Cu2O@Cu復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、所謂半導(dǎo)體光催化技術(shù)，是指在室溫下利用光作為動力來活化半導(dǎo)體催化劑，使其產(chǎn)生電子空穴對，而產(chǎn)生的電子空穴對具有較強(qiáng)的氧化還原特性，可以利用它們的這種特性來達(dá)到降解污染物、還原金屬離子等的目的，并且其在分解水制氫、殺菌、防腐、污水處理等方面具有重要的應(yīng)用價值。目前研究比較成熟的光催化劑為二氧化鈦(TiO2)，但是由于禁帶寬度較大，其對太陽能的利用率不足5％。因此，尋找一種禁帶寬度較窄、能夠在可見光下被激發(fā)的半導(dǎo)體光催化劑，已成為環(huán)境和新能

2、源等研究領(lǐng)域的重大課題之一。氧化亞銅(Cu2O)是一種典型的p型半導(dǎo)體，其具有較窄的禁帶寬度(大約為2.17eV)，能夠在可見光范圍內(nèi)被激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，因此其對太陽光的利用率較高，是一種很有發(fā)展前景的光催化半導(dǎo)體，被普遍認(rèn)為是繼TiO2之后最具影響力的光催化劑之一。由于純的半導(dǎo)體材料一般都具有光生電子空穴對復(fù)合幾率較高的缺點，這種缺點嚴(yán)重影響了光催化效率，限制了其廣泛應(yīng)用。本論文以Cu2O作為半導(dǎo)體材料，研究其光催化特性，由于Cu2

3、O也具有以上缺點，本論文對其進(jìn)行表面修飾，把金屬Cu沉積在Cu2O半導(dǎo)體表面，對Cu2O進(jìn)行了改性，降低了其光生電子空穴對的復(fù)合幾率，以此提高了其光催化活性。本論文主要作了三方面工作:制備Cu2O@Cu復(fù)合材料，光催化降解有機(jī)染料亞甲基藍(lán)，初步探討了Cu2O@Cu復(fù)合材料的光催化機(jī)制。
　　論文主要開展了以下三方面的工作:
　　1.采用液相還原法以無水硫酸銅為原料，葡萄糖為還原劑，制備出了具有不同形貌結(jié)構(gòu)的純Cu2O和Cu2

4、O@Cu復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時間對復(fù)合材料組分有重要的影響，實驗初期制備的樣品為純的Cu2O，隨著反應(yīng)時間的延長，在Cu2O表面開始出現(xiàn)Cu顆粒大約在反應(yīng)20min時開始出現(xiàn);隨著反應(yīng)時間的持續(xù)增加，Cu2O表面的Cu顆粒越來越多且晶粒逐漸長大，最終Cu顆粒幾乎完全覆蓋在Cu2O表面，部分Cu顆粒從Cu2O表面脫落（大約在反應(yīng)60min時）;繼續(xù)增加反應(yīng)時間，Cu2O最終被完全還原為單質(zhì)Cu。
　　2.以常見難降解的偶氮染料亞甲基藍(lán)

5、作為目標(biāo)降解物，利用Cu2O@Cu復(fù)合材料作為光催化劑進(jìn)行光催化降解處理。考察了Cu2O@Cu復(fù)合材料中Cu顆粒的含量及循環(huán)次數(shù)對Cu2O@Cu復(fù)合催化劑光催化活性的影響。實驗結(jié)果表明，Cu2O@Cu復(fù)合材料作為催化劑的光催化活性要明顯高于單相Cu2O，且其光催化活性隨著Cu顆粒含量的增加而提高，合成反應(yīng)時間為40分鐘時的Cu顆粒的含量為最適，過多或過少的Cu顆粒都不利于提高復(fù)合體系的光催化活性;經(jīng)過多次循環(huán)使用催化劑有部分失活，針對失

6、活部分，采用超聲波處理，效果不是很明顯，目前正在尋找一種簡單易行的還原方法對被氧化的催化劑表面進(jìn)行處理。
　　3.對Cu2O@Cu復(fù)合材料的催化機(jī)制進(jìn)行了初步的探討。在Cu2O@Cu復(fù)合材料中存在著大量的Cu2O和Cu異質(zhì)結(jié)，在這些異質(zhì)結(jié)處光生電子空穴對被有效的分離，從而提高了Cu2O@Cu復(fù)合材料的量子效率，增強(qiáng)了其光催化活性。由于Cu2O@Cu復(fù)合材料是由Cu2O原位還原制得的，Cu2O和Cu粒子間接觸緊密，這也有效的促進(jìn)了電