氧化亞銅基復(fù)合半導(dǎo)體材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、飛速發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)致使環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的處理方式耗時(shí)費(fèi)力且效率比較低，研究人員發(fā)現(xiàn)采用光催化技術(shù)處理環(huán)境污染物具有很好的效果。氧化亞銅作為一種典型的金屬缺位P型半導(dǎo)體，禁帶寬度2.0-2.2eV，在可見光作用下便可引發(fā)光催化反應(yīng)，由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性能已被廣泛應(yīng)用于光催化、光電設(shè)備、磁存儲(chǔ)介質(zhì)、傳感器件等領(lǐng)域。然而單一的氧化亞銅由于較高的電子空穴復(fù)合導(dǎo)致其催化效率較低，越來越多的研究更傾向于將其他半導(dǎo)體與之復(fù)合、制備成核殼結(jié)構(gòu)材

2、料、貴金屬修飾等手段來降低自身電子空穴復(fù)合，增強(qiáng)光催化活性。本論文通過一種簡單的方法制備了不同形貌氧化亞銅，并通過建立新型核殼結(jié)構(gòu)體系、貴金屬負(fù)載、半導(dǎo)體復(fù)合等手段制備了不同的氧化亞銅基復(fù)合材料，研究了不同復(fù)合材料形貌和暴露晶面對光催化性能的影響，進(jìn)一步探討了不同體系光催化反應(yīng)機(jī)理。具體研究內(nèi)容如下:
　　以CuCl2·2H2O、NaOH、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、抗壞血酸(C6H8O6)為主要原料，在水浴條件下，通過控制表面活性

3、劑PVP加入量成功制備了具有高純度，良好的分散性立方體、十四面體和八面體氧化亞銅，測試了不同形貌晶體的吸附性能，分析了不同暴露晶面產(chǎn)生的原因和對其吸附性能的影響。結(jié)果表明55℃下制備的晶體分散性最好，形貌均一且表面光滑，存在(111)暴露晶面更有利于晶體對污染物分子的吸附。
　　采用十四面體氧化亞銅作為模板，在室溫條件下與硫化鈉溶液反應(yīng)，通過控制硫化鈉溶液的濃度，制備了不同組分Cu2O-Cu7S4復(fù)合半導(dǎo)體材料，復(fù)合材料保留了模板

4、劑的形貌和結(jié)構(gòu)，并且隨著硫化鈉溶液溶度的增大，復(fù)合材料呈現(xiàn)出較明顯的核殼結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料相較于純相氧化亞銅展現(xiàn)出更為優(yōu)異的光催化性能，不同硫化鈉濃度條件下制備的Cu2O-Cu7S4晶體的光催化降解效率也存在一定差異，這是由于刻蝕作用的發(fā)生，復(fù)合半導(dǎo)體材料晶體表面變得粗糙，殼層材料表面有孔洞出現(xiàn)，核殼結(jié)構(gòu)之間有空隙產(chǎn)生，都有利于污染物分子的傳輸和吸附，增強(qiáng)光催化反應(yīng)效率。當(dāng)硫化鈉濃度過大時(shí)，出現(xiàn)的核殼結(jié)構(gòu)雖然大大增加了對污染物分子的吸附性能

5、，但同時(shí)核殼之間出現(xiàn)的空隙也抑制了電荷的相互轉(zhuǎn)移，光催化效率反而降低。
　　通過一步法在水浴條件下制備了Ag修飾的Cu2O復(fù)合半導(dǎo)體材料。該一步法制備的復(fù)合半導(dǎo)體材料Ag納米顆粒粒徑約為10nm，均勻分散在立方體氧化亞銅的表面。由于貴金屬Ag納米粒子的存在，增強(qiáng)了復(fù)合材料對可見光的吸收和響應(yīng)，降低了光電子和空穴的復(fù)合，光催化性能也得到大幅提高。
　　選用十四面體氧化亞銅作為模板劑，在室溫下與KBr和Bi(NO3)3·5H2O

6、溶液反應(yīng)，制備了Cu2O-BiOBr復(fù)合材料，制備的復(fù)合材料仍然保留了十四面體氧化亞銅模板劑的形貌和結(jié)構(gòu)。Cu2O-BiOBr復(fù)合材料相比于純相Cu2O的光催化降解效率大幅提升，Cu2O-BiOBr-3具有最高的光催化降解效率(Cu2O-BiOBr-3＞Cu2O-BiOBr-5＞Cu2O-BiOBr-10)，這是由于BiOBr以納米片狀形態(tài)附著在在氧化亞銅的晶面上，粗糙的晶體表面有利于污染物分子的附著，加快光催化反應(yīng)的進(jìn)行;另外BiOB