半導(dǎo)體復(fù)合與貴金屬修飾對Cu2O光催化活性影響的研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)，是指在室溫下以光為驅(qū)動力來活化催化劑，利用光生電子和空穴的氧化-還原反應(yīng)來分解有機(jī)物和還原金屬離子，在制氫、防腐、殺菌、污水處理等多方面廣泛應(yīng)用。目前研究較為成熟的二氧化鈦（TiO2）由于其禁帶寬度較寬（3.2eV），對太陽能的利用率不到5％。所以尋找有可見光響應(yīng)的催化劑的研究已經(jīng)成為環(huán)境污染控制與可持續(xù)發(fā)展新能源開發(fā)利用的重大課題。對于窄帶隙半導(dǎo)體氧化亞銅（Cu2O，大約2.2eV），能夠直接吸收可見光，對太陽能有較

2、強(qiáng)的吸收效率，被認(rèn)為是繼TiO2后最有發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體光催化劑之一。基于單相半導(dǎo)體光生電荷復(fù)合率高，不利于光催化反應(yīng)進(jìn)行，本文以ZnO和Ag為添加劑，分別用半導(dǎo)體復(fù)合和貴金屬修飾的方法對兩種導(dǎo)電類型的Cu2O半導(dǎo)體進(jìn)行改性，研究了ZnO/Cu2O和Ag/Cu2O復(fù)合材料的制備、光催化降解偶氮染料，并對其光催化機(jī)制進(jìn)行了探討。
　　通過陰極電沉積的方法在導(dǎo)電玻璃基體(ITO)上制備了ZnO，n-Cu2O，p-Cu2O，ZnO/n-C

3、u2O，ZnO/p-Cu2O薄膜。并在Cu2O的基礎(chǔ)上，以AgNO3為Ag源，通過直接氧化還原的方法制備出了Ag/n-Cu2O，Ag/p-Cu2O薄膜，通過X-射線衍射（XRD），掃描電子顯微鏡（SEM）和X-射線能譜分析（EDS）對薄膜進(jìn)行表征。通過在模擬自然光照射下光催化降解甲基橙的活性來評價(jià)薄膜的光催化性能。
　　結(jié)果表明，ZnO薄膜和單純的n-Cu2O和p-Cu2O基本無活性。ZnO/n-Cu2O的光催化活性有所提高，并且

4、其光催化活性與底層ZnO的厚度和表層n-Cu2O的沉積量有很大的關(guān)系，但在使用過程中薄膜光催化活性的穩(wěn)定性較差。通過ZnO/n-Cu2O異質(zhì)結(jié)界面光生電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制解釋了活性提高的原因。ZnO/p-Cu2O的吸附能力比單一的p-Cu2O有所改進(jìn)，但是光催化活性幾乎沒有提高。
　　通過直接化學(xué)還原法用Ag修飾n-Cu2O和p-Cu2O可以成功得到Ag/n-Cu2O和Ag/p-Cu2O薄膜。兩種薄膜均具有絲狀表面形貌，和單一Cu2O相比

5、，均具有較強(qiáng)的吸附能力。更重要的是，Ag修飾后的兩種薄膜的光催化活性都有顯著提高，且其使用過程中的穩(wěn)定性都優(yōu)于ZnO/n-Cu2O。兩種薄膜的光催化活性都與Ag修飾時(shí)間（Ag的含量）和Cu2O的沉積時(shí)間（沉積量）密切相關(guān)，當(dāng)Cu2O的沉積時(shí)間為2min，Ag修飾時(shí)間為3min時(shí)，Ag/n-Cu2O和Ag/p-Cu2O薄膜的活性都達(dá)到最佳。Ag/n-Cu2O的光催化活性高于Ag/p-Cu2O，但穩(wěn)定性相對較差。利用Ag/Cu2O接觸界面光

6、生電子的轉(zhuǎn)移機(jī)制解釋了Ag/Cu2O光催化活性提高的原因。相對較高的穩(wěn)定性可能與Ag競爭消耗Cu2O內(nèi)的光生空穴有關(guān)。
　　實(shí)驗(yàn)使用Ag/n-Cu2O作光催化劑，研究了光催化條件對甲基橙降解的影響。甲基橙溶液的起始濃度、pH值、H2O2、無機(jī)陰離子和甲醇的共存對其降解率均有影響：起始濃度低時(shí)降解率較高，但是在所研究的濃度范圍內(nèi)絕對降解量隨著濃度的增大而增大；甲基橙在自然pH值（8.2）下的降解率最高；甲醇的存在抑制了甲基橙的光催化