论文部分内容阅读
随着社会经济高速发展和人们生活水平的不断提高,环境污染也越来越严重,雾霾天气、工业和生活污水成为亟待解决的问题。研究证明利用光催化降解有机污染物是一种简单、高效和低成本的技术。铜、银处于元素周期表中第一副族,Cu2O和Ag3PO4吸收波长恰好处于可见光范围内,因此可以用作光催化剂。本论文旨在探讨不同尺寸和多种结构的Cu2O和Ag3PO4微纳米晶的调控合成及晶体生长机制,以获得性能优异的催化剂,并为相关研究奠定基础。1)采用溶剂热法合成了平均粒径为25-155 nm的Cu2O纳米晶(实心),研究了其光催化性能。实验发现颗粒粒径越小,光催化活性越高。其中,由2-7 nm纳米量子点构成的且平均粒径为25 nm的层状Cu2O纳米簇展现出最好的光催化性能,可以在12分钟内将浓度为10 mg/L的100 mL MO溶液全部降解,其原因是由纳米尺寸效应和纳米结构所致。这表明降低Cu2O晶体的颗粒尺寸可以有效地提高其光催化性能。2)采用溶剂热法合成了不同尺寸和多种结构的Cu2O多孔微/纳米球,粒径从几十纳米到几百纳米。实验表明:(1)PVP的用量不足或过量都会导致Cu2O纳米颗粒的团聚,只有适量才可以获得分散性好且粒径均一的样品;(2)使用Ac-,当DMF的用量从30 mL增加至60和90 mL时,Cu2O的形貌从层状纳米簇(25 nm)逐渐演变为书签状直至最终的多孔微米球(平均粒径为282 nm);(3)使用NO3-,伴随着DMF用量相同的改变,Cu2O多孔纳米球的直径逐渐变小,尺寸分布更加均一,但是样品形状几乎没有变化。(4)平均粒径为72 nm的Cu2O多孔纳米球对甲基橙的吸附能力远远大于活性炭。3)探讨了三种类型的3D Cu2O纳米晶的自组装过程,其过程可以概括为以下几个步骤:①首先形成1-7 nm的0D Cu2O纳米点;②1-7 nm 0D纳米点通过取向连接生成2D纳米单元(类球形和书签状);③2D纳米单元通过自组装形成3D纳米结构(层状纳米簇、疏松微/纳米球)。④通过进一步的奥斯特熟化生成Cu2O多孔微/纳米球。4)采用水合肼和抗坏血酸为还原剂,分别合成了Cu2O八面体和Cu2O立方体等不同形貌的亚微米(微米)晶,实验发现PVP的用量、反应温度等因素对样品的最终形貌均有影响。光催化实验表明Cu2O立方体的光催化性能要好于八面体,其原因是前者的颗粒尺寸远小于后者。5)探讨了溶液的pH值对Ag3PO4微米晶最终形貌的影响。当pH值小于5时,不能生成AgNO3晶体;而当pH值从5.5增加到10时,Ag3PO4的形貌从球(类球)形逐渐演变为多面体形,且颗粒粒径明显增大。光催化实验显示颗粒排布疏松的样品具有较高的光催化活性;而且,在颗粒尺寸相近的情况下,Ag3PO4晶体的光催化性能远高于Cu2O晶体。6)探讨了三种光强对Cu2O立方体和Ag3PO4晶体的光催化进程的影响。结果表明:随着光强的增加,两个样品的光催化速率都相应增加,这主要是因为光强越大,光生电子空穴对的数目越多。而且,增加相同的光强,使用Ag3PO4晶体作为催化剂的光降解速率的增加幅度远大于Cu2O立方体,这归因于前者的量子产率远高于后者。