Cu基光催化材料的制备及性能研究

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科技的飞速发展造成了环境污染。近几年,随着人们环保意识的提高,可持续发展成为了重要的发展模式。减少使用对环境有害的原料,使用绿色化学治理环境污染成为了重要研究方向。光催化技术是一种可被应用于治理环境污染、温室气体排放等问题的绿色技术。其中氧化亚铜是一种具有廉价易得、毒性低以及独特的光学特性等优点的p型半导体材料,由于其良好的性质被视作一种理想的光催化材料。然而在之前的研究中,氧化亚铜作为光催化剂在光催化过程中容易光腐蚀,造成光催化性能降低,另外在光照关闭后其催化性能消失,极大的限制了其应用范围。为了提高氧化亚铜的光催化活性,同时在光照关闭后仍保持催化活性,本文通过将氧化亚铜与其他材料复合,制备具有高光催化活性的氧化亚铜复合材料。同时通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱、电化学等对复合材料的组成、形貌以及性能等方面进行测试。并以甲基橙(MO)溶液模拟污染物,通过降解甲基橙溶液测试复合材料的光催化性能。本论文的研究内容如下:(1)利用两步水热法成功制备了不同MoS2摩尔百分数的MoS2/Cu2O复合光催化剂。光催化研究结果表明,MoS2/Cu2O复合光催化剂在可见光照射下的催化能力优于Cu2O,当制备的二硫化钼条件为钼酸钠与硫脲摩尔比例1:6,并加入十六烷基三甲基溴化铵,加入0.0006 mol MoS2时,制得的MoS2/Cu2O光催化性能最好。50 mg CM7-6样品在可见光照射60 min后对MO溶液(50 mL、60 mg/L)的降解率为94.65%,表明制备的MoS2/Cu2O复合催化剂具有良好的光催化性能。在经过4次光催化循环之后,CM7-6对MO的降解率仍然达到84.76%,说明合成的CM7-6光催化稳定性较好。(2)采用一步氧化还原法成功制备了不同Bi含量的Bi/Cu-Cu2O复合光催化剂。结果表明,Bi/Cu-Cu2O复合光催化剂比Cu-Cu2O在可见光照射下的催化能力强;当单质Bi的摩尔含量为6%时,可见光催化性能最优异。50 mg Bi/Cu-Cu2O复合物在90 min内对50 mL MO溶液(20 mg/L)降解率高达88.30%。可见光预照射5h后的Bi/Cu-Cu2O,在黑暗环境中对MO溶液的去除率相比一直处于黑暗中的Bi/Cu-Cu2O颗粒提高了约39.20%,具有较好的光催化“记忆”效应。并且在循环利用5次后,其对MO溶液的去除率仍维持在82.90%左右,表明制备的复合催化剂有良好的稳定性。(3)通过简单的一步溶剂热法制备了一种新型的光催化活性良好的Cu31S16/Cu9S5复合光催化剂。当尿素与硫脲的摩尔比为3:1,反应温度为160℃时,Cu31S16/Cu9S5复合材料在可见光下表现出最优异的光催化降解MO的能力。在可见光照射60min内,50 mg Cu31S16/Cu9S5对高浓度的MO溶液(50 mL 80 mg/L)的降解率达到94.81%。从复合材料的高分辨透射电镜可以得知Cu31S16和Cu9S5之间形成了异质结,异质结的形成有利于促进催化材料界面之间的电荷转移,抑制光生电子空穴对复合。因此,制备出的Cu31S16/Cu9S5具有优异的光催化性能。
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