论文部分内容阅读
ZnO和TiO2是目前研究最广泛的两种半导体催化剂。但是这两种半导体材料属于宽禁带材料，只能被紫外光和近紫外光激发，而近紫外光和紫外光所占太阳能总能量不足5%，对太阳能的利用率低。所以，寻求一种能充分利用太阳能的半导体光催化剂受到广大研究学者的关注。可见光所占太阳能总能量约为43%，所以能被可见光激发的光催化剂可以很好地利用太阳能。Cu2O作为典型的窄禁带半导体，其禁带宽度为2.17 eV，能被可见光激发，可很好的利用太阳能。因此，Cu2O在太阳能电池和污染物降解领域具有很好的应用前景。相对于单相的光催化剂，复合光催化剂材料能降低电子-空穴对的复合率，提高其催化活性。本文先后制备了纯Cu2O和Cu2O/CNTs复合材料，研究了不同条件对材料结构、形貌、性能的影响。此外，还制备了Cu2O改性铁红环氧底漆，并研究了其对乙苯的降解性能。本文研究主要内容总结如下： 1. 采用简单的溶剂热法，以Cu(NO3)2·3H2O为铜源，乙二醇为还原剂，PVP为表面活性剂，在180 ℃条件下制备出了表面形貌可控的Cu2O空心球纳米材料。研究Cu(NO3)2·3H2O/PVP的质量比对Cu2O结构、形貌、比表面积以及光吸收特性的影响，并结合光催化机理讨论其对Cu2O光催化性能的影响。此外，通过改变反应时间来研究Cu2O的生长过程。结果表明，Cu(NO3)2·3H2O/PVP的质量比为45时，得到表面覆盖纳米刺的Cu2O空心球，当Cu(NO3)2·3H2O/PVP的质量比为15时，得到表面覆盖纳米立方体的Cu2O空心球，当Cu(NO3)2·3H2O/PVP的质量比为9时，得到表面覆盖纳米球型颗粒的Cu2O空心球。并且表面覆盖纳米刺的Cu2O空心球纳米材料光催化性能最佳，在可见光辐照10 min时，对甲基橙的降解效率达94.3%。 2. 采用体积比为3:1的H2SO4和HNO3混酸溶液对CNTs进行酸化处理，得到酸化CNTs。然后以酸化CNTs为载体，采用溶剂热法制备出Cu2O/CNTs复合材料，通过改变CNTs的含量研究其对Cu2O/CNTs复合材料结构、形貌、比表面积以及光吸收特性的影响，并结合光催化机理讨论其对Cu2O/CNTs复合材料光催化性能的影响。结果表明，由于酸化处理增强了CNTs在水中的分散性，所以制备出了CNTs分散均匀的Cu2O/CNTs复合材料。并且，CNTs的添加增强了Cu2O的比表面积和可见光吸收强度，抑制了在可见光激发条件下电子-空穴对的复合，使复合材料相对于纯Cu2O光催化性能有明显提高。此外，随着CNTs含量的增加，复合材料的光催化降解效率呈先增后减的趋势，当CNTs含量为0.2 g时，光催化降解MO性能最佳，在可见光下照射60 min，降解效率可达92.1%。 3. 采用一定配比将Cu2O添加到铁红环氧底漆中，制备出Cu2O改性铁红环氧底漆。通过改变Cu2O在铁红环氧底漆的含量，研究其对乙苯降解效率的影响。此外，对Cu2O改性铁红环氧底漆降解乙苯的机理做了初步探讨。结果表明，Cu2O的添加对铁红环氧底漆外观影响不大。同时，随着Cu2O含量的增加，改性铁红环氧底漆对乙苯降解效率呈先增后减的趋势，当Cu2O含量为3%时，对乙苯的降解效率最佳，在可见光下照射24 h，对乙苯的净降解效率可达37.9%。