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        Cu/ZnO復合材料的制備及其催化性能研究

        2017-05-12 08:38:31蘭琪范希梅西南交通大學材料科學與工程學院四川成都610031
        化工管理 2017年12期
        關(guān)鍵詞:甲基形貌復合材料

        蘭琪 范希梅(西南交通大學材料科學與工程學院,四川 成都 610031)

        Cu/ZnO復合材料的制備及其催化性能研究

        蘭琪 范希梅(西南交通大學材料科學與工程學院,四川 成都 610031)

        采用化學沉積法制備得到Cu/ZnO復合材料,研究了不同銅源濃度對其形貌及其催化降解性能的影響。結(jié)果表明:不同銅源濃度對復合材料形貌有一定的影響,并影響著其催化降解性能。當銅源濃度為55.6%時,催化降解性能最佳,可達到95%。

        Cu/ZnO復合材料;銅源濃度;催化降解

        ZnO是一種環(huán)境友好型的半導體材料,其禁帶寬度為

        3.37 eV和60meV的激子束縛能[1-3]。在ZnO表面沉積納米粒子銅,改變了ZnO的電子分布和表面性質(zhì),擴寬了ZnO的光譜響應范圍。因此本文采用化學沉積法制備得到Cu/ZnO復合材料,并改變銅源濃度系統(tǒng)研究其形貌及其催化性能。

        1 實驗

        25℃下,配置100mL 0.01mol/L的CTAB溶液,加入3.42gCu?Cl2·2H2O,加入氨水調(diào)節(jié)PH到10。稱取不同量的ZnO粉末,使銅源濃度分別為13.6%、23.9%、38.6%、55.6%及71.5%,攪拌半小時,得到溶液A;配置100mL 0.01mol/L的CTAB溶液,加入15g水合肼,得到溶液B,將溶液B加入溶液A,攪拌3h。抽濾、烘干。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 樣品的物相分析(XRD)

        圖1為純ZnO及不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的XRD圖。由圖1可以看出,衍射峰2θ為31.27、34.42、36.25與晶體ZnO的標準峰(JCPDS file No.36-1451)相匹配。衍射峰2θ=43.39、50.64、74.18°分別對應金屬Cu的(111)、(200)和(220)的3個晶面。圖中沒有銅的氧化物的衍射峰出現(xiàn),說明制得的樣品中只含有單質(zhì)Cu。

        圖1 不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO的XRD圖

        2.2 樣品的微觀形貌分析(SEM)

        圖2(c)~2(g)為不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的微觀形貌圖,可以看到,ZnO表面均有顆粒狀物質(zhì)存在,結(jié)合XRD分析可知,顆粒狀物質(zhì)為Cu。當銅源濃度為13.6%時,ZnO表面只有少量的Cu顆粒,且團聚現(xiàn)象不明顯;當銅源濃度為

        71.5 %時,ZnO表面被Cu顆粒覆蓋,團聚現(xiàn)象明顯。當銅源濃度為55.6%時,ZnO表面的Cu顆粒分布較其它濃度均勻,無較大團聚。

        2.3 催化降解性能研究

        本文通過催化降解甲基橙溶液(MO)的實驗來研究Cu/ZnO復合材料的催化性能。圖3為無光條件下,不同銅源濃度下制備的樣品催化效果圖??梢钥吹?,銅源濃度為13.6%、23.9%、

        38.6 %、55.6%及71.5%時,甲基橙降解率分別可達到82%、

        圖2 不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的微觀形貌圖

        圖3 不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的催化效果圖及55.6%時全譜圖

        82.2 %、90.1%、95%及68.7%。隨著銅源濃度的升高,Cu/ZnO復合材料甲基橙降解率先升高后降低,其中銅源濃度55.6%時,降解效果最好。這可能是由于銅源濃度為55.6%時,銅顆粒均勻分布在ZnO表面,且團聚現(xiàn)象不明顯,從而提高了與甲基橙接觸的比表面積。濃度較低時,ZnO表面的銅顆粒分布較少,與甲基橙接觸的比表面積較小,導致其催化性能較差;濃度較高時,銅顆粒在ZnO表面團聚在一起,比表面積小,導致其催化性能較差。

        3 結(jié)語

        通過化學沉積法制備得到了Cu/ZnO復合材料,考察了不同銅源濃度對Cu/ZnO復合材料形貌及催化降解性能的影響。研究表明,銅源濃度對Cu/ZnO的催化降解性能有影響,當銅源濃度為55.6%時,催化降解效率最高為95%。

        [1]D.B.Wang,C.X.Song.Controllable synthesis of ZnO nanorod and prism arrays large area.Phys.Chem.B,2005,109:

        12697-12700.

        [2]X.C.Wang,W.B.Mi.Microstructure,magnetic and opti?cal properties of sputtered polycrystalline ZnO films with Fe addi?tion.Appl.Surf.Sci.2010,256(6):1930-1935.

        [3]Y.M.Dong,C.Y.Feng.Simple one-pot synthesis of ZnO/ Ag heterostructures and the application in visible-light-responsive photocatalysis.RSC.Advances.2014,4,7340-7436.

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