纳米多孔铜基板上氧化亚铜纳米线的制备及其光催化性能研究

摘要

随着纳米技术的快速发展，纳米多孔金属材料在分离、催化和能源领域都展现出极大的应用潜力。纳米多孔贵金属性能优异，但较高的成本大大限制了它在工业上应用，而纳米多孔铜(NPCu)因其低廉的成本吸引了众多科研工作者的目光。氧化亚铜(Cu2O)作为一种典型的P型窄带隙半导体，对太阳光的利用率较高，是一种很有发展前景的光催化半导体材料。据此，本文展开了以下工作:
　　(1)采用铜辊急冷法制备的Ti-Zr-Cu-Ni-Sn五元非晶合金条带作为前驱体合金，以不同浓度HF溶液为腐蚀液，在不同条件下进行化学脱合金化，制备纳米多孔铜。研究发现，随着脱合金化温度的升高，时间的延长，腐蚀液浓度的提高，纳米多孔铜的孔径和韧带也在增加和粗化，探讨了脱合金法制备纳米多孔铜的机制。
　　(2)以脱合金化制备的纳米多孔铜为基体，将其浸泡在无水乙醇中一段时间。通过XRD、XPS及SEM等对其结构和形貌进行表征发现，在纳米多孔铜的表面生成了长径比较大的Cu2O纳米线，随着浸泡时间的增加，Cu2O纳米线增多且粗化。对Cu2O纳米线的生长机理做了初步探讨。
　　(3)用制得的NPCu@Cu2O样品对已知浓度的甲基橙和亚甲基蓝溶液进行光催化降解，通过紫外可见吸收光谱分析其光催化性能。结果表明，NPCu@Cu2O在可见光下对甲基橙和亚甲基蓝降解均有较好的光催化活性，并对相关的机理做了初步的探讨。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 课题背景

1．2 脱合金法制备纳米多孔金属材料的研究进展

1．2．1 纳米多孔金属材料

1．2．2 脱合金法制备纳米多孔金属的机理

1．2．3 脱合金法制备纳米多孔金属材料的现状

1．3 纳米多孔金属材料的应用

1．3．1 过滤和分离领域

1．3．2 催化领域

1．3．3 新能源领域

1．4 半导体的光催化性能

1．4．1 半导体的光催化机理

1．4．2 提高半导体光催化效率的方法

1．5 纳米氧化亚铜光催化性能的研究进展

1．5．1 氧化亚铜的结构与基本性质

1．5．2 氧化亚铜纳米线的制备方法

1．5．3 纳米氧化亚铜的光催化研究现状

1．6 课题的研究内容

2 实验方案设计与研究方法

2．1 实验原料及试剂

2．2 实验仪器与设备

2．3 实验流程

2．4 实验方法

2．4．1 钛铜基非晶条带的制备

2．4．2 脱合金样品的制备及Cu2O纳米线的制备

2．4．3 Cu2O纳米线的制备

2．4．4 NPCu@Cu2O的光催化降解实验

2．5 材料的物性表征

2．5．1 X射线衍射(XRD)

2．5．2 差示扫描量热仪(DSC)

2．5．3 扫描电子显微镜及能谱分析(SEM-EDS)

2．5．4 X射线光电子能谱分析(XPS)

2．5．5 紫外可见分光光度计

3 脱合金法制备纳米多孔铜及其工艺研究

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 Ti40．6Zr9．4Cu40．6Ni6．3Sn3．1条带的结构与热稳定性

3．2．2 脱合金Ti-Zr-Cu-Ni-Sn条带的结构分析

3．2．3 脱合金时间和温度对纳米多孔结构形貌及成分影响

3．2．4 脱合金溶液浓度对纳米多孔结构的形貌及成分影响

3．2．5 表面扩散系数的计算

3．3 非晶合金脱合金机理的探讨

3．4 本章小结

4 Cu2O纳米线的制备及其表征

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 NPCu@Cu2O的物相结构

4．2．2 浸泡时间对Cu2O的影响

4．2．3 浸泡温度对Cu2O的影响

4．3 Cu2O纳米线的生长机理

4．4 本章小结

5 NPCu@Cu2O光催化降解有机染料的研究

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 Cu2O的含量对光催化性能的影响

5．2．2 NPCu@Cu2O样品的添加量对光催化性能的影响

5．2．3 光照时间对光催化性能的影响

5．3 NPCu@Cu2O光催化降解机理

5．4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果