納米金屬銅及其復(fù)合材料的制備與光催化性能研究.pdf

1、光催化劑能高效降解有機污染物，因而光催化技術(shù)有可能成為應(yīng)對環(huán)境問題的重要手段之一。納米銅(Cu)顆粒因具有良好的發(fā)光性、導(dǎo)電性和催化性能而備受關(guān)注，但是，納米Cu顆粒作為光催化材料的研究報道較少。因此，研究將金屬Cu納米沉積到載體上制得高效光催化劑具有重要的理論意義和實用價值。本論文以單質(zhì)Cu及其復(fù)合材料為研究對象，研究工作分為以下3個方面:
　　 (1)采用化學(xué)還原法，以氯化銅(CuCl2)為原料，十六烷基三甲基溴化銨(CTA

2、B)為陽離子型表面活性劑，在水合肼(N2H4·H2O)的還原作用下成功地制備了納米單質(zhì)Cu顆粒。該體系中研究了銅離子(Cu2+)濃度和反應(yīng)時間對納米Cu形貌和光催化性能的影響。當Cu2+濃度為0.05mol/L時，制備的單質(zhì)Cu為片狀團聚體。隨著Cu2+濃度的增加，單質(zhì)Cu為粒狀或塊狀顆粒形成的團聚體。當改變反應(yīng)時間時，隨著反應(yīng)時間的增加，樣品的團聚越嚴重。通過對10mg/L甲基橙溶液(MO)的降解率來評價樣品的光催化效率，測試結(jié)果顯示

3、Cu2+濃度為0.2mol/L且反應(yīng)時間為3h時制備樣品的光催化性能最好。
　　 (2)在CTAB溶液中，以CuCl2為原料，N2H4·H2O為還原劑，分別以氧化鋅晶須(T-ZnOw)和氧化鋅顆粒(ZnO)為載體，通過化學(xué)沉積法成功制備了納米Cu顆粒沉積在氧化鋅表面的復(fù)合材料。在Cu/T-ZnOw體系中，隨著Cu2+百分含量(Cu2+％)的增加，即隨著氧化鋅晶須加入量的減少，沉積到T-ZnOw表面的金屬Cu顆粒逐漸增多，但T-Z

4、nOw的化學(xué)腐蝕現(xiàn)象卻逐漸加劇。當Cu2+％≤55.6％時，Cu/T-ZnOw復(fù)合樣品的光催化性能隨Cu2+％的增加而提高;但進一步增大Cu2+％時，Cu/T-ZnOw復(fù)合材料的光催化性能卻逐漸降低。當把單質(zhì)Cu沉積到顆粒狀氧化鋅表面時，沉積在ZnO表面的金屬銅顆粒數(shù)量隨Cu2+％的增加而增加。Cu2+％加入量為38.6％制備的Cu/ZnO復(fù)合物樣品的光催化性能達到最優(yōu)。兩組樣品的光催化性能測試結(jié)果顯示，氧化鋅的形貌和金屬Cu的沉積量都

5、會影響復(fù)合物的光催化性能，且在氧化鋅表面沉積適量的金屬Cu才能使復(fù)合物的光催化性能高于純氧化鋅的光催化性能。
　　 (3)在CTAB溶液中，以硝酸銅(Cu(NO3)2)為原料，晶體二氧化硅(SiO2)為載體，N2H4·H2O為還原劑，采用化學(xué)沉積法制備Cu/SiO2復(fù)合材料。分別改變CATB的加入量、反應(yīng)溶液的pH、反應(yīng)時間以及銅離子的加入量(Cu2+％)制備Cu/SiO2復(fù)合材料，并分析了四個工藝參數(shù)對復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、形貌和光催

6、化性能的影響。結(jié)果表明，當100ml蒸餾水中加入2.5gCTAB，溶液的pH為10，反應(yīng)7h時，制備的Cu/SiO2樣品光催化性能最優(yōu)。當Cu2+％≤25％時，Cu2+％越大，Cu/SiO2復(fù)合材料的光催化性能越高;當Cu2+％＞25％時，樣品的光催化性能反而降低。
　　 綜上所述，本論文制備樣品采用的是化學(xué)還原法，工藝簡單，反應(yīng)均在室溫下進行。我們所制備的復(fù)合樣品對甲基橙的降解率很高，這在環(huán)境凈化方面有很大的應(yīng)用潛能。因為載體