【摘 要】
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氧化铜（CuO）光催化剂光生载流子的高复合率以及粉末化存在形式严重制约了其光催化活性和商业化应用的发展。近年来,随着纳米多孔金属材料的发展,一系列以纳米多孔金属为基体的自立式复合材料被开发出来,并在储能和催化等领域大放异彩。因此本研究结合纳米多孔金属结构和成分上的优势,旨在设计和合成一种具有高效光催化活性的自立式纳米多孔金属基氧化铜复合材料。主要研究工作如下:（1）首先将脱合金法与电沉积方法相结合
【基金项目】
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国家自然科学基金（52071125）; 河北省自然科学基金（E2020202176）; 河北省高等学校科学技术研究项目（ZD2020177）
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氧化铜（CuO）光催化剂光生载流子的高复合率以及粉末化存在形式严重制约了其光催化活性和商业化应用的发展。近年来,随着纳米多孔金属材料的发展,一系列以纳米多孔金属为基体的自立式复合材料被开发出来,并在储能和催化等领域大放异彩。因此本研究结合纳米多孔金属结构和成分上的优势,旨在设计和合成一种具有高效光催化活性的自立式纳米多孔金属基氧化铜复合材料。主要研究工作如下:（1）首先将脱合金法与电沉积方法相结合,构筑具有异质结构的纳米多孔金属基氧化铜复材料（Co3O4@NP-CuO）。研究表明,Cu40Zr60非晶合金条带可在0.05 M HF溶液中进行脱合金并形成纳米多孔铜（NPC）网络结构。进一步经过电沉积处理后,NPC被氧化成纳米多孔氧化铜（NP-CuO）并在其表面生长出大量相互交织的“花瓣”状Co3O4纳米片,形成了多层状结构。研究了电沉积电位和沉积时间对Co3O4@NP-CuO表面形貌的影响,并得出最佳工艺参数。Co3O4@NP-CuO复合材料构筑的Co3O4/CuO异质结有助于抑制光生载流子的复合。光催化降解实验表明,-0.8 V电位下电沉积30 min的Co3O4@NP-CuO复合材料拥有最佳的光催化降解性能,在H2O2存在时,可见光照射11 min可将RhB降解93%,并且经过7个循环降解,其降解率能够达到85%。对其光催化降解过程的活性自由基进行分析,光生电子与H2O2反应生成的·OH在光催化过程中起关键性作用。（2）为进一步提升纳米多孔金属基氧化铜复合材料的光催化性能和循环稳定性,将脱合金法与阳极氧化法相结合,构筑了具有肖特基结构的纳米多孔双金属基氧化铜复合材料（Au/CuO@NP-CuAu）。研究表明,Cu35Zr60Au5非晶合金条带经过脱合金形成纳米多孔铜金（NP-CuAu）双金属基体,随后结合阳极氧化工艺在NP-CuAu基体上原位生长出Au纳米颗粒修饰的CuO纳米线（Au/CuO@NP-CuAu）。光催化降解性能测试结果表明,阳极氧化5 min的Au/CuO@NP-CuAu复合材料显示出优异的光催化降解能力,在H2O2存在时,可见光照射5 min可将RhB降解94%。此外,得益于CuO纳米线的原位生长,Au/CuO@NP-CuAu复合材料展现出优秀的循环稳定性,经过七个循环之后,其光催化降解能力仍然能达到92%。最后通过PL谱、EPR和第一性原理计算等方法对Au/CuO@NP-CuAu复合材料的降解机理进行了系统地探讨。
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