摘要：半导体光催化技术,由于其具有“节能”和“环保”的双重作用,由此已经在污水的处理、抑菌杀菌以及环境的净化等领域得到广泛的探讨与运用。然而,在半导体光催化剂的探讨中,涉及到的多数是宽禁带的半导体材料,如ZnO, TiO2, SnO2等等,这些半导体材料由于本身具有大的带隙能,由此它们对太阳光能的利用率并不高,而且由于光生电子与空穴的复合特性,使单一的半导体光催化剂在开发利用方面受到了限制。由此需要对单一的半导体光催化剂进行改性处理,以达到提升半导体光催化活性的目的。硫化亚铜(Cu2S)是一种窄禁带(乓=1.2-1.24eV)的p型半导体材料,具有良好的化学和热稳定性能,是一种良好的光电材料,在太阳光能利用等领域有着巨大的运用潜能。本论文以纳米Cu2S及其复合材料作为探讨对象。采取多元醇法制备样品并通过XRD, FESEM, EDS, XPS, FTIR和UV-Vis DRS的表征策略对样品进行表征,并探讨不同因素对样品的结构、形貌以及光催化活性的影响。论文的探讨工作分为以下三个部分：1.采取高温多元醇法,以醋酸铜为铜源,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂和还原剂,通过转变合成条件,制备出不同结构和形貌的Cu2S纳米材料,并浅析不同结构和形貌对样品光催化性能的影响。实验结果表明,当Cu/S摩尔比为1：1.5和1：1时,样品的XRD中出现了CuS的杂质峰；然而,当增大Cu/S摩尔比时,样品的XRD图谱中只有着Cu2S的衍射峰。此外,样品对橙溶液都体现出一定的光催化降解能力。当Cu/S摩尔比为2：1时,样品的平均晶粒尺寸随着系统反应温度的增加而增大,由此样品的光催化性能有所下降。综合样品的结构和形貌,当Cu/S摩尔比为2：1,在反应温度为180℃的条件下,样品的光催化性能最佳。2.以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,醋酸铜为铜源,聚乙烯毗咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采取多元醇法制备Cu2S/MWCNTs纳米复合材料,并探讨不同的铜源含量以及不同的PVP含量对样品的结构、形貌以及光催化性能的影响。当铜源含量较小时,负载在MWCNTs管壁上的Cu2S纳米颗粒大小均匀、分散效果较好,因而样品的光催化性能较好；当增加铜源的含量时,特别当铜源含量增加到0.05mol/L时,样品的光催化性能下降。当铜源含量为0.02mol/L时,样品的光催化性能随着PVP含量的增加而增加,并且当PVP的含量增加到0.5g时,负载在MWCNTs管壁上的Cu2S纳米颗粒大小均匀、分散效果最好,由此样品的性能达到最佳；然而,当继续增加PVP的含量时,特别当PVP的含量增加到0.9g时,由于部分的Cu2S纳米颗粒未成功负载在MWCNTs的管壁上,由此导致样品的光催化性能显著下降。此外,在本部分内容中,我们也浅析了Cu2S/MWCNTs复合材料的光催化机理。3.同样地,在表面活性剂PVP的辅助下,以醋酸铜为铜源,DEG为溶剂和还原剂,通过高温多元醇法制备Cu2S/T-ZnOw纳米复合光催化剂,并探讨不同的Cu/Zn摩尔比以及不同的PVP含量对样品的结构、形貌以及光催化性能的影响。当PVP的含量为0.5g时,Cu2S纳米颗粒的负载量随着Cu/Zn摩尔比的增加而增加；特别当Cu/Zn摩尔比增加到10%时,Cu2S纳米颗粒出现比较大的团聚。当Cu/Zn≤4%时,样品的光催化活性随着Cu/Zn摩尔比的增加而增加；然而,当继续增加Cu/Zn摩尔比时,样品的光催化活性反而下降。在Cu/Zn摩尔比为2%的条件下,当PVP的含量≤0.1g时,PVP含量越高,样品的光催化活性也越高,并且当PVP的含量为0.3g时,Cu2S纳米颗粒的大小均匀、分散效果最佳,由此样品的光催化活性最好；然而,当PVP的含量0.1g时,样品的光催化性能下降。特别当PVP的含量增加到0.5g时,由于部分的Cu2S纳米颗粒未成功沉积在T-ZnOw表面上,导致样品的光催化活性下降很多,这说明表面活性剂PVP的含量对于样品形貌的制约以及光催化活性都有很大的影响。此外,在本部分内容中,我们也对Cu2S/T-ZnOw复合光催化剂的光催化机理进行了浅析。综上所述,本论文采取高温多元醇法成功制备纳米Cu2S以及Cu2S/MWCNTs和Cu2S/T-ZnOw纳米复合材料。实验结果表明,Cu2S/MWCNTs以及Cu2S/T-ZnOw纳米复合材料对橙溶液具有优异的光催化降解性能,这在环境污染物的降解方面将有很大的运用潜能。关键词：Cu_2S论文Cu_2S/MWCNTs论文Cu_2S/T-ZnOw论文光催化活性论文橙论文
摘要6-8
Abstract8-13
第1章 绪论13-24
1.1 课题探讨背景13-14
1.2 半导体纳米材料14-17
1.2.1 纳米材料的基本性质14-15
1.2.2 纳米半导体材料的特性15-17
1.3 纳米半导体光催化材料17-22
1.3.1 纳米半导体材料的光催化机理17-18
1.3.2 影响半导体光催化活性的主要因素18-19
1.3.3 提升半导体光催化活性的主要途径19-22
1.4 论文选题及主要内容22-24
第2章 纳米硫化亚铜的制备与光催化性能探讨24-32
2.1 引言24
2.2 实验部分24-26
2.2.1 实验试剂及仪器24-25
2.2.2 样品的制备25-26
2.3 样品的光催化性能检测26
2.4 结果与讨论26-31
2.4.1 不同Cu/S摩尔比的影响26-27
2.4.2 反应温度的影响27-29
2.4.3 多元醇法制备纳米Cu_2S的形成机理探讨29
2.4.4 纳米Cu_2S的光催化性能测试29-31
2.5 小结31-32
第3章 MWCNTs负载纳米Cu_2S的制备、表征与光催化性能探讨32-43
3.1 引言32-33
3.2 实验部分33-34
3.2.1 实验试剂及仪器33
3.2.2 MWCNTs的纯化处理33
3.2.3 Cu_2S/MWCNTs纳米复合材料的制备33-34
3.3 样品的光催化性能检测34
3.4 结果与讨论34-41
3.4.1 铜源含量的影响34-38
3.4.2 PVP含量的影响38-41
3.5 小结41-43
第4章 Cu_2S/T-ZnOw纳米复合材料的制备、表征与光催化性能探讨43-67
4.1 引言43-44
4.2 实验部分44-45
4.2.1 实验原料及仪器44-45
4.2.2 Cu_2S/T-ZnOw纳米复合材料的制备45
4.3 样品光催化性能检测45
4.4 羟基自由基的检测45-47
4.4.1 实验原理46
4.4.2 实验试剂46
4.4.3 测试策略46-47
4.5 结果与讨论47-65
4.5.1 不同Cu/Zn摩尔比的影响47-55
4.5.2 不同PVP含量的影响55-65
4.6 小结65-67
结论67-69
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