不同形貌氧化亚铜的制备及其作为光催化剂和模板剂的应用

摘要

氧化亚铜是一种典型的P型半导体材料，其禁带宽度为2.17 eV。近年来由于氧化亚铜在气体传感、太阳能转换和催化剂等领域存在巨大的潜在利用价值受到国内外研究者的广泛关注。研究发现，微/纳米氧化亚铜的形貌和尺寸对其物理和化学性质有着很大的影响，因此制备不同形貌和大小的氧化亚铜，并研究其形貌和尺寸与其性质之间关系有着十分重要的意义。此外，有着特定形貌的氧化亚铜可以被用来作为模板合成相应的空心结构的铜的硫属化合物。本论文以氢氧化铜为前驱体，通过调整还原剂的种类、表面活性剂的浓度、还原剂和表面活性剂的添加速率及次序制备了不同形貌的（亚）微氧化亚铜。同时，以制备的亚微米氧化亚铜为模板，通过离子交换法合成了有着空心结构的Ag/Ag2S/Ag3CuS2三元复合材料，并对其光催化性质进行了研究。具体取得的研究结果如下:
　　1.以青草为碳源，通过水热法制备了碳量子点，然后以碳量子点为还原剂，PEG为表面活性剂，通过水热还原氢氧化铜制备出了不同形貌的微米氧化亚铜。采用X射线衍射(XRD)对样品物相组成和结构进行表征，通过扫描电镜(SEM)观察样品的微观形貌，采用紫外可见光谱仪对样品光学性质进行表征。此外，通过研究不同反应时间段制备的样品，探索氧化亚铜形貌可能的形成机理。
　　2.以抗坏血酸(AA)为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂，通过调整AA和PVP的滴加速率和添加顺序，制备了不同形貌和尺寸的氧化亚铜。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和紫外可见光谱仪对所合成的氧化亚铜进行表征。实验表明，通过改变还原剂的滴加速率，可以调控所合成氧化亚铜的尺寸;改变AA和PVP混合溶液的添加速率，氧化亚铜形貌从切去顶端的正八面体转变为带刺的球形最终变为直径约660 nm的球形。以甲基橙(MO)为模拟污染物，对所合成不同尺寸和形貌的氧化亚铜可见光照射下的光催化性能进行了研究。
　　3.采用离子交换法，以所合成的带刺球形氧化亚铜为模板，常温下与Na2S在水溶液中发生离子交换反应，制备了Cu7S4空心球。再以Cu7S4为模板，通过与AgNO3之间的离子交换和原位还原反应，制备出空心球状的Ag/Ag2S/Ag3CuS2。通过分析合成过程、产物的组成和形貌，分析了该离子交换和原位还原反应的形成机理。所合成的Ag/Ag2S/Ag3CuS2在可见光照射下对MO有着很好的催化降解效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微(纳)米氧化亚铜的研究进展

1．2．1 微(纳)米氧化亚铜的基本性质

1．2．2 微(纳)米氧化亚铜的制备方法

1．2．3 微(纳)米氧化亚铜的应用

1．3 多元金属硫化物光催化剂的研究进展

1．3．1 多元金属硫化物光催化剂的基本性质

1．3．2 重要的多元金属硫化物光催化材料

1．3．3 多元金属硫化物光催化材料的改性方法

1．3．4 多元金属硫化物光催化材料的制备方法

1．4 本课题的研究意义及主要内容

第二章 碳量子点为还原剂制备不同形貌的微米氧化亚铜

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 碳量子点的制备

2．2．4 微米氧化亚铜的制备

2．2．5 样品表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 所制备碳量子点的TEM分析

2．3．2 产物的XRD分析

2．3．3 产物的SEM分析

2．3．4 不同时间段产物的SEM分析

2．3．5 合成机理探讨

2．4 本章小结

第三章 不同实验方法制备不同形貌和尺寸的(亚)微米氧化亚铜及其光催化性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 (亚)微米氧化亚铜的制备

3．2．4 光催化性能测试

3．2．5 样品表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 XRD分析

3．3．2 SEM分析

3．3．3 机理探讨

3．3．4 DRS分析

3．3．5 光催化性能研究

3．4 本章小结

第四章 以氧化亚铜为模板制备具有可见光光催化活性的Ag／Ag2S／Ag3CuS2三元空心微球

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 空心结构Ag／Ag2S／Ag3CuS2复合光催化剂的制备

4．2．4 样品表征

4．2．5 可见光照射下光催化性能的评估

4．3 结果与讨论

4．3．1 合成机理

4．3．2 XRD和XPS分析

4．3．3 形貌分析

4．3．4 UV-Vis DRS分析

4．3．5 光电性能分析

4．3．6 样品的光催化活性及机理研究

4．3．7 光催化剂稳定性研究

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的科研成果