氧化亚铜基复合光催化剂的制备及其性质研究
目前，在众多半导体催化剂中，金属氧化物半导体因其优越的光催化活性和光电稳定性常常用于降解有机污染物。然而，众所周知，许多金属氧化物半导体带隙较宽，例如，二氧化钛(TiO2)带隙为3.0 eV，氧化锌(ZnO)带隙为3.2eV，因此，它们通常适用于紫外光，这一因素极大制约了它们的实际应用。具有窄带隙的金属氧化物半导体可以更加有效地利用可见光。氧化亚铜(Cu2O)，一种典型的金属缺位P型半导体，带隙为2.0～2.2 eV,是一种适用于可见光的理想光催化剂。此外，它还具有成本低廉，制备方便和环境友好的优点。目前已经成功制备各种形貌的氧化亚铜纳米材料并且用于降解有机染料。然而氧化亚铜光生电子-空穴对容易复合，导致其量子产率较低，限制了其在光催化领域的应用。因此，针对这一问题我们设计并合成两种结构独特的氧化亚铜基复合材料—银-氧化亚铜/石墨烯三元复合物和氧化锌/氧化亚铜二元复合物。主要研究内容及结果如下: 第二章通过简单的两步还原法合成了一种具有多级结构的球状银-氧化亚铜/石墨烯三元复合物。在这种多级结构中，银和石墨烯都与氧化亚铜直接接触，而银纳米颗粒主要生长在氧化亚铜球形表面。光催化降解甲基橙的实验表明，在可见光照射下，球状银-氧化亚铜/石墨烯复合物的光催化性能不仅明显高于纯氧化亚铜，而且优于二元复合物氧化亚铜/石墨烯及银-氧化亚铜。更重要的是光催化循环实验发现，三元复合物与二元复合物银-氧化亚铜相比表现出更优良的光催化循环稳定性。荧光光谱测试表明，银和氧化还原石墨烯都可以俘获氧化亚铜的光生电子，可以更有效分离光生电子-空穴，由此导致银-氧化亚铜/石墨烯三元复合物光催化性能增强。我们进一步研究发现在石墨烯三元复合物中，银生长在氧化亚铜球上比银直接生长在石墨烯上光催化性能好。因为金属-半导体界面的Schottky势垒的存在，银与氧化亚铜的直接接触更能有效地分离光生电子。本工作为构建高效、稳定的氧化亚铜基工业催化剂提供了一种新思路。 第三章中建立了一种简单的合成氧化锌/氧化亚铜复合物的新方法。以带正电的氧化亚铜球为基体，四羟基合锌阴离子在静电作用下能有效吸附在氧化亚铜表面，水热法得到氧化锌/氧化亚铜分级结构。研究表明通过调控碱的浓度和反应时间可以有效地控制氧化锌/氧化亚铜的复合。光催化实验表明与氧化亚铜、氧化锌相比，制备的氧化锌/氧化亚铜对降解甲基橙有更好的催化性能。这主要归因于氧化锌的引入抑制了光生电子-空穴的复合。鉴于目前文献报道的主要用电沉积等方法合成氧化锌/氧化亚铜复合材料，本工作为构建高效的氧化锌/氧化亚铜工业催化剂提供了新思路。
半导体光催化剂;氧化亚铜;复合材料;分级结构;光催化性能;石墨烯
山东大学
硕士
无机化学
宋新宇
2015
中文
TB332;O643.36
80
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）