以三水合硝酸銅和碳酸鈉為原料,采用水熱法在130、150、170℃下各分別反應(yīng)8、16、 24 h,合成了形貌各異的微納米氧化銅球粒晶。使用X射線衍射儀和掃描電鏡對(duì)產(chǎn)物的組成及形貌進(jìn)行表征,初步分析了氧化銅球粒晶的形成與演化過程,并以亞甲基藍(lán)為模擬污染物,對(duì)產(chǎn)物的光催化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:氧化銅晶粒通過定向附著生長形成梭狀或柱狀納米晶體,納米晶體以自組裝的方式逐步形成球粒晶;溫度升高有利于增大氧化銅的成核速率,減小晶粒的尺寸,促使氧化銅納米晶粒由梭形→板柱狀→板狀的晶形變化;延長恒溫時(shí)間有利于形成表面形態(tài)完好的球粒晶;形貌不同的微納米氧化銅球粒晶的最高光催化降解率均遠(yuǎn)大于市售氧化銅的最高光催化降解率,其中,130℃恒溫16 h所得卷曲刺猬狀氧化銅球粒晶的形貌、大小基本一致,光催化降解率高達(dá)96.56%。氧化銅的光催化降解率與球粒晶的比表面積、形態(tài)以及總孔體積有關(guān)。 

【文章來源】：桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

氧化銅球粒晶的XRD圖

表2 樣品中氧化銅晶粒的大小Table 2 Grain size of copper oxide in the spherulites 樣品編號(hào) A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 晶粒大小/nm 51.89 49.00 44.53 50.80 47.51 40.86 52.65 50.63 45.40繼續(xù)將恒溫時(shí)間延長到24 h,球粒晶表面呈放射狀凸起的單晶體全部消失,形成表面相對(duì)比較平整的球粒晶(圖2C1、C2、C3)。但在130 ℃下形成了大小懸殊的兩種球粒晶,大的形態(tài)較完整,大小約5.0 μm,由典型的梭形單晶體聚集而成,單晶體橫截面大小約250 nm×160 nm,而較小的為形態(tài)不完整的球粒晶(圖2C1);150 ℃下所形成的球粒晶形態(tài)一致,由橫截面為50 ～ 100 nm的板柱狀單晶體呈放射狀聚集而成,球粒晶的表面有明顯的孔洞,但大小不一,較大的球粒晶直徑約4.5 μm,較小的只有3.0 μm(圖2C2);170 ℃下所形成的球粒晶形態(tài)、大小均不同,多數(shù)為不完整的球粒晶,形態(tài)完整的球粒晶的大小也不一樣,較大的球粒晶直徑在3.5 μm以上,由橫截面為40 ～ 80 nm的板柱狀單晶體呈放射狀聚集而成,而較小的球粒晶直徑不足1.5 μm(圖2C3)。

由圖3可知,在波長范圍為200 ～ 800 nm的紫外-可見光照射下,普通市售氧化銅粉末的最高光催化降解率只有56.3%,而本文實(shí)驗(yàn)制備的微納米氧化銅球粒晶的最高光催化降解率, 除樣品A1只有87.76%以外,其他樣品均達(dá)到90%以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出普通市售氧化銅粉末的最高光催化降解率。球粒晶由納米級(jí)氧化銅晶粒聚集而成,其表面凹凸不平, 晶粒之間存在不同程度的孔洞, 部分球粒晶樣品的表面還有明顯凸起的納米級(jí)單晶體,導(dǎo)致微納米氧化銅球粒晶具有較大的比表面積,表面產(chǎn)生更多的光催化反應(yīng)位點(diǎn),給光催化反應(yīng)提供了更多的機(jī)會(huì),進(jìn)而提高光催化效率。這可能是微納米氧化銅球粒晶的光催化降解率普遍高于市售氧化銅粉末的主要原因。但樣品A1的最高光催化降解率低于樣品B1、C2、C3、B3,且B1、C2、C3、B3的最高催化降解率從96.56%依次降低到91.43%(圖3),說明除了氧化銅晶粒的比表面積以外,還有其他的因素也在影響樣品的光催化降解能力。在光催化實(shí)驗(yàn)的樣品中,樣品A1的比表面積和孔徑均比其他4個(gè)球粒晶樣品的大,XRD晶粒尺寸的分析結(jié)果(表2)顯示,組成樣品A1的晶粒平均尺寸較大,且A1多為不完整的氧化銅球粒晶,晶粒相對(duì)比較分散;而B1、C2、C3、B3均為較完整的球粒晶,晶粒間存在一定的孔徑,不同樣品的總孔體積稍有差異(表3),B1球粒晶的比表面積、孔徑和總孔體積均較大,且表面分布有大量呈放射狀的梭形單晶體,光催化降解效果最好;盡管B3球粒晶的比表面積和平均孔徑也較大,但總孔體積較小,表面呈放射狀分布的板狀晶體也較少,導(dǎo)致其光催化降解效果變差;C2、C3球粒晶雖然沒有凸出表面的呈放射狀分布的晶體,比表面積和孔徑的尺寸也不大,但其總孔體積大于B3。因此,樣品的光催化降解率與球粒晶的形態(tài)和總孔體積密切相關(guān)。3 結(jié) 論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SrCO3納米材料的制備及在環(huán)境治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 胡雪利,盧鵬,韓紅桔,何飛,傅敏.  應(yīng)用化工. 2019(10)
[2]紡錘狀CuO微結(jié)構(gòu)的可控合成與表征[J]. 周海,康敏,吳東,呂寶亮.  人工晶體學(xué)報(bào). 2017(08)
[3]黑銅礦的高溫高壓穩(wěn)定性及其地學(xué)意義探討[J]. 劉雪廷,田雨,何運(yùn)鴻,趙慧芳,譚大勇,肖萬生.  地球化學(xué). 2017(04)
[4]不同形貌CuO的制備與表征[J]. 朱剛,吳雪梅,孫雄.  硅酸鹽通報(bào). 2015(09)
[5]氧化銅納米片的水熱合成與表征[J]. 邢瑞敏,徐鳳蘭,路麗,李原芃,劉山虎.  化學(xué)研究. 2014(05)
[6]花狀氧化銅納米結(jié)構(gòu)的制備及其性能研究[J]. 楊慧,劉志宏.  陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(06)
[7]納米技術(shù)及納米材料在環(huán)境治理中的應(yīng)用[J]. 覃愛苗,廖雷.  中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2004(S1)
[8]針狀納米CuO的制備及其催化性能研究[J]. 朱俊武,陳海群,郝艷霞,楊緒杰,陸路德,汪信.  材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2004(03)

博士論文
[1]CuO納米結(jié)構(gòu)的形貌可控制備及其光催化性能[D]. 嚴(yán)冰.中國地質(zhì)大學(xué) 2017



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