納米硫化亞銅及其復(fù)合材料的制備、表征與光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)，由于其具有“節(jié)能”和“環(huán)?！钡碾p重意義，因此已經(jīng)在污水的處理、抑菌殺菌以及環(huán)境的凈化等領(lǐng)域得到廣泛的研究與應(yīng)用。然而，在半導(dǎo)體光催化劑的研究中，涉及到的多數(shù)是寬禁帶的半導(dǎo)體材料，如ZnO，TiO2，SnO2等等，這些半導(dǎo)體材料由于本身具有大的帶隙能，因此它們對(duì)太陽(yáng)光能的利用率并不高，而且由于光生電子與空穴的復(fù)合特性，使單一的半導(dǎo)體光催化劑在開(kāi)發(fā)利用方面受到了限制。因此需要對(duì)單一的半導(dǎo)體光催化劑進(jìn)行改性處理，以達(dá)到提高半

2、導(dǎo)體光催化活性的目的。硫化亞銅(Cu2S)是一種窄禁帶(Eg=1.2-1.24 eV)的p型半導(dǎo)體材料，具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性能，是一種良好的光電材料，在太陽(yáng)光能利用等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛能。
　　本論文以納米Cu2S及其復(fù)合材料作為研究對(duì)象。采用多元醇法制備樣品并通過(guò)XRD，F(xiàn)ESEM，EDS，XPS，F(xiàn)TIR和UV-Vis DRS的表征方法對(duì)樣品進(jìn)行表征，并研究不同因素對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌以及光催化活性的影響。論文的研究工作分

3、為以下三個(gè)部分：
　　1.采用高溫多元醇法，以醋酸銅為銅源，一縮二乙二醇(DEG)為溶劑和還原劑，通過(guò)改變合成條件，制備出不同結(jié)構(gòu)和形貌的Cu2S納米材料，并分析不同結(jié)構(gòu)和形貌對(duì)樣品光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Cu/S摩爾比為1:1.5和1:1時(shí)，樣品的XRD中出現(xiàn)了CuS的雜質(zhì)峰；然而，當(dāng)增大Cu/S摩爾比時(shí)，樣品的XRD圖譜中只存在Cu2S的衍射峰。此外，樣品對(duì)甲基橙溶液都表現(xiàn)出一定的光催化降解能力。當(dāng)Cu/S摩爾比為2

4、:1時(shí)，樣品的平均晶粒尺寸隨著體系反應(yīng)溫度的增加而增大，因此樣品的光催化性能有所下降。綜合樣品的結(jié)構(gòu)和形貌，當(dāng)Cu/S摩爾比為2:1，在反應(yīng)溫度為180℃的條件下，樣品的光催化性能最佳。
　　2.以多壁碳納米管(MWCNTs)為載體，醋酸銅為銅源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為表面活性劑，采用多元醇法制備Cu2S/MWCNTs納米復(fù)合材料，并研究不同的銅源含量以及不同的PVP含量對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌以及光催化性能的影響。當(dāng)銅源含量較小時(shí)

5、，負(fù)載在MWCNTs管壁上的Cu2S納米顆粒大小均勻、分散效果較好，因而樣品的光催化性能較好；當(dāng)增加銅源的含量時(shí)，特別當(dāng)銅源含量增加到0.05 mol/L時(shí)，樣品的光催化性能下降。當(dāng)銅源含量為0.02 mol/L時(shí)，樣品的光催化性能隨著PVP含量的增加而增加，并且當(dāng)PVP的含量增加到0.5g時(shí)，負(fù)載在MWCNTs管壁上的Cu2S納米顆粒大小均勻、分散效果最好，因此樣品的性能達(dá)到最佳；然而，當(dāng)繼續(xù)增加PVP的含量時(shí)，特別當(dāng)PVP的含量增加

6、到0.9 g時(shí)，由于部分的Cu2S納米顆粒未成功負(fù)載在MWCNTs的管壁上，因此導(dǎo)致樣品的光催化性能明顯下降。此外，在本部分內(nèi)容中，我們也分析了Cu2S/MWCNTs復(fù)合材料的光催化機(jī)理。
　　3.同樣地，在表面活性劑PVP的輔助下，以醋酸銅為銅源，DEG為溶劑和還原劑，通過(guò)高溫多元醇法制備Cu2S/T-ZnOw納米復(fù)合光催化劑，并研究不同的Cu/Zn摩爾比以及不同的PVP含量對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌以及光催化性能的影響。當(dāng)PVP的含量

7、為0.5 g時(shí)，Cu2S納米顆粒的負(fù)載量隨著Cu/Zn摩爾比的增加而增加；特別當(dāng)Cu/Zn摩爾比增加到10％時(shí)，Cu2S納米顆粒出現(xiàn)比較大的團(tuán)聚。當(dāng)Cu/Zn≤4％時(shí)，樣品的光催化活性隨著Cu/Zn摩爾比的增加而增加；然而，當(dāng)繼續(xù)增加Cu/Zn摩爾比時(shí)，樣品的光催化活性反而下降。在Cu/Zn摩爾比為2％的條件下，當(dāng)PVP的含量≤0.1 g時(shí)，PVP含量越高，樣品的光催化活性也越高，并且當(dāng)PVP的含量為0.3 g時(shí)，Cu2S納米顆粒的大小

8、均勻、分散效果最佳，因此樣品的光催化活性最好；然而，當(dāng)PVP的含量＞0.1 g時(shí)，樣品的光催化性能下降。特別當(dāng)PVP的含量增加到0.5 g時(shí)，由于部分的Cu2S納米顆粒未成功沉積在T-ZnOw表面上，導(dǎo)致樣品的光催化活性下降很多，這說(shuō)明表面活性劑PVP的含量對(duì)于樣品形貌的控制以及光催化活性都有很大的影響。此外，在本部分內(nèi)容中，我們也對(duì)Cu2S/T-ZnOw復(fù)合光催化劑的光催化機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　綜上所述，本論文采用高溫多元醇法成