2O/Cu异质结构纳米材料光催化性能研究'>Cu2O/Cu异质结构纳米材料光催化性能研究

摘要：Cu2O/Cu异质结构纳米材料形态结构稳定，可见光催化性能好。对Cu2O/Cu异质结构纳米材料进行制备并着重于对其光催化性能进行探讨，可以得到非常有意义的结论。

关键词：光催化技术 Cu2O/Cu异质结构 纳米材料 光催化性能

1、前言

持续加重的环境污染和石化能源日益短缺已成为人类社会进入21世纪寻求可持续发展所面临的根本性和战略性问题。开展纳米Cu2O/Cu异质结构光催化材料成分设计、控制制备及相关机理研究，以获得可见光催化性能稳定、高效，成本低廉的光催化材料，有非常重要的意义。

2、实验部分

2.1实验原料及所用仪器

实验过程中使用的主要原料::硝酸铜（Cu(NO3)2?3H2O）、无水乙醇、氢氧化钠、水合肼。

主要检测仪器如表2.2所示： X射线检测仪、UV-vis分光光度计。

2.3样品的制备过程

实验过程通过在铜盐中加添加剂水合肼来控制产物的形貌，并调控具体的PH值、反应温度、反应时间以实现产物的成分可控，主要实验步骤：Cu(NO3)2?3H2O称量—溶解—加入NaOH调整PH—加入适量添加剂并控制好温度和反应时间—洗涤，干燥。

2.4紫外光催化过程实验

取制得的样品0.05 g于小烧杯中；加入50 mL甲基橙，在紫外光下照射；搅拌20 min后取上层清液离心5 min；将样品送去检测中心检测，处理数据。

注意事项:

要保证最后取样的小杯干燥，以免影响样品的浓度；每次取样后将剩余液体倒回烧杯再次进行光催化；甲基橙的浓度为10 mg/L,光催化反应时间均为30 min.选用光源为紫外光，灯距为14 cm.

3、分析

3.1样品的XRD分析

对所制得的样品进行XRD检测，得到如图3.1所示的衍射曲线。

图3.1 8组样品的XRD谱图

结合XRD分析，在(a) (b) (c (d) 四个谱图中，以 (a) 和 (b) 的Cu2O特征衍射峰（200）晶面的峰值最强，而PH较低的(d) 和PH过高的(c) Cu2O特征衍射峰（200） 晶面峰值却很低，并且 (c) 和 (d) 还会有CuO生成。由此说明，在添加剂水合肼的用量、反应温度、反应时间一定时，PH会影响产物中Cu2O和Cu的质量分数。PH过低，Cu2+难以被还原而得到的是CuO；PH过高，Cu2+又难以还原到Cu+而得不到Cu2O，只有当PH保持在8—10时才能得到Cu2O和Cu的复合材料

3.2样品的光催化性能研究

将制得的Cu2O/Cu异质结纳米材料进行紫外光催化实验，经UV-vis分光光度计检测后，数据处理如下图：（8组样品的工艺条件如表3.1所示）

图3.2 8组样品对甲基橙(10 mg?L-1)的紫外光催化降解曲线

由图可以看出，(g) (e) (d) 三组紫外光催化效果最好，20min降解率就达到80%左右，60min后甲基橙降解率超过了95%。而(a) 效果相对最差，前40min降解率一直维持在10%以内，60min才达到70.24%。在一定范围内，Cu可以促进Cu2O的光催化效率。在Cu /Cu2O纳米材料中，Cu和Cu2O的界面可以来作分离光生空穴和电子的场所，单相Cu2O的催化率比较低是因为它比Cu /Cu2O复合催化剂的量子效率低。因此控制铜含量可以促进Cu/Cu2O复合材料对有机物的降解。

4、结论

由XRD分析得出结论：在加入水合肼的条件下，可以通过改变PH值以及水合肼的量，改变样品组分,来制备了Cu /Cu2O/CuO等单组分和多组分的材料，其光催化性能均很好。

从实验我们可以看出，光催化剂对甲基橙的降解效果很好，今后环境污染的治理问题上，我们可以重点从事光催化剂方面的研究。

参考文献：

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[3] 施利毅，周永斌，周颖等.纳米材料.华东理工大学出版社，2007：1～8

[4] 赵秦生，李中军，刘长让.溶胶一凝胶法制备多孔510:超细粉体.中南大学学报.1998，29(2):131～134

作者简介：

周瑜； 性别：男； 出生年月：1990年06月；籍贯：湖北荆州；学历：本科 ； 职称：无； 研究方向：材料科学与工程（高分子）。