铜系氧化物及其复合结构的制备和光催化性能研究

发布时间：2017-10-14 02:34

  本文关键词：铜系氧化物及其复合结构的制备和光催化性能研究

  更多相关文章： 氧化亚铜 氧化铜 纳米复合材料 生长机理 光催化 有机污染物

【摘要】：由于其无毒、价廉、且光吸收谱宽等众多的优点,铜系氧化物纳米光催化剂及其复合物的制备及有效利用受到了人们的广泛关注。众所周知,纳米材料的形貌和结构对其性质与应用有着重要的影响,因此能够制备形貌可调控的铜系氧化物纳米光催化剂,并进一步提高其光催化效率有着重要的现实意义。基于此,本论文立足于采用简单有效的方法通过对反应参数的调控来实现铜系氧化物纳米光催化剂及其复合物的有效制备,并对其光催化性能进行了研究。本论文的工作主要分为以下五个方面：(1)采用溶剂热法,首次合成了形貌规则、粒径均匀的Cu20正十二面体多孔结构。我们将所制备的多孔正十二面体Cu20用于光催化降解亚甲基蓝(MB),发现其在紫外光下的降解效率要高于可见光下的降解效率。这可能是由于紫外光的能量强于可见光,从而有助于提高Cu20的光催化活性。(2)采用微乳液辅助溶剂热法,首次合成了结晶完美的虹之玉状Cu20纳米结构。反应时间对产物的形貌和尺寸有较大的影响。将这种形貌的Cu20用于太阳光下光催化降解MB,发现其在日光照射90 min后几乎将全部的MB分解(降解率达98.94%),表现出较高的光催化活性。(3)采用溶剂热-煅烧联用技术首次合成了形貌新颖独特的多孔六足状CuO纳米结构。将六足状CuO用于可见光下催化降解苯酚(PhOH),发现其在可见光照射60 min后PhOH的光催化降解率达82.5%。通过光催化剂的重复使用测试了其稳定性,5次循环后的光催化降解率变化不大,表现出较高的稳定性。(4)采用溶剂热-煅烧联用法合成了独特形貌的、结晶良好的CuO多孔核壳纳米结构。其晶体生长过程符合“奥斯特瓦尔德熟化机理”。将核壳结构的CuO用于可见光下光催化降解MB和PhO H,呈现出较高的光催化活性。其光催化活性高于本实验中所合成的其他CuO产品、P25和商品级CuO。循环实验表明,多孔核壳CuO 5次使用以后其光催化效率变化不大,表现出较强的稳定性。(5)采用温和的湿化学法首次合成了新颖的三维菊花状的Cu2O/CNTs纳米复合物。通过分析其生长过程,提出了其生长机理。在可见光的照射下,仅用60 min,所制备的菊花状Cu2O/CNTs纳米复合结构光催化剂即可将大部分的PhOH降解。其降解率为85.8%。循环实验表明,菊花状Cu2O/CNTs纳米复合物5次使用以后其光催化降解率变化不大,表现出较强的稳定性。
【关键词】：氧化亚铜 氧化铜 纳米复合材料 生长机理 光催化 有机污染物
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 半导体光催化材料12-17
• 1.2.1 半导体材料的光催化机理12-14
• 1.2.2 半导体光催化材料的制备方法14-17
• 1.2.2.1 水解/化学沉淀14-15
• 1.2.2.2 溶胶-凝胶合成法15
• 1.2.2.3 水热/溶剂热法15-16
• 1.2.2.4 热分解合成法16
• 1.2.2.5 声化学合成法16
• 1.2.2.6 电化学合成法16
• 1.2.2.7 微波合成法16-17
• 1.2.2.8 仿生矿化合成法17
• 1.3 铜系氧化物半导体光催化剂17-25
• 1.3.1 铜系氧化物半导体光催化剂概述17-18
• 1.3.2 铜系氧化物半导体光催化剂的基本性质18-21
• 1.3.2.1 晶体结构18-19
• 1.3.2.2 电子能带结构19
• 1.3.2.3 光学性质19
• 1.3.2.4 振动性质19
• 1.3.2.5 电性质19-20
• 1.3.2.6 热性质20
• 1.3.2.7 磁性质及超导性20
• 1.3.2.8 掺杂20-21
• 1.3.3 铜系氧化物纳米材料在光催化方面的应用21-25
• 1.4 本论文的研究意义及主要研究内容25-29
• 1.4.1 本论文的研究意义25-26
• 1.4.2 本论文的主要研究内容26-29
• 第二章 溶剂热法合成多孔正十二面体Cu_2O及其光催化性能29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-31
• 2.2.1 试剂和仪器29-30
• 2.2.1.1 试剂29-30
