微/纳尺度氧化亚铜的可控制备及其可见光光催化特性

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Cu2O是一种重要的直接带隙半导体材料(禁带宽度约2.07 eV),具有较高的光电理论转化效率和制备成本低廉、无毒等优点,在太阳能电池、锂离子二次电池、传感器、光催化等领域具有重要的应用及前景。与传统的TiO2等宽带隙光催化材料相比,Cu2O具有更高的可见光光吸收效率,在可见光激发下便可具有很高的催化活性。本论文可控制备了不同尺寸和形貌的微米/纳米Cu2O材料,并研究了可见光光催化活性,分析了材料的尺寸、形貌、表面状态、禁带宽度等理化性质对光催化性能的影响,得到了光催化性能较高的中空结构Cu2O微球材料。主要内容和结果如下:1采用溶液还原法,水热法,软模板法等方法合成了不同尺寸和形貌的Cu2O颗粒、纳米线、空心微球。制备的颗粒形貌有亚微米量级的截角八面体、十四面体、立方体、正八面体晶体、以及直径约为50nm的纳米颗粒。纳米线的直径为80~200 nm。分别以十二烷基硫酸钠(SDS)和气泡为软模板在室温下合成了两种空心结构的Cu2O微球。SDS模板法制备的微球粒径为200~500 nm,壁厚约为100 nm;气泡模板法制备的微球粒径为500~800 nm,壁厚为20~50 nm。2 Cu2O的光吸收特性与尺寸和形貌有很强的依赖关系,亚微米级的Cu2O晶粒具有相似的光吸收特性,禁带宽度约为2.13~2.15 eV,纳米量级的颗粒的带隙出现了明显的红移现象,禁带宽度为1.80 eV;一维纳米线的带隙为2.05 eV;SDS模板法和气泡模板法制备的空心微球的带隙分别为2.22 eV和1.90 eV。带隙随XRD测试到的晶粒尺寸减小而降低。3在可见光光照下通过对甲基橙溶液进行降解,研究了所得样品的光催化活性,发现空心结构的微球具有较高的光催化活性,气泡模板法制备的空心微球30分钟后对催化底物的降解率达到了95%左右;而亚微米量级的氧化亚铜样品没有明显光催化活性;纳米线与纳米颗粒的催化活性介于空心微球和亚微米级颗粒之间。经过一系列的对比分析,发现样品晶粒尺寸和带隙是影响光催化活性的重要因素,晶粒尺寸越小,带隙越小,光催化活性越好。
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