氧化亚铜/石墨烯基异质纳米体系的构筑及其光催化性能研究

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随着社会生产工业化程度的不断加深,水体污染和能源短缺的危机日益加剧。相较于农药、表面活性剂、有色染料,抗生素滥用所引起的水体污染对于环境以及人体的危害性更是隐蔽。由于抗生素能够对自然界中的微生物起到很好的抑制作用,使得抗生素在自然界中很难被降解。传统的抗生素处理方法又或多或少存在成本过高、操作复杂、效果不稳定等劣势,而光催化技术在降解抗生素领域中的应用却能很好地克服了上述缺点。p型半导体氧化亚铜(Cu2O)不仅具有较窄的能带(2.0~2.2 eV),能够被可见光激发,并且还具备成本低、储量丰、无毒、环境友好等优点,是一种极具潜力的半导体光催化剂。而Cu2O窄的禁带宽度增加了光生电子和空穴复合率,限制了其可见光催化效率。为了促进光生电子和空穴分离,Cu2O已与众多半导体复合物构建异质结光催化剂,但是大部分 Cu2O基的异质结半导体复合物都不能够很好地利用各自半导体的优势能带。所以本论文基于 Cu2O,以还原氧化石墨烯为电子传导介质,引入不同半导体光催化剂,使之构成多元半导体复合石墨烯的Z字型光催化体系,Cu2O价带上的空穴不断被石墨烯传导而来的来源于另一半导体导带上的电子中和,使得Cu2O导带上的电子和另外一个半导体价带上的空穴不断富集,使得半导体之间的优势能带的利用率得到了极大提高。具体研究内容如下:  在第一章中,我们介绍了半导体光催化的机理以及应用、Cu2O不同形貌的合成方法以及光催化性质、石墨烯与半导体复合的方法以及光催化性质,提出了Cu2O异质结光催化剂存在的缺点和其改进的研究内容。  在第二章中,我们向氧化石墨烯的溶液中依次加入硝酸铜、商用氧化铋(Bi2O3)固体粉末,调节pH至中性生成前驱物,经简单的一步溶剂热法制备了Z字型全固体光催化剂RGO-Cu2O/Bi2O3。研究了不同Cu2O与Bi2O3质量比和石墨烯含量的样品对四环素降解的光催化活性。  在第三章中,我们先通过水热法合成了钨酸铋(Bi2WO6),再向氧化石墨烯的溶液中依次加入硝酸铜、已制备的 Bi2WO6粉末,调节 pH至8,经简单的一步溶剂热法制备了Z字型全固体光催化剂 RGO-Cu2O/Bi2WO6。研究了不同 Cu2O与Bi2WO6质量比和石墨烯含量的样品对四环素降解的光催化活性。  在第四章中,我们先向氧化石墨烯的溶液中加入硝酸铜,调节pH至10,后加入超声后的氢氧化铁乙醇溶液,经一步溶剂热法制备了Z字型全固体光催化剂 RGO-Cu2O/Fe2O3。研究了不同 Cu2O与Fe2O3质量比和石墨烯含量的样品对四环素降解的光催化活性;构建了同时产氢和降解的光催化系统,在该系统中研究了四环素为牺牲剂条件下不同氧化铜与Fe2O3质量比样品的光催化制氢产率。
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