Cu2O-Cu納米復(fù)合材料的控制合成及其光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)，通過在室溫下以光為驅(qū)動(dòng)力活化催化劑，利用氧化-還原反應(yīng)來分解有機(jī)物、還原金屬離子，在分解水制備氫氣、除臭、防腐、殺菌、污水處理等多方面獲得應(yīng)用。但是目前研究比較成熟的催化劑二氧化鈦（TiO2）由于其禁帶寬度較大，僅能利用不到5％的太陽能源。高效的可見光催化劑的研究制備已成為環(huán)境污染控制和可持續(xù)發(fā)展能源開發(fā)利用的重大課題。對(duì)于窄禁帶p型半導(dǎo)體氧化亞銅（Cu2O，Eg=2.0 eV），能夠直接吸收和利用可見光，對(duì)太陽光具有

2、較強(qiáng)的吸收效率，被認(rèn)為是繼TiO2之后，最有應(yīng)用潛力的半導(dǎo)體光催化劑之一。基于單相半導(dǎo)體較高的量子復(fù)合效率不利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行，本文以金屬Cu作為添加劑對(duì)Cu2O進(jìn)行修飾，研究了Cu2O/Cu復(fù)合材料的制備、光催化降解偶氮染料和苯酚，并對(duì)其催化機(jī)制進(jìn)行了探討。
　　本文的工作分為以下三個(gè)方面：
　　1.采用溶劑熱方法以硝酸銅為原料，氮,氮-二甲基甲酰胺（DMF）和乙醇作為溶劑，通過改變反應(yīng)條件，制備出了具有不同自組裝結(jié)構(gòu)的

3、Cu2O/Cu復(fù)合材料，例如，三維納米花狀結(jié)構(gòu)、空心納米球、納米正八面體和微米空心立方體等。分析了前驅(qū)體濃度、反應(yīng)步驟、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、溶劑成分比例等因素對(duì)產(chǎn)物形貌、相組成的影響。結(jié)果表明，以DMF為溶劑，通過兩步反應(yīng)（150，180℃），低濃度時(shí)形成Cu2O/Cu納米花狀結(jié)構(gòu)，高濃度形成刺球狀聚集體；溶劑中加入乙醇（DMF：乙醇＝1：2），提高反應(yīng)溫度（180，200℃），降低反應(yīng)時(shí)間，形成八面體形貌Cu2O/Cu納米材料，前驅(qū)體

4、濃度增加導(dǎo)致粒子變大；如果溶劑中再加入少量水，則得到微米級(jí)空心立方體，濃度增大時(shí)空心結(jié)構(gòu)消失；若使用DMF：乙醇＝1：1的溶劑，采用高溫（200℃）一步反應(yīng)，并快速降溫，形貌為空心的納米球狀，高濃度時(shí)變?yōu)閷?shí)心球。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，復(fù)合材料中Cu的含量增加。
　　2.以常見的難降解的酸性染料普施安紅、甲基橙、亞甲基藍(lán)、羅丹明B和酚類有機(jī)物苯酚作為目標(biāo)降解物，利用Cu2O/Cu催化劑進(jìn)行光催化降解處理?？疾炝烁鞣N因素，包括形貌、Cu

5、含量、溶液pH值、染料初始濃度、催化劑初始濃度、過氧化氫的添加、循環(huán)次數(shù)等對(duì)Cu2O/Cu復(fù)合催化劑催化活性的影響。并運(yùn)用L-H反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型研究了苯酚的光催化降解過程，求解出降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明，Cu2O/Cu復(fù)合催化劑的催化活性明顯高于單相Cu2O；納米花狀、空心球狀和正八面體狀結(jié)構(gòu)Cu2O/Cu復(fù)合催化劑要比立方體狀催化劑的催化活性高出20%；過高的催化劑濃度和染料濃度都不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行；溶液pH值對(duì)催化劑的活性影響很大；

6、Cu2O/Cu復(fù)合催化劑對(duì)羅丹明B的吸附和降解最差；過氧化氫對(duì)催化過程的降解速度和催化劑的活性都有促進(jìn)的作用；經(jīng)多次循環(huán)使用，催化劑對(duì)普施安紅、苯酚的降解率仍然可以達(dá)到80%以上；針對(duì)失活部分，采用超聲清洗和溶劑熱還原技術(shù)，可以使催化劑的活性得到有效的恢復(fù)。
　　3.對(duì)Cu2O/Cu復(fù)合催化劑的催化機(jī)制做了初步探討。在Cu2O/Cu復(fù)合材料中，存在著大量由Cu2O和Cu組成的異質(zhì)結(jié)，光生載流子在異質(zhì)結(jié)界面的分離，促進(jìn)了催化劑的量子