Cu2O基复合材料的制备及光催化性能研究

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工业废水中含有对环境污染的物质,利用光催化可以降解污染物。Cu2O的禁带宽度为2.2 eV,其电子容易跃迁,在可见光条件下降解污染物中的有机物。由于Cu2O的电子空穴复合率较高,影响其光催化效率。若Cu2O与其他材料进行复合,能够减小其电子空穴复合率,从而提高光催化性。因此,本论文采用化学还原法制备Cu2O基复合材料,用有机染料亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)和苯酚模拟污染物,通过形貌分析、光催化性能测试,揭示Cu2O基复合材料的光催化机理,从而达到用Cu2O基复合材料降解MO、MB和苯酚的目的。在可见光照射条件下,Cu2O导带(CB)光激发电子移至Au(或Ag)和rGO上,这些电子能够被O2捕获,形成超氧负离子(·O2-),超氧负离子具有强氧化性,能够分解染料分子,同时Cu2O价带的光生空穴(h+)也能够氧化染料分子。根据以上光催化降解原理利用Cu2O基复合材料降解有机染料分子。采用化学还原法制备Cu2O基复合材料,以CuCl2·2H2O为铜源,首先通过Cu+与过量NaOH溶液反应,形成Cu(OH)4 2-络合物,然后以抗坏血酸为还原剂,将Cu(OH)4 2-络合物还原形成Cu2O。将HAuCl4、AgNO3或GO溶液分别添加到Cu2O溶液中,制备出Au-Cu2O、Ag-Cu2O和Ag-Cu2O/rGO复合材料料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)分析Cu2O基复合材料的微观结构,并测试Cu2O基复合材料对有机染料MB、MO和苯酚的光催化降解性能。通过微观形貌表征发现Au和Ag纳米粒子沉积在Cu2O晶体表面,形成Au-Cu2O和Ag-Cu2O复合材料。此外,Ag-Cu2O纳米粒子沉积在rGO上形成Ag-Cu2O/rGO复合材料。通过测试Cu2O基复合材料对MB、MO和苯酚的光催化降解,其研究结果表明添加25.0 mM的HAuCl4溶液的Au-Cu2O复合材料在光催化降解100 min后,对MO的降解效率达到93.5%。添加5.0 mM的溶液的Ag-Cu2O复合材料在可见光照射120 min后,对MB的降解效率达到98.3%。Ag-Cu2O/rGO复合材料在可见光照射60 min后,对MO的降解效率为98.2%;在可见光照射210 min后,对苯酚的降解效率为96.8%。总之,Cu2O基复合材料具有较好的光催化性能。Au-Cu2O对MO降解率为93.5%,Ag-Cu2O对MB降解率为98.3%。Ag-Cu2O/rGO对MO的降解率为98.2%,对苯酚的降解率为96.8%。
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