CuO和CuO/Ag纳米材料的制备及光催化性能

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Cu0是一种p型的窄禁带宽度的半导体材料,其禁带宽度为1.2-1.8 eV。由于其在可见光下具有良好的吸收率,被广泛应用于光催化、太阳能电池等领域。由于CuO半导体在光照时产生的光生电子和空穴复合率较高,其光催化效率较低。本文主要研究在Cu基底上制备CuO纳米材料及其CuO/Ag复合纳米材料,并研究制备条件对于CuO纳米材料和CuO/Ag复合纳米材料的结构、形貌和光催化性能的影响。本文研究内容主要包括以下内容:1.采用简单湿化学法在Cu基底上合成花状CuO纳米材料。研究了Na2S2O3的浓度和NaOH浓度对于CuO纳米材料的结构、形貌和光催化性能的影响。并对简单湿化学法制备花状CuO纳米材料的机理进行初步探索。实验表明:当Na2S2O3的浓度大于0.4 mol/L,可以在Cu基底上制备出花状CuO纳米材料;当NaOH浓度为2.5 mol/L可以制备出花状CuO纳米材料,低浓度的NaOH(<1 mol/L)制备的CuO呈现蜂窝状结构,高浓度的NaOH(>3.5 mol/L)制备的CuO为纳米线和纳米片的复合体;花状CuO纳米材料的光催化性能明显高于制备的非花状CuO纳米材料,花状CuO纳米材料具有很好的光催化稳定性。2.以聚乙烯醇400(PEG400,Mw=400)作为表面活性剂和还原剂,采用光化学沉积法在花状CuO纳米材料的表面沉积Ag单质来制备CuO/Ag复合纳米材料。研究AgNO3的浓度和光化学沉积时间对于CuO/Ag复合纳米材料的结构、形貌和光催化性能的影响,并对光化学沉积法制备CuO/Ag复合纳米材料的机理进行初步探索。实验表明:随着AgNO3的浓度增大,光化学沉积Ag纳米颗粒的体积先增大,后减小,形成均匀的小纳米颗粒覆盖在CuO纳米线的表面;随着AgNO3的浓度的增大,制备的CuO/Ag复合纳米材料的光催化降解MO效率先增大后减小,在6 mmol/L的AgNO3的制备的CuO/Ag复合纳米材料的光催化降解MO效率最高,达到了98.7%;光化学沉积反应2h后,CuO纳米线的表面才会出现明显的Ag纳米颗粒。随着光化学沉积反应时间的延长,Ag纳米颗粒的体积增大,CuO/Ag复合纳米材料光催化效率也逐渐提高。3.采用水热法在Cu基底上制备由纳米片组成的花状CuO纳米材料。研究反应温度、时间、NaOH和PEG4000含量对CuO纳米材料的结构、形貌和光催化性能的影响。并对水热法制备CuO纳米材料的机理进行初步探索,实验表明:NaOH含量的增大,制备的CuO的纳米花的直径增大,光催化效率提高;反应温度升高,CuO纳米花的数量增加,CuO纳米片的厚度也逐渐的增加;反应温度提高,制备样品的光催化效率先增大后减小,反应温度为100℃时,样品的光催化效率达到了最大;随着反应时间的延长,制备样品的光催化效率提高;PEG4000的含量的增加,在Cu基底上生成的CuO含量减少,制备的样品的光催化效率降低,PEG4000的加入不利于CuO纳米材料的制备。
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