不同尺寸的氧化亞銅納米微晶的制備及光催化活性

1、不同尺寸的氧化亞銅納米微晶的制備及光催化活性唐艾東，肖雨，歐陽晶，聶紗中國，長沙410083，中南大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)院中國，長沙410083，中南大學(xué)，資源加工及生物工程學(xué)院，無機(jī)材料系摘要不同尺寸的納米微晶氧化亞銅通過電解法制備，用X射線衍射和用電子微鏡透射做表征，使用紫外光線作為一種能量源在對甲基橙為模型在污染物的降解中檢驗它的光催化活性。X射線衍射表明隨著十六烷基三甲基溴化胺被逐漸加入電解質(zhì)，氧化亞銅納米微晶的尺寸下降了，變化范圍是從27納米到48納米。甲基橙的光活性降解的進(jìn)程通過監(jiān)測甲基橙溶液的濃度變化來進(jìn)行觀測。最高的90%的脫色率在50毫克甲基橙中加入0.05 g / L的CTAB

2、降解70分鐘被觀測到了。樣品的降解機(jī)理，進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體，化學(xué)合成，催化劑，X光線衍射1.引言紡織廢水普遍都有顏色和毒性，如果被直接排入自然會污染水源，甚至?xí)?dǎo)致動植物死亡。據(jù)報道，全世界每年生產(chǎn)約10000種染料，這些染料超過700,000噸，由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和合成類而難以褪色。因此，大量的措施已經(jīng)用于治理防止廢水了。然而，共同處理工藝，如活性炭吸附，絮凝，它們的效率不高，這是因為他們只是從染料轉(zhuǎn)移到固體水2。因此，尋找更有效的方式來處理紡織廢水已吸引了越來越多的研究者。 在我們以前的工作中，我們報道了Cu2O的制備及其光催化.氧化亞銅對于光穩(wěn)定的重要作用在于它的強(qiáng)烈的結(jié)晶。然而，

3、我們發(fā)現(xiàn)，不同尺寸的氧化亞銅納米微晶在電流下的密度變化不大。許多文獻(xiàn)報道，表面活性劑可以控制納米粒子的大小，其活性對光催化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，添加有機(jī)添加劑對氧化亞銅粒子的形成機(jī)理有一個重要影響。并可能導(dǎo)致氧化亞銅晶體不同的微結(jié)構(gòu)。增設(shè)了CTAB的反應(yīng)液可誘導(dǎo)立方氧化亞銅形成單一晶體，而導(dǎo)致血糖晶球的形成。通過一種新的電化學(xué)方法，由Borgohain等合成了小至2納米尺寸（直徑）的氧化亞銅納米晶體。在這項工作中，用CATB作為添加劑采用電解方法合成了氧化亞銅納米晶體。到目前為止，許多種金屬氧化物已應(yīng)用到光降解偶氮染料中，但其中大多數(shù)是寬能隙的n型半導(dǎo)體。因此，在這篇文章中，對p型的氧化亞銅對

4、甲基橙的光降解機(jī)理進(jìn)行研究是非常有意義的。2.實驗2.1準(zhǔn)備和氧化亞銅納米微晶的描繪 該實驗在自行設(shè)計的電池中電解。該電解池用畫布作為一個膜分為陽極和陰極。用30毫米× 20毫米的拋光銅作為陽極和陰極，用NaCl, NaOH和K2Cr2O4作為電解液，濃度分別為250 g / L，0.5 g / L和0.1g/ L,這樣的電解裝置為了使在一小時內(nèi)70攝氏度的條件下電流密度穩(wěn)定在500 A/m2。為了降低氧化亞銅納米微晶的大小，在反應(yīng)的一開始，一定量的CATB就被加入了陽極。在電解過程中，溶液的顏色變?yōu)槌壬?，然后變?yōu)榇u紅色。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，將陽極和電解液產(chǎn)品取出后離心。然后，立即用大量的

5、蒸餾水洗滌沉淀。為了避免氧化亞銅被氧化，得到的產(chǎn)品必須在真空容器中在60攝氏度的情況下干燥12個小時。XRD分析樣品是用日本理學(xué)D/max2550VB +的X射線衍射儀( = 1.54056 A° )。透射電子顯微鏡（TEM）圖像都由一個TecnaiG2為20的透射電子顯微鏡,使用的是20千伏的電壓加速。2.2光催化研究甲基橙為模型污染物是一種常見的偶氮染料，其中大部分是工程中所使用的染料。因此，在我們的工作中，將200毫升的甲基橙溶液的初始濃度由10毫克/ L提高到50毫克/ L作為目標(biāo)來測試一個濃度為2克每毫升試樣的光催化活性，將一個500毫升的裝有懸浮液的燒杯暫停放入25C的水

6、中水浴。將125 - W高壓汞燈作為光源固定在一個距離溶液15cm以上的一個距離。攪拌懸浮液，以保持懸浮粉末均勻。甲基橙溶液吸光度的測定是用756MCUV可見分光光度計測定的。在測定的過程中，每10分鐘暫停一次，然后提取和離心。甲基橙的降解是用方程式C= (A0 A)/A0 ×100%來計算的，其中C代表降解的程度，A0是甲基橙溶液的初始吸光度，A是后來反應(yīng)中的吸光度。空白試驗通過照射純甲基橙溶液來測定。結(jié)果表明，甲基橙小有降解。3.結(jié)果和討論3.1XRD分析不同濃度的CTAB的X射線衍射顯示如圖1.結(jié)果表明，不同濃度的CTAB峰與樣品制備的匹配良好，庫普里特結(jié)構(gòu)布拉格反射標(biāo)準(zhǔn)立方米

