不同形貌Cu2O及其納米復(fù)合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、Cu2O是一種p型的窄禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為2.2eV左右。由于其可吸收位于可見光區(qū)的能量，具有良好的吸收率，而被廣泛的應(yīng)用于光催化、太陽能電池、氣敏元件等領(lǐng)域。Cu2O半導(dǎo)體受到光照激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生的光生電子和空穴具有較高的復(fù)合率，量子效率較低，使其光催化性能受到限制。另外，相較于塊狀結(jié)構(gòu)，納米級(jí)Cu2O具有更好的光催化降解活性，但納米級(jí)催化劑粒徑較小，易漂浮于水面，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重難以回收再利用。本文主要研究具有不同形貌結(jié)構(gòu)Cu

2、2O的制備，并采用自制球型TiO2和沸石對(duì)Cu2O進(jìn)行負(fù)載制備TiO2/Cu2O和沸石/Cu2O復(fù)合材料。研究了制備條件對(duì)TiO2/Cu2O復(fù)合納米材料形貌結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響，以及沸石/Cu2O復(fù)合材料催化降解MO的最佳條件。本文研究?jī)?nèi)容主要包括以下內(nèi)容:
　　1.采用簡(jiǎn)單的溶劑熱法，通過調(diào)控反應(yīng)過程中還原劑或表面活性劑的種類，反應(yīng)溫度制備了不規(guī)則棱形、球形、去角八面體、以及束狀Cu2O納米材料。并分析了不同形貌的Cu2O納米

3、材料在可見光及無光條件下對(duì)甲基橙溶液的催化降解效果。實(shí)驗(yàn)表明:在低溫強(qiáng)堿條件下，分別以葡萄糖和水合肼為還原劑，還原Cu(NO3)2·3H2O，成功制備了具有去角八面體和不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)的Cu2O納米材料，可見光下照射60min后對(duì)MO的光催化降解效率分別為56.95％和5.5％。在高溫條件下，以EG為還原劑、溶劑，分別以葡萄糖和水合肼為表面活性劑，制備了尺寸大小不一的球形Cu2O和呈線形束狀結(jié)構(gòu)的Cu2O，可見光下照射60min后對(duì)MO的

4、光催化降解效率分別為89.5％和99.7％。在無光條件下，低溫和高溫條件下制備的四種具有不同形貌結(jié)構(gòu)的Cu2O納米材料均具有良好的催化降解性能，樣品S1、S2、S3和S4的催化降解效率分別為75.75％、67.18％、95.32％和98.45％。
　　2.采用兩步法制備了銳鈦礦TiO2納米球，并與P25型TiO2對(duì)比進(jìn)行紫外光照射下的甲基橙溶液降解性能測(cè)試。通過簡(jiǎn)單的水熱法，制備了TiO2/Cu2O納米復(fù)合材料及P25/Cu2O納

5、米復(fù)合材料，對(duì)比分析了TiO2/Cu2O及P25/Cu2O摩爾比對(duì)其形貌及催化降解性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:常溫下制備出了球形鈦乙醇前驅(qū)體，并在一定溫度下采用水熱法制備了納米級(jí)別的球形TiO2。紫外燈輻照下60min，球形TiO2和P25的光催化降解效率分別為99.46％和94.72％，球形TiO2比P25型TiO2具有更高的光催化降解效率。采用化學(xué)還原法，以CuSO4.5H2O為銅源，分別以P25和球形TiO2為原料制備了P25/Cu

6、2O納米復(fù)合材料和TiO2/Cu2O納米復(fù)合材料。通過改變P25與Cu2O的摩爾比，Cu2O逐漸在P25型TiO2表面成核生長，形成小顆粒負(fù)載在P25型TiO2的表面，形成納米復(fù)合材料，且當(dāng)摩爾比為1.0時(shí)，復(fù)合材料的光催化效率達(dá)到最大，之后摩爾比繼續(xù)增大，則光催化降解效率降低?？梢姽庀履柋葹?.0時(shí)制備的樣品在100min內(nèi)光催化降解MO效率最高，達(dá)到92.99％。無光下摩爾比為1.0時(shí)制備的P25/Cu2O納米復(fù)合材料在28h內(nèi)催

7、化降解MO效率最高，達(dá)到87.98％。通過改變球型TiO2與Cu2O的摩爾比，Cu2O逐漸在TiO2表面成核生長，形成小顆粒負(fù)載在球型TiO2的表面，形成納米復(fù)合材料，且摩爾比為1.0時(shí)，復(fù)合材料的光催化效率達(dá)到最大，達(dá)到94.3％。無光下摩爾比為1.0時(shí)制備的樣品在28h內(nèi)催化降解MO效率最高，達(dá)到89.79％。與P25/Cu2O納米復(fù)合材料相比，TiO2/Cu2O納米復(fù)合材料具有更高的催化降解效率和更好的循環(huán)重復(fù)使用性能。
　

8、　3.選取甲基橙作為有機(jī)污染物降解目標(biāo)，通過系統(tǒng)分析在不同甲基橙溶液初始濃度和不同光催化降解溫度下，沸石/Cu2O納米復(fù)合材作為光催化劑降解甲基橙的光催化降解效果，從而尋找沸石/Cu2O納米復(fù)合材作為光催化劑降解甲基橙的最佳降解條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以MO溶液為降解目標(biāo)污染物，分別對(duì)純Cu2O、預(yù)處理后沸石以及沸石/Cu2O納米復(fù)合材料進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)測(cè)試。預(yù)處理后沸石對(duì)MO無光催化降解活性;具有去角八面體結(jié)構(gòu)的純Cu2O對(duì)MO具有光催

9、化降解活性，可見光輻照60min后其光催化降解效率達(dá)到56.95％?？梢姽庀?，沸石/Cu2O納米復(fù)合材料對(duì)MO的降解效果最佳，60min其光催化降解效率達(dá)到89.55％。沸石/Cu2O納米復(fù)合材料的光催化降解性能隨MO溶液初始濃度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)MO溶液初始濃度為10mg/L時(shí)，復(fù)合催化劑的降解效率最高，光催化降解效率為89.55％。另外，沸石/Cu2O納米復(fù)合材料的光催化降解性能在反應(yīng)初期，隨反應(yīng)溫度升高而增大，在反應(yīng)

10、后期，隨溫度的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)溫度為20℃時(shí)，復(fù)合催化劑的降解效率最高，光催化降解效率為89.55％。對(duì)沸石/Cu2O納米復(fù)合材料進(jìn)行光催化降解MO的循環(huán)使用性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，沸石/Cu2O納米復(fù)合材料經(jīng)多次重復(fù)循環(huán)使用后仍具有良好的光催化降解效果。
　　本文所采用的制備方法，簡(jiǎn)單易行，易于控制，可一次制備具有不同形貌結(jié)構(gòu)的Cu2O納米材料及其復(fù)合材料，大大降低了生產(chǎn)成本。所制備的復(fù)合材料在有光輻照及無光輻照條件下