多種結(jié)構(gòu)硼酸銅的制備、改性及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染的嚴(yán)重化，光催化和氣體傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于有機(jī)污染物的分解和有害氣體的有效檢測。為了解決傳統(tǒng)紫外型光催化劑太陽光利用率低和傳統(tǒng)氣敏材料操作溫度過高等問題，對新型可見光響應(yīng)半導(dǎo)體材料的開發(fā)和利用具有非常重要的意義。硼酸銅作為具有多種結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體材料，無需摻雜便具有導(dǎo)帶和價帶間的中間能隙，且不存在晶體缺陷，有望應(yīng)用于光催化和氣體傳感領(lǐng)域。
　　本文重點(diǎn)研究了不同結(jié)構(gòu)硼酸銅（Cu3B2O6、CuB2O4、Cu(BO2)2

2、）的制備及其在光催化和氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用探索。最終優(yōu)選出Cu3B2O6，并對其進(jìn)行改性研究，并初步探討了光催化和氣體傳感機(jī)理。主要內(nèi)容如下：
　　1．采用溶膠-凝膠法制備了Cu3B2O6和CuB2O4單晶，采用共沉淀法制備了Cu(BO2)2?？疾炝瞬煌呋瘎┰诳梢姽猓?20nm<λ<780nm）下對亞甲基藍(lán)（MB）的催化降解性能。結(jié)果表明，當(dāng)亞甲基藍(lán)的初始濃度為50mg·L-1，催化劑用量為1g·L-1，光照6h后，CuB2O4對

3、亞甲基藍(lán)的光催化降解率為58.5％，Cu(BO2)2對亞甲基藍(lán)的光催化降解率為71.7%，Cu3B2O6對亞甲基藍(lán)的光催化降解率為98.9%。紫外-可見漫反射光譜表征（UV-Vis DRS）表明，Cu3B2O6的禁帶寬度較窄（Eg=2.34eV），不僅可以發(fā)生價帶頂與中間能態(tài)的電子躍遷，同時可以發(fā)生禁帶間的電子躍遷，所以Cu3B2O6比CuB2O4和Cu(BO2)2具有更高的可見光催化性能。通過將CdS與Cu3B2O6單晶復(fù)合改性，促進(jìn)

4、了光生電子-空穴對的傳輸和分離，有效抑制了電子-空穴對在復(fù)合材料中的復(fù)合，提高了硼酸銅的可見光催化性能。
　　2.以氧化石墨烯（GO）和Cu3B2O6單晶為原料，采用水熱還原法制備了Cu3B2O6/CuBO2/rGO復(fù)合材料，考察了其室溫條件下對NO2氣體的傳感性能。研究結(jié)果表明，可見光照射下Cu3B2O6/CuBO2/rGO對15ppm的NO2的氣體響應(yīng)值達(dá)到21%。通過石墨烯的復(fù)合改性，大大提高了硼酸銅的導(dǎo)電性，增強(qiáng)了材料的電

5、子傳輸性能，同時CuBO2與Cu3B2O6形成了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，有效的抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，大大提高了氣體傳感器在室溫條件下氣體響應(yīng)的靈敏性。
　　3.以醋酸銅和硼砂為原料，以三嵌段共聚物P123作為模板劑，采用水熱法制得前驅(qū)體，通過不同的溫度的熱處理，制備了不同結(jié)構(gòu)介孔硼酸銅（Cu3B2O6/CuB2O4)。利用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、N2吸附-脫附等溫線等對材料進(jìn)行一系列材料特性表征，考察了溫度對孔結(jié)構(gòu)及晶