石墨烯-氧化铜纳米复合物的制备及其超声催化性能的研究

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近几十年来,随着工业制造水平的高速发展,环境污染问题越来越严峻。大量的工业废水和有机染料严重的污染了水源,威胁到了人类的健康,世界各国的科研人员都在不遗余力地探索高效治理水污染的方法,本论文采用了超声催化降解技术实现了对污染物的高效降解。本文采用改进的溶剂热法,在还原的石墨烯的表面上成功的生长出单斜晶系的氧化铜颗粒,从而快捷,廉价的制备出了三种配比的石墨烯-氧化铜纳米复合物:rG-CuO(2:1)、rG-CuO(3:1)、rG-CuO(4:1)。本课题通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨扫描透射电子显微镜(STEM)、高角度环形暗场像(HAADF)、能量色散X射线谱(EDS)、拉曼光谱和紫外-可见吸收光谱等表征手段,系统地研究了纳米复合材料的组成成分、微观形貌和内部结构。分析和研究结果表明与单纯的还原氧化石墨烯(rG)相比,通过将CuO纳米颗粒分散在石墨烯材料的二维表面形成的纳米复合材料的形貌和结构表现出了显著的变化。此外,本论文在超声条件分别以罗丹明B和甲基橙作为污染物模型,对所制备的多种石墨烯-氧化铜纳米复合物进行了催化降解性能的研究。结果表明,所制备的多种配比的石墨烯-氧化铜纳米复合材料都具有优异的超声催化降解性能,其中rG-CuO(2:1)在较短时间的超声辐射下对罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)的催化降解效率达到了90%和87%,分别是还原氧化石墨烯催化效率的2.1倍和4.4倍。本论文还提出了超声协同催化剂对污染物降解过程中产生的可能机理,催化剂和超声波之间产生的协同效应为常态下不能进行的反应提供了动力。这种低成本,高效率的纳米材料催化剂显示了在水污染处理等领域的应用前景,为水资源的清洁提供了一种绿色高效的新途径。
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