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《重庆工商大学》 2013年
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氮、铈掺杂氧化亚铜的制备及可见光催化性能研究

刘静  
【摘要】:半导体光催化氧化技术因其能耗低、反应条件温和、操作简便及无二次污染而受到重视。近年来,氧化亚铜是半导体光催化研究的一个热点。Cu2O禁带宽度窄(2.02eV),能充分利用太阳光中的可见光。但过窄的禁带宽度也导致氧化亚铜光生电子-空穴复合率较高,降低了光催化活性。因此,对如何提高氧化亚铜的可见光催化活性的研究,有重要意义。 论文采用化学沉淀法,以水合肼为还原剂分别制备了纳米氧化亚铜和改性纳米氧化亚铜粉体;分别用XRD、UV-VIS、FL、FT-IR、XPS、TG-DSC、TEM对其结构进行了表征;以亚甲基蓝为目标化合物对其可见光催化活性进行了评价。 (1)采用化学沉淀法,以CuSO4为原料,水合肼为还原剂制备了氧化亚铜和掺N氧化亚铜。XRD表明纳米Cu2O粒径为57.7nm,掺氮Cu2O的粒径为43.7nm,减少了14nm;UV-VIS吸收光谱表明,掺氮Cu2O在600~800nm处的吸收强度增加,不同掺杂量的Cu2O均出现蓝移,带隙变宽;FL表明掺氮Cu2O其光谱能级与氧化亚铜基本一致,荧光强度有下降趋势;从FT-IR可以发现在1000-1250cm-1有N-Cu键的伸缩振动吸收峰;XPS证明N掺入氧化亚铜的晶格;TG-DSC表明随着温度从0℃到1300℃,Cu2O增重约12%,可能是氧化亚铜在升温过程生成了部分的氧化铜,掺氮Cu2O由于表面水、表面羟基的脱附导致失重45%;TEM表明掺N氧化亚铜晶面间距为0.313nm。 (2)分别对纳米Cu2O,掺N氧化亚铜进行光催化性能实验。结果发现,纯纳米Cu2O对亚甲基蓝没有光催化效果,而掺N氧化亚铜对亚甲基蓝降解效果明显。其中1.8%N-Cu2O降解亚甲基蓝效果最佳,达到73%;亚甲基蓝初始浓度为40mg/L,降解效果最高,降解率达到79.7%;催化剂投加量为0.2g/50mL时,降解率达到94.5%;亚甲基蓝降解值随光照时间增加而提高,4h后达到94.5%以上,光照时间控制在4~5h较合适;氙灯对掺N氧化亚铜催化活性的激活效果最好,降解值达100%。 (3)采用N-Cu2O的制备方法制备出Ce-Cu2O。XRD表明纳米Cu2O粒径为57.7nm,掺铈Cu2O的粒径为65.1nm,增加了7.4nm;UV-VIS吸收光谱表明,掺铈Cu2O在600~800nm处的吸收强度增加,不同掺杂量的Cu2O均出现蓝移,带隙变宽;FL表明掺铈Cu2O其光谱能级与氧化亚铜基本一致,荧光强度有下降趋势;FT-IR可以发现掺Ce氧化亚铜在1100cm-1处吸收峰增强,推断是Ce-Cu健的伸缩振动引起;XPS证明Ce掺入氧化亚铜的晶格;从TG-DSC表明随着温度从0℃到1300℃,掺铈Cu2O失重达70%,在200℃内较稳定;TEM表明掺Ce氧化亚铜晶面间距为0.312nm。 (4)对掺Ce氧化亚铜进行光催化性能实验。结果发现,掺Ce氧化亚铜对亚甲基蓝降解效果明显,其中1.5%Ce-Cu2O降解亚甲基蓝效果最佳,达到70%;亚甲基蓝初始浓度为20mg/L,降解效果最高,降解率达到达72.6%;催化剂投加量为0.05g/50mL时,降解率达到85%;亚甲基蓝降解值随光照时间增加而提高,3.5h后达到86%以上,光照时间控制在3.5h以上;日光灯对掺Ce氧化亚铜降解率最高,达86.6%。
【学位授予单位】:重庆工商大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X703;O643.36

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【参考文献】
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