Cu2O@Cu復合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、所謂半導體光催化技術，是指在室溫下利用光作為動力來活化半導體催化劑，使其產生電子空穴對，而產生的電子空穴對具有較強的氧化還原特性，可以利用它們的這種特性來達到降解污染物、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)的半導體光催化劑，已成為環(huán)境和新能

2、源等研究領域的重大課題之一。氧化亞銅(Cu2O)是一種典型的p型半導體，其具有較窄的禁帶寬度(大約為2.17eV)，能夠在可見光范圍內被激發(fā)產生電子空穴對，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體，被普遍認為是繼TiO2之后最具影響力的光催化劑之一。由于純的半導體材料一般都具有光生電子空穴對復合幾率較高的缺點，這種缺點嚴重影響了光催化效率，限制了其廣泛應用。本論文以Cu2O作為半導體材料，研究其光催化特性，由于Cu2

3、O也具有以上缺點，本論文對其進行表面修飾，把金屬Cu沉積在Cu2O半導體表面，對Cu2O進行了改性，降低了其光生電子空穴對的復合幾率，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復合材料，光催化降解有機染料亞甲基藍，初步探討了Cu2O@Cu復合材料的光催化機制。
　　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構的純Cu2O和Cu2

4、O@Cu復合材料。發(fā)現反應時間對復合材料組分有重要的影響，實驗初期制備的樣品為純的Cu2O，隨著反應時間的延長，在Cu2O表面開始出現Cu顆粒大約在反應20min時開始出現;隨著反應時間的持續(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60min時）;繼續(xù)增加反應時間，Cu2O最終被完全還原為單質Cu。
　　2.以常見難降解的偶氮染料亞甲基藍

5、作為目標降解物，利用Cu2O@Cu復合材料作為光催化劑進行光催化降解處理?？疾炝薈u2O@Cu復合材料中Cu顆粒的含量及循環(huán)次數對Cu2O@Cu復合催化劑光催化活性的影響。實驗結果表明，Cu2O@Cu復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合體系的光催化活性;經過多次循環(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行處理。
　　3.對Cu2O@Cu復合材料的催化機制進行了初步的探討。在Cu2O@Cu復合材料中存在著大量的Cu2O和Cu異質結，在這些異質結處光生電子空穴對被有效的分離，從而提高了Cu2O@Cu復合材料的量子效率，增強了其光催化活性。由于Cu2O@Cu復合材料是由Cu2O原位還原制得的，Cu2O和Cu粒子間接觸緊密，這也有效的促進了電