Co掺杂纳米ZnO单晶面延长生长的可控合成及其光催化性能的研究

光催化氧化技术应用于环境污染物控制领域,该技术能有效地破坏许多结构稳定的生物、难降解污染物，与传统的水处理技术相比,具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点因而倍受人们关注。是一种具有广阔应用背景的绿色环境治理技术。近年来，ZnO因具有较低的价格、稳定的性能、无毒、高的量子效应等优点，已成为被广泛应用的光催化剂之一。结构决定性能，所以，制备不同形貌和结构的ZnO材料已成为研究者们炙手可热的课题。目前，对于纯纳米氧化锌的研究已日臻成熟，但对在纳米氧化锌中掺杂过渡金属元素(如铁、钴、镍、铜等) 制备新材料的研究还处于起步阶段。若将这些过渡金属元素掺入纳米氧化锌中，将有效改善其光学和磁学性能，因而成为了研究热点。

本课题组采用共沉淀法制备出Co掺杂纳米ZnO光催化剂，对其形貌和成分进行了表征，比较了掺杂前后对一定浓度的亚甲基蓝的太阳光光催化效果。结果表明：Co掺杂ZnO和纯ZnO在相同光照条件下、相同催化剂含量、相同亚甲基蓝浓度、相同光催花时间下，Co掺杂ZnO比纯ZnO的光催化降解效果好。20mg/L的亚甲基蓝30mL加入20mg催化剂光催化降解效果最好，半个小时催化降解率在百分之九十五。

X射线电子衍射图可以分析晶体的结构，对ZnO前驱体和Co掺杂ZnO前驱体的X射线电子衍射图分析，与JCPDS谱图对比得出ZnO前驱体为ZnCO₃，掺杂前后未出现多余的峰；对ZnO和Co掺杂ZnO的X射线电子衍射图分析，与JCPDS谱图对比，得出制备出的ZnO为六方铅锌矿结构，掺杂后未出现明显的钴的氧化物的峰，表明Co离子有可能代替Zn离子的位置进入ZnO晶格中。

图1 X射线电子衍射图，a）ZnO，b）Co掺杂ZnO

从图2可以看出，Co掺杂ZnO和纯ZnO在相同光照条件下、相同催化剂含量、相同亚甲基蓝浓度、相同光催化时间下，Co掺杂ZnO比纯ZnO的光催化降解效果好，半个小时左右催化降解率在百分之九十五左右。

图2 光催化降解亚甲基蓝对比图

撰稿人：包文亚

审稿人：高星

2020年7月8日