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光催化净化技术是一种新型、高效的治污手段,在环境问题日益严峻的今天有着广泛的应用前景。但是以TiO2为代表的光催化剂普遍存在着光响应范围窄、量子效率不高的问题。针对这一问题,本论文主要以窄禁带宽度的Cu2O光催化材料为研究对象,采用液相还原法合成了不同形貌的Cu2O材料,通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS等手段进行表征,对催化剂的晶相结构、晶粒形貌、光吸收进行分析。以可见光下在液相间歇式反应装置中光降解甲基橙溶液为探针反应,考察 Cu2O材料的光催化性能,探讨Cu2O形貌和光催化活性之间的联系。 论文主要开展了以下几方面的工作: 1)以CuSO4·5H2O为铜源、葡萄糖为还原剂,采用液相还原法,通过调变和优化反应动力学因素,合成了具有不同形貌特征的Cu2O多面体(立方体、八面体、切角八面体、球体),并考察了它们的甲基橙光降解性能。其中,八面体Cu2O表现出最佳的甲基橙光催化降解活性,降解率达62.75%。研究结果表明,Cu2O的形貌是影响其光降解活性的主因。相对于上述其它的Cu2O多面体而言,八面体Cu2O的(111)晶面具有更多的配位不饱和的金属活性位,这是导致其活性最佳的原因。 2)在以上研究的基础上,通过更改保护剂的类型并优化实验方案,合成了具有高指数晶面的Cu2O微晶。在该Cu2O微晶上,甲基橙光降解效率得到进一步地提升,达到74.21%。研究结果显示,晶体合成过程中溶液碱度的调控严重影响着Cu2O的形貌特征,提高碱度有利于生成高晶面指数的Cu2O微晶。高指数晶面对反应底物具有更强的吸附能力,有利于光降解反应的进行。 3)基于Cu2O的催化性能与其暴露的晶面类型之间存在显著相关性,我们采用晶面选择性蚀刻的方法对切角八面体Cu2O晶体进行镂空,制备出了具有中空结构的Cu2O光催化材料。该中空材料既保留了高催化活性的(111)晶面,又具有较大的比表面积,这有利于反应底物的吸附、活化及转化。因此,相较于切角八面体的Cu2O微晶,镂空处理后的Cu2O光催化材料表现出更好的甲基橙转化活性,光降解率可达71.31%。 4)分别采用原位合成法和籽晶法合成了Au-Cu2O异质结构光催化剂,这种异质结构催化剂的甲基橙光降解效率明显优于中空结构的纯Cu2O,光降解率最高可达85.12%。原位合成法制备的Au-Cu2O的催化效率比籽晶法制备的更高,这主要归因于贵金属Au与Cu2O结合更为牢固,反应过程中不易因脱落而失活。Au沉积量为1.4wt.%时甲基橙的转化率最高,当Au沉积量超过1.4wt.%时,催化效果显著降低,这可能是因Cu2O的晶面部分被Au覆盖所致。与此同时,我们对Cu2O和氧化石墨烯构成的异质结构材料的合成和催化性能作了初探,发现Cu2O-GO催化性能较Au-Cu2O有进一步提高,甲基橙光降解率达93.12%。 另外,本文对Cu2O材料的光腐蚀现象进行研究,发现多次光降解反应后Cu2O的形貌发生了改变,成鳞片状。可能的原因是在光照条件下,Cu2O在反应溶液中易发生晶型的转变。