Cu2O-CNFs復合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、氧化亞銅(Cu2O)是一種典型的金屬缺位P型半導體，其能帶間隙為2.0～2.2eV，在太陽光的照射下能有效地產(chǎn)生光生載流子，光電轉(zhuǎn)換效率可達18％。同時Cu2O還具有低廉、無毒、穩(wěn)定、可回收利用、無二次污染等優(yōu)點，作為一種綠色環(huán)保型光催化劑極具開發(fā)前景。
　　 本論文以醋酸銅為原料、碳納米纖維(CNFs)膜為基材，采用溶劑熱法制備Cu2O/CNFs復合材料。通過比較研究將醋酸銅直接還原為Cu2O與先將醋酸銅熱解為中間相CuO后再

2、還原為Cu2O兩種方式制備的Cu2O/CNFs復合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及光催化性能后發(fā)現(xiàn)，將醋酸銅直接還原所制得的Cu2O/CNFs復合材料呈現(xiàn)出更加優(yōu)異的光催化活性;而經(jīng)中間相轉(zhuǎn)變后所制備的Cu2O/CNFs復合材料則具有更好的催化穩(wěn)定性。本課題具體研究工作包括以下3個方面:
　　 (1)聚丙烯腈（PAN）基碳納米纖維(CNFs)膜的制備:以聚丙烯腈(PAN)為原料，運用靜電紡絲、預氧化與高溫碳化技術制備CNFs膜。采用單因素實驗

3、，考察了紡絲液濃度、電壓、接收距離和紡絲速率等對PAN納米纖維形貌和尺寸的影響。研究發(fā)現(xiàn)，紡絲液濃度為8wt％，電壓為18KV，接收距離為25cm，紡絲速率為1.5mL/h時，制得纖維直徑細且離散度小的PAN納米纖維膜。將所制備的PAN納米纖維膜再經(jīng)過熱空氣預氧化和碳化后獲得目的CNFs膜。研究了預氧化時間和碳化溫度對最終CNFs膜結(jié)構(gòu)與性能的影響，發(fā)現(xiàn)200℃預氧化60h以上時，得到產(chǎn)物的氧化程度完全，其結(jié)構(gòu)和性能較優(yōu)異;碳化溫度為8

4、00℃時，CNFs碳化產(chǎn)率和性能最優(yōu)。
　　 (2)Cu2O/CNFs復合材料的制備與結(jié)構(gòu)表征:以醋酸銅為原料、CNFs膜為基材，采用兩種不同方式制備了Cu2O/CNFs復合材料。首先采用溶劑熱法將醋酸銅直接還原為Cu2O制備得到Cu2O/CNFs復合材料，研究了醋酸銅用量、反應溶劑種類等工藝參數(shù)對CNFs膜上所沉積Cu2O結(jié)構(gòu)與形貌的影響;其次，采用將醋酸銅熱解為中間相CuO后再還原為Cu2O的方式制備得到Cu2O/CNFs復

5、合材料，研究了醋酸銅用量、水和丙酮用量等對生成的Cu2O結(jié)構(gòu)與形貌的影響。對于前種方式，當以二甘醇為溶劑時，制得的Cu2O比丙三醇和乙二醇為溶劑時制備的產(chǎn)物具有更好的分散性，此時Cu2O呈直徑為10～15nm的顆粒狀均勻負載在CNFs表面;對于后種方式，當沒有丙酮存在時，在CNFs表面生成直徑分布在60～230nm的立方體狀Cu2O晶體，而當加入丙酮時，制備的Cu2O立方體聚集成500～1500nm左右的花狀顆粒。
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6、Cu2O/CNFs復合材料的光催化活性：以陽離子染料甲基橙(MO)為模擬有機污染源，分析比較了Cu2O呈納米顆粒狀、立方體和花狀三種形態(tài)時Cu2O/CNFs復合材料的可見光催化降解性能。結(jié)果表明，在pH=3的條件下，所制備的三種Cu2O/CNFs復合材料對MO都具有90％以上的降解率，高于純Cu2O的85％。這是由于CNFs基材降低了Cu2O的光生電子-空穴對復合幾率，從而提高了Cu2O的光催化活性;并且Cu2O/CNFs復合材料催化穩(wěn)