基于铜氧化物微纳米分级结构材料的制备及其光化学性能研究

发布时间：2017-10-20 19:51

  本文关键词：基于铜氧化物微纳米分级结构材料的制备及其光化学性能研究

  更多相关文章： 微纳米分级结构 Cu_(x(x=1 2))O 形貌 有机溶剂/添加剂 有机污染物

【摘要】：过渡金属氧化物以其独特的物理和化学性质在基础科学、催化、新型功能材料、智能材料等多个应用领域发挥着重要的作用,已成为近年来材料科学界的研究热点。然而,过渡金属氧化物在制备过程中存在形貌容易变化、结构和尺寸难以控制等问题。因此,本论文开展了过渡金属氧化物分级结构的液相法制备研究。通过溶剂热法,获得了基于铜氧化物的微纳米分级结构材料,并探究了材料形貌以及表面结构多样性的形成过程,继而找出了材料本身结构与光化学性能的关联性。本论文主要研究内容及创新点如下:(1)利用对环境友好的乙二醇作为有机溶剂/添加剂,醋酸铜作为铜源,通过简单的溶剂热法制备了单分散均匀且具有球中球结构的金属铜醇盐配合物,研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对该结构的影响,同时考察了反应时间对于形成具有球中球结构的金属铜醇盐配合物过程的影响,进而提出了这种结构的形成机制为Ostwald Ripening机理。通过简单的退火过程,获得了具有与前驱物同样结构的CuO材料。在H2O2参与的条件下,对其可见光下去除有机污染物罗丹明B进行了详细的研究,发现球中球结构的CuO材料光催化降解RhB速率是商用CuO粉末的3.65倍,并在重复利用5次后催化性能没有明显降低。其主要原因是由于球中球结构的CuO材料吸收可见光后,可见光在其核壳内部进行多次的光反射和散射,增强了其对光子的捕获能力,相比实心结构的商用CuO材料而言,这种球中球结构光催化剂材料有利于提高材料的光催化性能。这些结果也充分说明了多级结构材料在去除水中有机污染物方面有着潜在的应用价值和前景。(2)利用乙二醇同时作为有机溶剂/添加剂和还原剂,通过调控反应物离子浓度合成了具有单分散花状微/纳米分级结构Ag/Cu2O复合材料,并详细研究了该复合材料的形貌、微观结构以及物相组成的影响因素。在去除有机污染物甲基橙的研究中,发现单分散花状微/纳米分级结构Ag/Cu2O复合材料表现出优异的光催化活性,在可见光下40 min催化降解率高达98.97%,并在重复利用5次后催化性能没有明显降低。其主要原因可归结为这种复合材料结构表面所形成的Ag/Cu2O异质结,显著地增强了材料的光催化性能。在调控结构过程中,我们发现所引入的单质铜金属对该复合材料的光催化性能提高有一定的抑制作用。此外,在双氧水参与的条件下,发现花状微/纳米分级结构Ag/Cu2O复合材料催化降解有机染料MO的时间相比未添加双氧水的Ag/Cu2O复合材料缩短了将近50%。究其原因可能是Ag/Cu2O复合材料在可见光的照射下所分离出的电子和空穴,被双氧水俘获,进而产生大量的超氧负离子和羟基自由基,促进了吸附在催化剂表面的有机染料MO氧化分解,加速催化降解时间。这些结果也充分说明了具有异质结的微纳米分级结构的Ag/Cu2O复合材料在去除水中有机污染物方面有着很好的应用前景。
【关键词】：微纳米分级结构 Cu_(x(x=1 2))O 形貌 有机溶剂/添加剂 有机污染物
【学位授予单位】：淮北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.21;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-32
• 1.1 引言10-11
• 1.2 铜氧化物材料的研究现状11-21
• 1.2.1 CuO、Cu_2O的基本性质11-12
• 1.2.2 CuO、Cu_2O微纳米材料的制备12-16
• 1.2.3 CuO、Cu_2O微纳米材料的应用16-19
• 1.2.4 CuO、Cu_2O微纳米复合材料的制备及研究19-21
• 1.3 本论文的选题依据及主要研究内容21-23
• 参考文献23-32
• 第二章 单分散球中球结构CuO微纳米材料的简单制备及光化学性质研究32-52
• 2.1 引言32-34
• 2.2 实验部分34-36
• 2.2.1 实验试剂34-35
• 2.2.2 实验过程35
• 2.2.3 实验仪器及表征35-36
• 2.3 结果与讨论36-44
• 2.4 本章小结44-45
• 参考文献45-52
• 第三章 花状微纳米分级结构Ag/Cu_2O复合材料的可控制备及光催化性能研究52-70
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验部分53-55
• 3.2.1 实验试剂53-54
• 3.2.2 实验过程54
• 3.2.3 实验仪器及表征54-55
• 3.3 结果与讨论55-63
• 3.4 本章小结63-64
• 参考文献64-70
• 第四章 总结70-72
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果72-74
• 致谢74

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