Cu2O@Cu和Cu2O/CuO@Cu纳米线的制备及其性能研究

摘要

近年来，铜基纳米材料因其原料丰富，经济实惠，且具有优良的催化、电光学特性越来越受到研究者的青睐。纳米Cu2O作为典型的窄带型P型半导体，对太阳光具有较强的吸收效率，是继TiO2后最有潜力的半导体光催化剂之一。由于其光生电子-空穴易复合的缺点限制了其光催化性能的应用，对其改性已成为研究热点。
　　本论文分别成功制各了Cu2O@Cu纳米线、Cu2O/CuO@Cu纳米线和M(Au、Pt、Ru、Pd)-Cu2O@Cu纳米线，并探索了影响其形貌、物相组成和外壳粒径大小的因素，进一步研究分析了纳米复合材料的物相组成，外壳结晶性及粒径大小对光催化性能的影响。具体内容与结果如下:
　　1、将化学沉淀法制备的直径接近100nm的铜纳米线与去离子水在60℃、70℃、80℃、90℃温度下水浴反应制得Cu2O@Cu纳米线。采用XRD、SEM、TEM、BET和UV-VIS DRS对样品进行了表征及光催化性能测试。结果表明四种Cu2O@Cu纳米线对甲基橙染料有良好光催化效果，对亚甲基蓝几乎没有作用。其对甲基橙光催化降解率最高可达70.1％。铜纳米线上纳米Cu2O晶粒粒径会影响其光催化性能。结晶性与对甲基橙的光催化性能成正比。晶粒粒径为30nm到34nm范围内，其光催化效果最佳。
　　2、采用水热法，以铜纳米线为基质，分别在不同温度和不同介质中制备了Cu2O/CuO@Cu纳米线。SEM、XRD等表征结果显示，在2M NaOH介质中产物的结晶性和分散性较差，在2M NaOH和10％H2O2混合介质中产物纳米氧化亚铜和纳米氧化铜含量最多，晶型最成熟。Cu2O/CuO@Cu纳米线光催化效果大部分较良好，光催化降解率最高为82％。当氧化铜含量不高时，铜纳米线上纳米Cu2O或CuO晶粒粒径会影响其光催化性能，当氧化铜含量较多时，光催化效果和纳米Cu2O粒径成正比。
　　3、将Au、Pd、Pt、Ru沉积在Cu2O@Cu纳米线上，得到M(Au、Pt、Ru、Pd)-Cu2O@Cu纳米线，四种产物光催化效率均有所提高，且光催化降解率最多提高了26％。负载浓度不同的Pt-Cu2O@Cu纳米线，发现随着负载浓度由1％至4％，产物的光催化效果呈先上升后下降趋势。

目录

声明

致谢

摘要

引言

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 氧化亚铜(Cu2O)纳米材料

1．2．2 Cu2O纳米材料的制备研究进展

1．2．3 Cu2O纳米材料的应用研究进展

1．3．2 半导体-Cu2O复合材料

1．3．3 金属-Cu2O-半导体复合材料

1．4 氧化铜(CuO)纳米材料

1．4．1 CuO的基本特性

1．4．2 CuO纳米材料的制备进展

1．4．3 CuO纳米材料的应用

1．5 Cu2O光催化原理

1．5．2 影响Cu2O光催化过程的因素

1．6 本文研究目的与内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 创新点

第二章 实验部分

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器与设备

2．2．2 Cu2O@Cu纳米线的制备

2．3 Cu2O@Cu、Cu2O／CuO@Cu和M-Cu2O@Cu纳米线的性能测试

2．3．1 光催化降解甲基橙

2．3．2 光催化降解亚甲基蓝实验

2．5 Cu2O@Cu、Cu2O／CuO@Cu和M-Cu2O@Cu纳米线的表征

2．5．1 X射线衍射(XRD)表征

2．5．2 BET测试

2．5．3 SEM和EDS测试

2．5．4 TEM测试

2．6 分析方法

第三章 Cu2O@Cu纳米线的制备及其性能研究

3．1 铜纳米线与CuEO@Cu纳米线的表征

3．2 Cu2O@Cu纳米线光催化性能测试

3．2．2 Cu2O@Cu纳米线脱色原理研究

3．3 染料初始浓度对Cu2O@Cu纳米线光催化性能的影响

3．4 催化剂投加量对Cu2O@Cu纳米线光催化性能的影响

3．5 H2O2添加量对CU2O@Cu纳米线光催化性能的影响

3．6 光照强度对Cu2O@Cu纳米线光催化性能的影响

3．7 本章小结

第四章 Cu2O／CuO@Cu纳米线的制备及其性能研究

4．1 反应介质对产物及其性能的影响

4．1．1 110℃下反应介质种类对产物组成形貌与性能的影响

4．1．2 130℃下反应介质对产物组成形貌及其性能的影响

4．2 不同温度制备条件下对产物及其性能的影响

4．2．1 反应介质为水在不同温度下对产物的影响

4．2．2 反应介质为2M氢氧化钠在不同温度下对产物的影响

4．2．3 反应介质为10％双氧水在不同温度下对产物的影响

4．2．4 反应介质为含2M氢氧化钠的10％过氧化氢在不同温度下对产物的影响

4．3 本章小结

第五章 M(Au、Pt、Ru、Pd)-Cu2O@Cu纳米线的制备及其性能研究

5．1．1 M(Au、Pt、Ru、Pd)与Cu2O的反应机理与表征

5．1．2 M-Cu2O@Cu纳米线的光催化测试

5．1．3 M(Au、Pd、Pt、Ru)-Cu2O@Cu纳米线光催化机理分析

5．2 不同浓度负载的M-Cu2O@Cu纳米线的表征与性能研究

5．2．2 不同浓度负载的Pt-Cu2O@Cu纳米线的光催化测试

5．3 本章小结

第六章 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

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