1、ZnO/Au納米復合材料中光生電子載體及活性氧組分對光催化性能及抗菌性能的影響導師：王志華 教授 匯報人：范曉曉 理研1404班 結構：結構：ZnO/Au納米復合結構納米復合結構性能：提高光催化性能：提高光催化活性和抗菌性能活性和抗菌性能Journal of the American Chemical Society, 2013, 136(2):750-757.原因：光生載流子和活性氧組分原因：光生載流子和活性氧組分研究背景 具有光催化活性的半導體金屬氧化物（ZnO/TiO2）廣泛應用于環境污染物分解及抗菌產品的制造，提高其光催化性能的有效手段是在半導體表面上沉積一層貴金屬納米顆粒。貴金屬摻雜

2、可以實現（1）電荷有效分離，促進電子-空穴對的產生（2）促進活性氧組分（OH/O2/singlet oxygen）的產生1。 1. Costi, R.; Saunders, A. E.; Banin, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49,48784897.ESR自旋捕捉技術 所謂自旋捕集技術就是為了檢測和辯認短壽命自由基, 將一種不飽合的抗磁性物質(自旋捕集劑, 一般為氮酮和亞硝基化合物) , 加入要研究的反應體系, 生成壽命較長的自旋加合物, 通過特征的ESR波譜推出自由基種類.現在已成功合成出上百種自旋捕捉劑，如:DMPO ( 5,5-dimethyl-1

3、-pyrr oline-1-oxide) ZnO/Au納米復合結構制備ZnO NPsAu/ZnO 0.020.040.1HRTEM證明了Au主要暴露111和200晶面，ZnO主要暴露101晶面。ZnO/Au為混合納米結構，而非核殼結構，這是由于二者晶格差異較大造成的。負載納米Au提高光催化性能的原因（1）當ZnO和Au接觸時，載流子會重新分布，光電子從費米能級較高的ZnO轉移到費米能級較低的Au上，從而實現電子和空穴的有效分離，促進活性氧組分的生成并且提高了光生氧化還原能力2。2 Subramanian, V.; Wolf, E. E.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem.

4、 B 2003,107, 74797485. 負載納米Au提高光催化性能的原因（2）Au負載使ZnO帶隙寬度增大10%ZnO (Eg = 3.2 eV) 導帶氧化還原電勢 0.2 V 價帶氧化還原電勢 3.0 V E0(O2(aq)/O2) = 0.16 V E0(H2O/OH)= 2.32 VE0(H2O/OH)=0.68 V E0(O2(aq)/O2)=0.04 V ZnO帶隙寬度增加：導帶氧化還原電勢變得更負，價帶氧化還原電勢變得更正, 從而使得導帶電子的還原能力及價帶空穴的氧化能力均有所提高。ESR檢測活性氧組分和電子-空穴捕捉劑清除劑當加入相應捕捉劑以后，ZnO/Au復合結構的ESR

5、響應較ZnO的ESR響應有了明顯提高，說明Au負載提高了活性氧組分及電子和空穴的含量ESR檢測活性氧組分和電子-空穴由于BMPO可同時和OH及O2加合產生ESR信號，導致二者的ESR信號發生重疊。為防止信號重疊，向反應體系中分別加入二者特征的清除劑，以掩蔽彼此之間的干擾，從而可以由ESR圖譜分析出OH及O2各自的含量變化。OH/O2單線態氧ESR檢測活性氧組分和電子-空穴 CPH同樣也不是特征的捕捉劑，它不只可以對空穴產生ESR信號，對活性氧組分也可以產生ESR信號，由如下兩幅圖可知，OH和單線態氧對CPH的影響很小。單線態氧清除劑采用O2的特征清除劑SOD將O2清除掉后，發現ESR信號強度僅

6、減少了30%，說明O2對CPH的影響也不大。因此，我們可以認為，CPH基本上可以作為光生空穴的特征捕捉劑。O2清除劑ESR檢測活性氧組分和電子-空穴Au負載量影響光催化性能的原因隨著Au負載量的增加，只有光生空穴導致的ESR信號線性上升，因此，光生空穴是Au負載量影響光催化性能最主要的原因影響活性氧組分的最主要原因是吸收光波長，然而Au負載不改變ZnO對紫外光的吸收波長研究思路制備ZnO/Au復合材料測試光催化性能ESR研究活性氧類型和電子空穴的含量機理研究創新點采用ESR電子自旋捕捉技術，加入特征的捕捉劑和清除劑，對不同種類活性氧及電子、空穴分別進行跟蹤研究，深入而全面的探討了納米Au負載提高ZnO