多孔Cu2O纳米球的制备及其光催化性能研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yl19850320
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氧化亚铜(Cu2O)是一种对可见光响应的p-型半导体材料。它的禁带宽度约为2.0-2.2 eV,能被620 nm左右的可见光激发,在可见光区的吸收系数较高,能量转化率理论上可达18%。催化活性高,无毒且制备成本较低,可以直接利用太阳光降解有机物,不会产生二次污染,理论利用率高,是一种极具开发前景的绿色环保可见光催化剂。本论文以一水合醋酸铜为原料、小分子葡萄糖为还原剂、丝胶蛋白为模板和稳定剂,首先采用化学共沉淀法制备Cu2O/SS复合纳米球颗粒。通过考察丝胶浓度、反应时间、反应体系的pH值对Cu2O/SS复合纳米球形貌、结构的影响;再将制备的Cu2O/SS复合纳米球进行煅烧,得到多孔Cu2O纳米球,考察煅烧温度、丝胶蛋白的浓度对多孔Cu2O纳米球形貌、结构的影响;然后,以阳离子染料甲基橙(MO)为模拟的有机污染源,用上述制备的光催化剂在可见光下进行光催化降解实验,考察制备的Cu2O纳米球的光催化性能。本课题具体研究工作包括以下3个方面:(1)Cu2O/SS复合纳米球颗粒的制备:以一水合醋酸铜为Cu2+、葡萄糖(Glu.)为还原剂、丝胶蛋白(SS)为模板和稳定剂,运用化学共沉淀法制I备Cu2O/SS纳米复合纳米颗粒。考察了丝胶蛋白浓度、反应过程中反应体系的溶液pH、反应温度等对Cu2O/SS纳米复合颗粒的形貌和尺寸的影响。研究发现:当醋酸铜浓度为0.35 M时,丝胶蛋白的浓度为1.67 wt%(添加浓度为5 wt%),溶液的pH为12时,得到的颗粒尺寸最小,约为50-100 nm。当醋酸铜浓度为0.2 M时,所制备的Cu2O/SS复合纳米球材料为球形,尺寸大小为500-600 nm。(2)多孔Cu2O纳米球颗粒的制备与表征:将上述所制备的Cu2O/SS复合纳米球颗粒置于流通的氮气气氛中,一定温度下恒温煅烧2 h,升温和降温速率为5℃/min条件下所得到的多孔Cu2O纳米球颗粒。研究了不同的煅烧温度对氧化亚铜纳米材料的结构、形貌与尺寸大小的影响,煅烧温度选择了3个温度,分别为350℃、450℃、550℃,350℃下得到的多孔Cu2O纳米球颗粒的孔较多,且分布均匀,尺寸比为煅烧前的稍小一些。不同煅烧温度下得到的均为多孔Cu2O纳米球颗粒。煅烧前后Cu2O纳米球颗粒的尺寸大小没有明显的变化。(3)多孔Cu2O纳米球颗粒的光催化活性测试:以阳离子染料甲基橙(MO)为模拟有机污染源,在可见光照射下,进行光催化降解实验,分析比较制备的各种Cu2O纳米颗粒在可见光下的光催化降解性能。结果表明:350℃下形成的多孔Cu2O纳米球颗粒的光催化降解率达到最高99.87%,纯的正八面体的Cu2O纳米颗粒的光催化活性为83.42%,增16.45%。本论文以一水合醋酸铜为原料、小分子葡萄糖为还原剂、丝胶蛋白为模板和稳定剂,首先采用共沉淀法制备Cu2O/SS复合纳米球颗粒,提供了一种制备比表面积大、颗粒尺寸可调、性能稳定的多孔Cu2O纳米球材料的新思路和新方法;拓宽了蚕丝工业废弃丝胶蛋白的应用领域,实现了含丝胶蛋白的废弃物的生态高值化循环利用,开辟了以污治污的新途径。本方法将对促进废物资源的高值化综合利用和水资源污染物控制具有重要的科学和现实意义。
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