氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料及其製備方法與流程
2023-10-26 03:09:17 1
本發明具體涉及一種氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料及其製備方法，屬於納米材料科學領域。
背景技術：
氧化亞銅是一種重要的P型半導體，禁帶寬度為2.0～2.2eV，在可將光區有很強的吸收，並且無毒、價廉和製備簡單，因而在光催化、氣敏傳感器和太陽能電池等領域有著很好的應用前景。但是，單一的氧化亞銅作為光催化劑仍然難以滿足實際應用的要求，複合光催化劑能夠解決單一組分催化劑諸多不足。在不同類型的氧化亞銅複合光催化材料中，氧化銅/氧化亞銅(CuO/Cu2O)複合光催化材料是製備相對簡單，反應最容易控制的。
目前，製備CuO/Cu2O複合材料通常在水熱條件下，通過控制還原劑與銅鹽的比例一步得到(如CN103466682A和CN102180509A)。這種方法雖然步驟少，但是通常需要較高的反應溫度，而且水熱條件下很難對產物組分，以及氧化銅和氧化亞銅形貌同時進行精確的調控。另外，可通過對預先合成氧化亞銅進行氧化的兩步法得到CuO/Cu2O複合材料，如氧化亞銅與NaOH溶液反應(Cryst.Eng.Comm.,2013,15,p7462-7467)或空氣中氧化煅燒(J.Mater.Chem.A.2015,3,p5294-5298)。現有的這些兩步法，雖然可以預先製備特定形貌的氧化亞銅，但是反應通常較為劇烈，大量的氧化亞銅表面被氧化銅覆蓋，不利於氧化亞銅活性點位暴露，光催化性能提高受到影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料及其製備方法，以克服現有技術中的不足。
為實現前述發明目的，本發明的一實施案例之中提供了一種氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料的製備方法，其包括：將氧化亞銅浸漬於鹽溶液中，並在0℃～95℃反應0.01～240h，獲得所述氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料。
作為較為優選的實施方案之一，該製備方法包括：將氧化亞銅粉體分散於鹽溶液中，並在0℃～95℃持續攪拌反應0.01～240h，獲得所述氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料。
進一步的，所述鹽溶液包含鹽的水溶液，所述鹽可優選自但不限於氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀中的任意一種或兩種以上的組合。
更為優選的，所述鹽溶液的濃度為0.1mM～5M。
更為優選的，所述鹽溶液中所含鹽與氧化亞銅的摩爾比為1000～0.001：1。
在一更為具體的實施方案之中，該製備方法可以包括：將氧化亞銅粉體分散於鹽溶液中，並在0℃～95℃持續攪拌反應0.01～240h，之後分離出反應產物，再洗滌、乾燥，獲得所述氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料。
在本發明中所採用的氧化亞銅可以是任何合適形態的，例如片層狀、塊體、粉體，優選為粉體。另外，本發明可採用純氧化亞銅材料，亦可以採用氧化亞銅與其它材料複合形成的材料，例如表層包覆有氧化亞銅的顆粒材料、片層材料、塊狀材料等。
本發明的另一實施案例之中還提供了由前述任一種方法製備的氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料。
與現有技術相比，本發明的優點包括：通過利用環保廉價的鹽溶液對氧化亞銅表面進行輕微氧化(或認為是刻蝕)處理來製備氧化銅/氧化亞銅複合光催化劑，製備過程簡單，反應過程溫和容易控制，反應物廉價環保，不僅可完整的保持氧化亞銅原有形貌，還能精確控制氧化銅含量，確保氧化亞銅活性面的暴露，催化活性高，循環穩定性好。
附圖說明
圖1為實施例1製備的氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料的掃描電鏡圖；
圖2為實施例1製備的氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料的XRD圖；
圖3為實施例1製備的氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料的對甲基橙的光催化降解圖；
圖4為實施例1製備的氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料的對甲基橙的光催化循環降解圖。
具體實施方式
本發明的一典型實施案例之中提供了一種氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料的製備方法，其可以包括以下步驟：
(1)將一定量的氧化亞銅分散在鹽溶液中，在0℃～95℃攪拌反應0.01～120h；
(2)將反應產物離心、洗滌和乾燥後，即得到氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料；
前述的「一定量」是指：鹽溶液與氧化亞銅的摩爾比為1000～0.001：1。
較為優選的，所述鹽溶液可以選自：摩爾濃度為0.1mM～5M的氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、硫酸鉀或硝酸鉀水溶液。
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1
43.3mg氧化亞銅立方體加入到5ml，0.2M氯化鈉水溶液中超聲分散，室溫下攪拌反應12h。產物離心清洗後真空乾燥。經掃描電鏡(請參閱圖1所示)和XRD(請參閱圖2所示)分析：氧化亞銅仍然保持完整的立方體形貌，光滑的表面生成片狀或逐漸長大成三角錐狀產物，而且沒有完全覆蓋氧化亞銅表面，經XRD分析，生成的產物是氧化銅，即，獲得了氧化銅/氧化亞銅複合光催化材料(CuO/Cu2O，如下簡稱樣品)。請參閱圖3所示，本實施例的樣品在120分鐘內能夠將甲基橙幾乎完全降解，而且樣品暗吸附實驗也表明在120分鐘內樣品幾乎無吸附，說光照下的降解完全是由光催化引起的。另外，請參閱圖4，本實施例的樣品經過四次循環後催化活性沒有降低，證明其具有良好的光催化穩定性。
實施例2
43.3mg氧化亞銅立方體加入到5ml，0.1mM氯化鉀水溶液中超聲分散，70℃下攪拌反應8h，產物離心清洗後真空乾燥。
實施例3
43.3mg氧化亞銅八面體加入到5ml，50mM氯化鈉水溶液中超聲分散，0℃下攪拌反應240h，產物離心清洗後真空乾燥。
實施例4
43.3mg氧化亞銅八面體加入到5ml，1M硫酸鈉水溶液中超聲分散，95℃下攪拌反應0.01h，產物離心清洗後真空乾燥。
實施例5
43.3mg氧化亞銅截角八面體加入到5ml，5M硝酸鈉水溶液中超聲分散，50℃下攪拌反應6h。產物離心清洗後真空乾燥。
需要說明的是，在本說明書之中，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
應當理解，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。