• 2.2.1.2 仪器30
• 2.2.2 产品的制备30-31
• 2.2.3 光催化活性的测定31
• 2.3 结果与讨论31-35
• 2.3.1 产品的SEM和TEM分析31-32
• 2.3.2 产品的XRD分析32
• 2.3.3 产品的BET分析32
• 2.3.4 反应时间对Cu_2O形貌的影响32-34
• 2.3.5 光催化性能的研究34-35
• 2.3.6 产品的UV-vis分析35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 微乳液辅助合成虹之玉状Cu_2O及其光催化性能37-45
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 试剂和仪器38-39
• 3.2.1.1 试剂38
• 3.2.1.2 仪器38-39
• 3.2.2 产品的制备39
• 3.2.3 光催化活性的测定39-40
• 3.2.4 产品的表征40
• 3.3 结果与讨论40-44
• 3.3.1 产品的SEM分析40-41
• 3.3.2 产品的XRD分析41
• 3.3.3 产品的BET分析41-42
• 3.3.4 产品的UV-vis分析42
• 3.3.5 光催化性能的研究42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 前驱体辅助合成多孔六足状CuO及其光催化性能45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-47
• 4.2.1 试剂和仪器45-46
• 4.2.1.1 试剂45-46
• 4.2.1.2 仪器46
• 4.2.2 产品的制备46-47
• 4.2.3 光催化活性的测定47
• 4.3 结果与讨论47-51
• 4.3.1 产品的SEM分析47-48
• 4.3.2 产品的XRD分析48-49
• 4.3.3 产品的BET分析49-50
• 4.3.4 产品的UV-vis漫反射分析50
• 4.3.5 光催化性能的研究50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 前驱体调节合成核壳CuO及其光催化性能53-69
• 5.1 引言53-54
• 5.2 实验部分54-56
• 5.2.1 试剂和仪器54-55
• 5.2.1.1 试剂54
• 5.2.1.2 仪器54-55
• 5.2.2 产品的制备55
• 5.2.3 产品的表征55
• 5.2.4 光催化活性的测定55-56
• 5.3 结果与讨论56-67
• 5.3.1 产品的XRD分析56-57
• 5.3.2 产品的SEM分析57-58
• 5.3.3 产品的BET分析58
• 5.3.4 产品的XPS分析58-59
• 5.3.5 核壳CuO纳米材料的形成机理探究59-61
• 5.3.6 光催化性能的研究61-66
• 5.3.7 产品的UV-vis漫反射分析66-67
• 5.3.8 光催化机理探讨67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 菊花状Cu_2O/CNTs复合物的制备及其光催化性能69-81
• 6.1 引言69
• 6.2 实验部分69-72
• 6.2.1 试剂和仪器70
• 6.2.1.1 试剂70
• 6.2.1.2 仪器70
• 6.2.2 产品的制备70-71
• 6.2.3 产品的表征71
• 6.2.4 光催化活性的测定71-72
• 6.3 结果与讨论72-79
• 6.3.1 产品的SEM分析72-73
• 6.3.2 产品的XRD分析73
• 6.3.3 产品的XPS分析73
• 6.3.4 产品的BET分析73-74
• 6.3.5 产品的UV-vis吸收光谱分析74-75
• 6.3.6 菊花状Cu_2O/CNTs纳米复合物的形成机理分析75-76
• 6.3.7 光催化性能的研究76-79
• 6.4 本章小结79-81
• 结论与展望81-85
• 参考文献85-101
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文101-103
• 致谢103

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