纳米氧化亚铜开口空心球的制备、表征及其性质研究

论文摘要

氧化亚铜（Cu2O）是一种有特殊光电性能的P型半导体（能带宽度约为2.0eV）,可以被400～800nm的可见光激发,因此被认为是用于太阳能电池和光催化降解污染物的有希望的物质。但块体Cu2O量子效率较低,产生的光生电子—空穴对容易复合。当粒度从微米级变成纳米级时,复合率降低,可提高量子效率。我们的目的是要用简单的方法制备出粒径小、形貌均一、单分散性好的纳米级氧化亚铜,并探讨纳米级氧化亚铜的光催化活性。很多文献报道预示着氧化亚铜是一种较好的可见光光催化剂,但目前能否用Cu2O作光催化剂在阳光下将水分解成氢气和氧气仍存在分歧。1998年,Ikeda等报道了用Cu2O作光催化剂可在阳光下将水分解成氢气和氧气,但在1999年,Jongh等认为Cu2O的氧化水过电势不足,对能否光催化分解水制氢提出怀疑。但后者指出,若将Cu2O和其它材料复合用以光催化分解水制氢有潜在应有价值。我们的目的是制备一种具有较低析氢过电势的Cu2O复合材料,用Cu2O可见光光催化分解水制氢。本论文基于以上两个目的开展研究工作,并得到一些有意义的结果。主要研究工作具体如下:1、用液相法在相对低温（70℃）下一步合成了纳米Cu2O开口空心球。优化实验条件,制备出了多种表面颗粒尺寸不同的纳米Cu2O开口空心球。XRD,SEM分析证实组成球的结晶粒度尺寸最小可达6nm左右,BET测定其平均孔径小于10nm,紫外可见吸收表明其最大吸收波长发生明显蓝移,且能隙变宽,有明显的量子效应,BET测定最大比表面积可达116.78m2/g,这是目前报导过的Cu2O的最大比表面积。对照实验发现,表面活性剂及洗涤水温对开口空心球结构的形成起了关键性的作用。实验表明Cu2O开口空心球的形成经过生成球形结构,逐渐长大,最后经后处理生成开口空心球的过程。2、对表面积较大、表面颗粒尺寸较小的纳米Cu2O开口空心球光催化降解有机染料活性艳红（X-3B）进行了详细研究,在Fe2+存在下有较高的光催化活性,在1h内降解活性艳红的效率高达98.26%。3、Pt具有较低的过电位,本文选择Pt作为光催化分解水放氢的共催化剂。用光沉积法在纳米Cu2O开口空心球表面沉积金属Pt,制备出Pt/Cu2O复合材料,并通过XRD、SEM和EDS等手段进行表征。对照使用纳米Cu2O开口空心球催化制氢,发现Pt/Cu2O纳米空心球的放氢速率较纳米Cu2O开口空心球高。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料简介
• 1.1.1 纳米材料特性
• 1.1.2 纳米材料制备方法简介
• 1.2 纳米半导体光催化剂
• 1.2.1 纳米半导体光催化剂的应用研究
• 1.2.2 纳米半导体光催化剂催化原理
• 1.2.3 氧在催化反应中的作用
• 1.2.4 光催化剂的应用
• 2O及其复合材料研究现状'>1.3 可见光光催化剂Cu₂O及其复合材料研究现状
• 2O光催化剂空心结构制备'>1.3.1 Cu₂O光催化剂空心结构制备
• 2O纳米复合材料研究'>1.3.2 纳米复合材料及Cu₂O纳米复合材料研究
• 1.4 选题依据及可行性
• 第二章 纳米氧化亚铜开口空心球的制备及表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2O开口空心球的制备'>2.2.2 纳米Cu₂O开口空心球的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 实验原理
• 2.3.2 样品的SEM和XRD分析
• 2.3.3 纳米氧化亚铜的BET分析
• 2.3.4 样品的TEM分析
• 2.3.5 样品的UV-Vis漫反射分析
• 2O纳米开口空心球的红外（FT-IR）分析'>2.3.6 Cu₂O纳米开口空心球的红外（FT-IR）分析
• 2.3.7 制备条件讨论
• 2.3.8 形成纳米开口空心球机理探讨
• 2.3.9 稳定性分析
• 2.4 小结
• 第三章 纳米氧化亚铜开口空心球的光催化活性研究
• 3.1 前言
• 3.2 光催化降解活性艳红（X-3B）实验
• 3.2.1 实验仪器和药品
• 3.2.2 分析测试
• 3.2.3 实验原理
• 3.2.4 实验步骤
• 3.2.5 结果与讨论
• 3.3 小结
• 2O光催化剂的制备及其制氢初步研究'>第四章 Pt/Cu₂O光催化剂的制备及其制氢初步研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂和仪器
• 4.2.2 光催化剂的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 实验原理
• 2O的XRD和SEM图谱'>4.3.2 Pt/Cu₂O的XRD和SEM图谱
• 4.3.3 样品的EDS元素分析:
• 4.4 氢气制备初步研究
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