【摘 要】
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经济社会的发展、人类生活水平的提升使得人们对室内的空气质量要求不断提高。传统的空气净化技术,多使用物理、化学吸附法去除空气污染物,但用于治理挥发性有机污染物（VOCs）,具有不彻底、成本高等弊端。光催化法是一项极具实践应用前景的空气净化技术。由于光能具有完全清洁以及取之不尽的特点,运用光催化技术净化室内VOCs具有低成本、高效率等优势。传统的粉体光催化剂存在光稳定性差,不易集成组装器件、难以回收再
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经济社会的发展、人类生活水平的提升使得人们对室内的空气质量要求不断提高。传统的空气净化技术,多使用物理、化学吸附法去除空气污染物,但用于治理挥发性有机污染物（VOCs）,具有不彻底、成本高等弊端。光催化法是一项极具实践应用前景的空气净化技术。由于光能具有完全清洁以及取之不尽的特点,运用光催化技术净化室内VOCs具有低成本、高效率等优势。传统的粉体光催化剂存在光稳定性差,不易集成组装器件、难以回收再利用,使其实用化具有一定难度。针对这些缺陷,本文围绕Cu2O纳米催化剂,以柔性商业铜网为基底,原位进行催化剂的制备与应用研究。应用自牺牲模板法合成Cu2-xSe,再通过煅烧生成Cu2-xSe/Cu2O异质结,实现了对甲醛的高矿化降解。另外,通过水热法合成了CeO2/Cu2O异质结,并将其组装在空气净化器中,光催化去除常见室内VOCs效果显著,具体研究如下:（1）以铜网为基底和铜源,制备一种独特的花状Cu2-xSe/Cu2O异质结光催化剂,应用于甲醛的快速矿化,并揭示催化界面对甲醛的增强吸附及氧化机理。非化学计量比的Cu2-xSe晶体首先通过自牺牲模板法在柔韧的Cu网上原位生长。然后在低氧气氛中煅烧Cu2-xSe,使得O取代部分Se原子,通过共享相同的Cu原子构建Cu2-xSe/Cu2O异质结。Cu2-xSe中原位注入Cu2O降低了Cu2-xSe的功函数,促进了电子的聚集,使Cu2-xSe/Cu2O成为富电子区,而共享的Cu原子成为活性位点。在可见光的作用下,Cu2-xSe/Cu2O表面上大量的自由电子能够及时地吸附甲醛分子并将其转化为不稳定的碳酸盐、甲酸盐物种。同时,这些自由电子与吸附的氧分子反应,产生·O2-自由基氧化甲醛。在连续流动的运行模式下,模拟室内空气中甲醛的去除率达到100%,CO2的转化率达到99.5%,证明了Cu2-xSe/Cu2O/Cu光催化网在实际应用中净化效能良好。另外,Cu2-xSe/Cu2O/Cu催化网具有良好的完整性和柔韧性,可直接应用于空气净化器中,实践应用优势突出。（2）以铜网为基底,在强碱性过硫酸铵溶液中,常温环境下自生长Cu（OH）2纳米线阵列,再通过煅烧使其脱水生成Cu2O纳米线,随后应用水热法将CeO2颗粒负载到Cu2O纳米线上形成典型的固态CeO2/Cu2O异质结光催化剂。独特的纳米线状结构不仅有利于定向传输电子,抑制光生电对复合,纳米线阵列的三维空间分布还有助于捕获空气中逸散的VOCs分子。在模拟太阳光的照射下,产生大量光生活性自由基以氧化目标有机物分子。应用气相色谱法测试CeO2/Cu2O异质结光催化剂对典型室内VOCs（甲醛、甲苯、二甲苯）的降解效果。结果表明CeO2/Cu2O对三种VOCs均展现良好的降解性能以及矿化能力。基于网状固体光催化剂的自身优势,创意性的设计了新型光催化空气净化器。并根据实际情况将CeO2/Cu2O/Cu催化网装配到空气净化器中,对实际室内空气进行净化实验。实验表明在60 m~3的实际空间内,浓度均为10 ppm的甲醛、甲苯与二甲苯在3 h内能达到完全降解。本工作将理论研究与实际应用紧密联系,体现了光催化剂研究的现实意义,为光触媒空气净化技术的发展提供理论数据借鉴与技术参考。
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