铜锌氧化物纳米材料的制备及其光催化性能研究

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光催化技术因其具有能耗低、无污染等优点受到了广泛关注。ZnO和Cu2O是两种新型多功能无机材料,由于其具有独特的物理和化学性质,在许多领域有着广阔的应用前景,特别是在与人类生存和健康密切相关的环境污染方面。因此,对纳米Cu2O和ZnO的制备、改性和光催化性能的研究,已经成为研究热点之一。本文主要是制备了两种不同的过渡金属氧化物Cu2O和ZnO光催化剂并研究其光降解性能,主要实验内容如下:1.量子点Cu、Cu2O的制备与表征以KBH4作为还原剂,通过一步化学沉淀法将硝酸铜还原成Cu2O量子点。利用XRD、TEM表征其物相组分和尺寸大小。结果表明:通过调节两种表面活性剂的用量可以调控Cu2O量子点的尺寸和分散性,当油酸为0.5 mL, PVP为0.5 g时得到的量子点分散最均匀,大小为2.2 nm。其次,以醋酸铜为原料,油酸和油胺分别作为表面活性剂和还原剂。水和环己烷作为溶剂,采用水热反应制备单质Cu量子点。采用XRD、TEM表征其物相结构和粒径大小。主要探讨反应温度、反应时间、油酸、油胺和水的用量对单质Cu量子点结构和相组分的影响规律。结果表明:水含量是影响量子点生成的主要因素,反应温度和反应时间是次要因素;油酸仅仅起到表面活性剂的作用,而油胺既是表面活性剂又是还原剂。2.Cu2O量子点的组装及其光催化性能研究以Cu2O量子点为基本构建单元,利用自组装的方法成功制备了不同形貌的Cu2O纳米颗粒。采用XRD、SEM、TEM表征其晶体结构和尺寸大小。主要探讨溶剂种类以及碳酸二乙酯的添加量对Cu2O组装形貌的影响规律。结果表明:碳酸二乙酯的加入量是影响Cu2O量子点组装形貌的重要因素;溶剂种类是次要因素。其次,采用微乳法(EBS)将Cu2O量子点组装成胶体球,并在胶体球的表面沉积贵金属Au,通过降解甲基橙研究其光催化性能。结果表明:与纯Cu2O相比,Cu2O-Au复合物的光催化性能有明显的提高。在Au的含量为0.61%时其光催化效果最好,降解率达到90% 以上。利用固体紫外考察其带隙能,荧光光谱检测其电子-空穴对的分离效率。结果表明:Au的掺杂能降低复合物的带隙能,提高复合物电子-空穴对的分离效率,从而提高Cu2O-Au复合物的催化降解能力。3.ZnO及ZnO-AU25胶体球的制备及其光催化性能研究以醋酸锌为原料,油胺为表面活性剂,二甘醇为溶剂,在120℃滴加KOH溶液制备结构规整和均一的介孔ZnO胶体球,其平均直径在50nm。并通过沉积的方法获得ZnO-Au25胶体球。对样品进行了基本的结构表征如XRD、SEM、 TEM、EDS-mapping、元素分析(ICP)和紫外光谱。通过降解罗丹明B研究其光催化性能。实验结果表明:与纯ZnO和负载Au颗粒的ZnO相比,ZnO-Au25胶体球的具有更好的光催化性能。在Au25的含量为1.16%时其光催化效果最好,降解率高达到99.8%。利用固体紫外考察其带隙能,荧光光谱检测其电子-空穴对的分离效率。结果表明:Au25的掺杂能有效降低复合物的带隙能,提高复合物电子-空穴对的分离效率。
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