多孔Cu-Cu2O和Cu-Cu2O-SnO2薄膜的制備及其可見(jiàn)光光催化性能的研究.pdf

1、Cu2O是一種窄禁帶半導(dǎo)體材料,禁帶寬度約為2.0 eV,可在太陽(yáng)光下引發(fā)光催化反應(yīng),被認(rèn)為是在太陽(yáng)能電池、光化學(xué)電池和光催化等方面具有應(yīng)用潛力的材料。
　　 本文在304型不銹鋼片基底上,制備了多孔Cu／Cu2O薄膜和多孔Cu／Cu2O／SnO2薄膜。以10 mL的3 mg／L羅丹明B(RhB)溶液為模擬污染物,在可見(jiàn)光(>380nm)照射條件下,研究了薄膜的可見(jiàn)光催化活性。運(yùn)用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM

2、)、能量失散X射線譜(EDXS)、X射線粉末衍射(XRD)、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(UV-Vis DRS)和熒光發(fā)射光譜(FS)等表征手段,研究了制備條件對(duì)兩種薄膜表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、組成以及光催化性能影響規(guī)律,并討論了薄膜的光催化反應(yīng)機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1.以氫氣泡為動(dòng)態(tài)模板,通過(guò)陰極電沉積制備了多孔金屬Cu薄膜,再低溫氧化得到多孔Cu／Cu2O薄膜,考察了電沉積-熱氧化條件對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、形貌及可見(jiàn)光降解RhB的

3、性能。SEM、XRD和TEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在30℃的0.2 mol／L CuSO4+1.5 mol／L H2SO4鍍液中和1.5 A／cm2電流密度下電沉積20 s,再在空氣氣氛下于100℃加熱氧化30 min,制備的多孔Cu／Cu2O薄膜主要由具有“Cu核-Cu2O殼”型結(jié)構(gòu)的亞微米級(jí)Cu／Cu2O顆粒構(gòu)成。在可見(jiàn)光下照射60 min,首次使用的薄膜光催化降解RhB的降解率達(dá)到91.4％。重復(fù)使用5次后,降解率仍保持在60％以上。顯示

4、出良好的可見(jiàn)光降解有機(jī)物的性能和較好的穩(wěn)定性能。
　　 2.在自制的SnO2溶膠中,采用浸漬.沉積的方法在多孔Cu薄膜表面沉積多層SnO2納米薄膜,再氧化得到多孔Cu／Cu2O／SnO2薄膜。研究了SnO2薄膜浸漬次數(shù)、氧化溫度和氧化時(shí)間對(duì)薄膜光催化性能的影響。結(jié)果表明:多孔Cu薄膜經(jīng)過(guò)在SnO2溶膠中浸漬5次,每次10 s,再在空氣氣氛下100℃加熱氧化30 min,制備的多孔Cu／Cu2O／SnO2薄膜顯示最好的光催化性能。

5、首次使用時(shí)RhB的降解率達(dá)到98.4％,重復(fù)使用15次后,降解率保持在80％左右。多孔Cu／Cu2O／SnO2薄膜比多孔Cu／Cu2O薄膜顯示出了更高的光催化活性和穩(wěn)定性。
　　 3.UV-Vis DRS的分析結(jié)果表明,兩種薄膜的吸收帶邊在600 nm處,且多孔Cu／Cu2O／SnO2薄膜的吸收強(qiáng)度顯著大于多孔Cu／Cu2O薄膜。FS的分析結(jié)果顯示,兩種薄膜都具有較強(qiáng)的熒光發(fā)射光譜,多孔Cu／Cu2O／SnO2熒光強(qiáng)度更強(qiáng),薄膜