7、（1 = 4.267 陽極反應(yīng)（銅陽極溶解）： 陰極反應(yīng)（析氫）： 化學(xué)反應(yīng)（水解沉淀）： 因此，總反應(yīng)為： 圖1.加入不同濃度的CATB得到的XRD分析圖 基于上述機(jī)制，我們可以從環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)得出一個結(jié)論。 （1） - （3）表明，陽極銅板在500A/m2的恒定電流下， 和 的濃度逐漸增加。（3） - （4）表明， 合成的加快歸因于 和 分散于溶液中，在短時間內(nèi)產(chǎn)生了更多的 ，大量的氧化亞銅納米微晶由此形成，并長大，最終在70攝氏度形成氧化亞銅微粒。在整個電解過程中，我們知道 可以穩(wěn)定存在于氧化亞銅納米微晶的表面 當(dāng)磚紅色氧化亞銅用蒸餾水沖洗后，它上面的氯化亞銅被攤薄，產(chǎn)生白色。如果稍有氯化

8、銅的氧化亞銅的一個樣本被水浸泡后再連續(xù)攪拌，氯化亞銅可以被除去，因為在空氣中被氧化為二價鹽。3.2CTAB的濃度大小對氧化亞銅微晶的影響 氧化亞銅晶粒的大小的計算根據(jù)Scherrer簡化公式。圖二顯示了作為準(zhǔn)備的氧化亞銅微晶的大小和CTAB的濃度的關(guān)系。 圖二：作為準(zhǔn)備的氧化亞銅微晶的大小和CTAB的濃度的關(guān)系 據(jù)觀察所得，隨著CATB加入到電解質(zhì)中，氧化亞銅納米微晶逐漸減小，分別為48，41，36，35和27納米。氧化亞銅的表面上吸附了 和 ，它們可以吸附帶正電的CTAB分子，形成一個覆蓋層，隨后阻止粒子團(tuán)聚。 圖三：沒有加入CATB氧化亞銅微粒的TEM圖像3.4通過不同尺寸的氧化亞銅納米晶

9、粒對甲基橙進(jìn)行光降解3.3 TEM分析 在沒有加入CATB的氧化亞銅微粒通過透射電子顯微鏡觀察如圖三。該氧化亞銅納米顆粒是橢圓形，粒徑約為30-50 nm。其結(jié)果與XRD結(jié)果吻合。用不同的方法制備的氧化亞銅有不同的形狀。據(jù)報道，八面體納米氧化亞銅晶體的微乳液可通過減少油的硝酸銅水溶液在由r射線照射下合成。 不同濃度的CATB加入到氧化亞銅納米微晶中對甲基橙的光催化降解結(jié)果顯示如圖四。甲基橙的初始濃度是50毫克每升。氧化亞銅在制備過程中很容易被電解面積減少到發(fā)泡銅陰極附近。因此，研究人員在膜陰極涂層或補(bǔ)充電解質(zhì)，電解質(zhì)如葡萄糖或降壓硝酸鈉制成。在這項工作中，在畫布上用的薄膜，以抑制在該地區(qū)附近的

10、陰極氧化亞銅的減少，并加入到電解液中，以獲得更小的粒子。如圖4所示，曲線顯示的是，除了0.05g/ L的CTAB法可提高，開始的照片，尤其是在催化劑的光催化活性氧化亞銅。70分鐘后光降解，沒有脫色率90為補(bǔ)充的樣本為0.05 g / L的CTAB和70的CTAB的樣品。但70分鐘后的樣品的脫色率比沒有加入CATB的脫色率要低。此外，進(jìn)一步減少氧化亞銅的微粒并沒有并沒有改善光催化活性。原因之一可能是亞穩(wěn)定的氧化亞銅納米微晶就光腐蝕，光產(chǎn)生的電荷載體顆粒在微米大小的氧化亞銅由于重組，不能有效地轉(zhuǎn)移到地面。3.5初始甲基橙的濃度對光降解率的影響 初始濃度甲基橙的在光降解實驗中的影響通過改變初始甲基橙的濃度從10毫克每升到40毫克每升來進(jìn)行研究，同時氧化亞銅的量不變，穩(wěn)定于2克每升，在70分鐘的光催化反應(yīng)中，甲基橙的降解率分別達(dá)到91.88，90.45和83.49。 許多光降解機(jī)理表明，生成的羥自由基經(jīng)氧化，導(dǎo)帶電子給予氧氣，從而產(chǎn)生超氧陰離子自由基，都可以反過來攻擊和降解染料。我們認(rèn)為，納米氧化亞銅懸浮液的產(chǎn)生機(jī)可能如下： 如圖所示的公式（7），羥基自由基的產(chǎn)生，通過吸附反應(yīng)孔之間的OH -。降解率中涉及的OH自由基的形成是降解過程的關(guān)鍵的。在催化劑表面上的平衡吸附反應(yīng)物和甲基橙的反應(yīng)率之間的OH自由基，也具有重要意義的降解率。因此，K