺杂浓度为2at%时,薄膜的结晶度最好且表现出明显的c轴择优取向。随着F掺杂浓度的进一步增大,薄膜的结晶性逐渐变差,c轴择优取向消失。F掺杂Zn O∶Fe薄膜在可见光区均有很高的透过率,平均可达93%。样品的禁带宽度随着掺F浓度的增加而减小。PL谱观察到Zn0.98-xFe0.02FxO薄膜的发射峰主要由紫外发射峰和蓝光发射峰组成,其中2at%F掺杂样品的紫外发射强度最大,同时蓝光发射强度随着F含量的增大逐渐减小。

氮化硅薄膜的光致发光机制

SiNx的结构和性能都会随x值发生显著变化,尤其是薄膜的发光性质。同时,在不同条件下制备的SiNx薄膜中都观察到了可见光致发光现象,研究者提出了相应的机制予以解释。总结了近十年来关于SiNx薄膜的光致发光研究进展,评述了其各种发光机制。

Fe,Co共掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究

采用溶胶凝胶法在玻璃衬底上制备了Fe,Co共掺Zn_(0.9)FexCo_(0.1-x)O(x=0,0.03,0.05,0.07)系列薄膜.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和光致发光(PL)谱对薄膜样品的表面形貌、晶体结构、成分和光学性能进行了研究.XRD结果表明所有ZnO薄膜样品都呈六方纤锌矿结构,在样品中没有观察到与Fe和Co相关的团簇,氧化物及其他杂相的衍射峰,表明共掺杂改善了Fe或Co在ZnO的分散性.XPS测试结果揭示样品中Co离子的价态为+2价;Fe离子的价态为+2价和+3价共存,但Fe相对浓度的增大导致Fe^(3+)含量增加.所有样品的室温光致发光谱(PL)均观察到紫外发光峰和蓝光双峰,其中Fe,Co共掺ZnO薄膜的紫外发光峰较本征ZnO出现蓝移,蓝光双峰峰位没有变化,但发光强度有所减弱;而掺杂ZnO薄膜的绿光发光峰几乎消失.最后,结合微结构和成分分析对薄膜样品的发光机理进行了讨论.

Fe掺杂对溶胶凝胶法制备的Zno:Ni薄膜结构及发光特性的影响

采用溶胶凝胶法在玻璃基片上制备了ZnO及Ni,Fe共掺杂的Zn_(0.95-x)Ni_(0.05)5Fe_xO(x=0,0.005,0.01,0.03,0.05)薄膜.通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究了薄膜样品的表面形貌和晶体结构.结果表明所有样品都具有(002)择优取向,Fe掺杂导致ZnO:Ni薄膜的晶体质量变差,晶粒尺寸减小,但适当的Fe掺杂有利于获得致密、均匀的薄膜.XPS测试结果表明样品中Ni离子的价态为+2价,Fe离子的价态为+2价和+3价.室温光致发光(PL)测量表明,所有样品均观察到较强的紫外发光峰,蓝光双峰和绿光发光峰.ZnO:Ni薄膜的发光强度中以通过Fe掺杂进行有效调节.进而我们讨论了Ni,Fe共掺杂ZnO样品的发光机理.