基于銅及氧化亞銅復(fù)合材料制備及催化行為研究.pdf

1、銅基納米材料因其原料豐富、價格低廉并展現(xiàn)出不同于宏觀材料的優(yōu)良物理化學(xué)性質(zhì)，受到科研工作者的廣泛關(guān)注。作為一種過渡金屬，銅基納米材料具有優(yōu)良的催化、電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性能，是貴金屬的理想替代材料，常被應(yīng)用于電催化劑、電子電路、傳感器和表面增強拉曼散射等領(lǐng)域。氧化亞銅作為一種典型的直接帶隙p型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度約為2.2 eV，對可見光具有較高的吸收效率，在光催化劑、太陽能電池和氣體傳感器領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。
　　納米復(fù)合材料通

2、常包含具有納米尺寸的多種組分，不僅具有組分材料自身特性，還能夠通過組分材料之間的協(xié)同作用獲得更優(yōu)異的性能或者產(chǎn)生新的特性。本論文采用簡單的濕化學(xué)法制備銅納米線復(fù)合材料和氧化亞銅納米復(fù)合材料，并將其作為催化劑，探討納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與催化性能之間的關(guān)系。主要研究內(nèi)容包括以下方面：
　　1.通過簡單的一步濕化學(xué)法制備一維銅納米線/二維還原氧化石墨烯復(fù)合材料，銅納米具有光滑的表面并附著在卷曲的還原氧化石墨烯平面上。將該銅納米線/還原氧化石

3、墨烯復(fù)合材料應(yīng)用于電催化氧化葡萄糖，由于銅納米線良好的催化活性、一維方向卓越的導(dǎo)電性以及還原氧化石墨烯在二維方向上快速電子傳輸、比表面積大等優(yōu)點，使得該復(fù)合材料相對于單純銅納米線展現(xiàn)出更加優(yōu)異的催化性能。隨后，我們探究了復(fù)合材料中不同銅納米線與還原氧化石墨烯質(zhì)量比對復(fù)合材料電催化氧化葡萄糖性能的影響。在恒電位0.58 V，最佳比例的銅納米線/還原氧化石墨烯復(fù)合材料展現(xiàn)出最優(yōu)異的催化性能，具有高靈敏度（1625μA/(mM?cm-2)）、

4、低檢測極限（0.2μM）、線性范圍寬（11 mM）和響應(yīng)快速（<3 s）等特點。此外，該復(fù)合材料還表現(xiàn)對抗壞血酸、多巴胺和尿酸等干擾物良好的抗干擾性和穩(wěn)定性。因此，銅納米線/還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為非酶葡萄糖傳感器具有潛在的應(yīng)用前景。
　　2.采用銅納米線為犧牲模板，通過改進的電流置換反應(yīng)并結(jié)合可肯達爾效應(yīng)制備一系列一維銅基納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括：3-5 nm金納米粒子包裹的銅納米線、Au3Cu合金多孔納米管等一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。相對于采

5、用硬模板法制備一維金屬納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該方法僅僅通過改變反應(yīng)物中Cu/HAuCl4的摩爾比，就能獲得不同形貌與結(jié)構(gòu)的一維銅基納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，將這些一維銅基納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于催化還原對硝基苯酚，比單純銅納米線展現(xiàn)出更好的催化性能。其中Au3Cu合金多孔納米管由于其特殊的納米多孔結(jié)構(gòu)與組分協(xié)同作用，具有最優(yōu)異的催化活性。
　　3.以空心金納米粒子作為等離子體核心，外延生長Cu2O殼層，制備空心Au@Cu2O核殼納米粒子。通過調(diào)控形貌

6、參數(shù)如空心金尺寸、殼層Cu2O厚度與形貌，獲得形貌各異的空心Au@Cu2O核殼納米粒子，并展現(xiàn)出形貌依賴的光學(xué)特性，使得空心金納米粒子表面等離子體共振峰的調(diào)控范圍從可見光區(qū)擴展至近紅外光區(qū)。此外，我們使用時域有限差分法（FDTD）理論模擬空心Au@Cu2O核殼納米粒子消光光譜，結(jié)果與實驗光譜相當吻合。最后將該核殼納米粒子作為光催化劑降解有機染料甲基橙，由于肖特基勢壘和等離子體誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)共同作用，使得該催化劑比純Cu2O納米粒子表現(xiàn)