氧化亚铜的制备与性能
纳米Cu2O作为光催化剂的制备与性能摘要:
光催化技术是一项新型的技术,与其他传统的技术相比具有降解完全、高效、价廉、稳定等优点,因而具有良好的应用前景。氧化亚铜是一种重要的无机化工原料,因其独特的性质而在诸多领域有着广泛的应用,研究纳米氧化亚铜的制备及光催化性能有着深远意义。
关键词::纳米氧化亚铜,光催化,㈠纳米氧化亚铜的制备方法
氧化亚铜具有能够便于对反应温度的操作和控制。优点是不使用溶剂、并且还具有高选择性、高产率、节省能源、合成工艺简单,制备方法有烧结法刚、电化学法、水热法和多元醇法等。1烧结法刚
烧结法又称为干法,该方法是将固体铜粉与氧化铜粉末预先混合,再送入锻烧炉内加热到1073一1173K密闭反应得到CuZO,其反应式为:CuO+Cu分CuZO由于这种方法用铜粉作还原剂,与固体氧化铜进行固相反应制得,固相反应存在反应不均匀、不彻底等固有缺点,因而制得的CuZO粉末中往往含有铜和氧化铜杂质,难于去除。该法制备得到的氧化亚铜粉末不仅纯度较低,而且粉末粒度取决于原料Cu粉和CuO粉的粗细,高温反应后得到的氧化亚铜容易板结、难于分散、劳动强度大、能耗高。2电化学法
电化学法也称电解法,该法具有流程短、成本低、操作简单、产量高、工作环境良好和产品质量高的优点,因而具有很好的工业化前景和比较成熟的生产工艺。Yan沙6]等用电化学法制备纳米氧化亚铜时,两极分别采用含铜99.9%的铜板和铜片,电解液采用NaCI、NaOH和KZCrO7组成的混合液,在YB17ll型电化学装置中进行,并且比较了在不同的电流密度下所制样品的光催化性能。采用紫铜板作阳极,铜片作阴极,在含有NaOH的NaCI碱性水溶液中电解金属铜。从电极反应机理来看,氧化亚铜粉末是通过阳极铜溶解,并发生水解沉淀反应而生成的。同时研究了电解液组成及其浓度、温度以及电流密度等因素对氧化亚铜产品质量的影响,从而得到了电化学法
制备氧化亚铜的优化工艺条件。阴阳极分别发生如下反应:
阳极:Cu+CI一峥(CuCI一吸附吸附反应:(CuCI一吸附+(n一1CI一分CuCln,一neueln,一n+ZOH一今Cu(OH2一+nCI一*Cu(OH2一峥CuZO+HZO+ZOH阴极:ZHZO+Ze分HZ+ZOH一(1.20
电极总反应式:ZCu+HZo分HZ+CuZO(1.21
其中水解沉淀反应(*是整个反应过程的控制步骤。3水热法
水热法是在较高温度和较高压力下(温度在100℃以上,压力在105Pa以上,以水为介质的异相反应合成方法。水热温度可控制在100~300℃不等,反应过程
中温度、升温速度、搅拌速度以及反应时间的长短等因素均会对粒径大小和粉末的性能产生影响。Liang[,o]等用葡萄糖作为还原剂,与CuCI:和NaOH反应,油浴加热到
95oC,保持体系温度5min,生成了星状和花状形貌的氧化亚铜。把Na0H、cuC12、乙二醇加入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,将高压釜置于一定温度的烘箱中恒温数小时,然后在空气中自然冷却至室温。产物经离心分离、洗涤、室温干燥后得到棱长约为1cm的八面体氧化亚铜。用醋酸铜和氨水反应,在聚四氟乙烯内衬的小型高压釜中将其离心,以去离子水、乙醇或乙醚等有机物洗涤后,在真空烘箱中干燥,包装得到产品。通常采用的还原剂有水合阱、硼氢化钠、亚硫酸钠、葡萄糖、甲醛、抗坏血酸、次亚磷酸钠、雕白粉、锌粉、硫酸氢氨等。
研究表明,反应体系中不添加有机添加剂得到的氧化亚铜不纯,因为体系中的还原剂NZ场是强还原剂,很容易把c了十还原为cu单质。添加十六烷基三甲基澳化钱(CTAB得到单晶六边形氧化亚铜;添加葡萄糖得到多晶氧化亚铜,而且随添加量由小到大变化时,晶形从立方体向球形转化,微粒大小也由30nln减小到在聚乙烯毗咯烷酮存在下,加热铜的酒石酸钾钠与葡萄糖溶液,离心,真空干燥,得到10~45ntn的氧化亚铜。随着晶体尺寸的减小,晶体颜色由红色向橙色变化。Lul“’l等把葡萄糖加入到铜的费林溶液中,制备了八面体的氧化亚铜纳米笼,并且笼的内部被侵蚀,即为中空结构。比较了不同的老化时间对氧化亚铜形貌的影响。并加入了聚乙烯毗咯烷酮,与Pdz+离子存在的情况下进行比较,当聚乙烯毗咯烷酮存在时,纳米笼的边角被腐蚀成边长大约加onln的小立方体。4多元醇法
以多元醇为介质的方法类似于溶胶一凝胶法,在最初主要是利用高沸点多元醇(如乙二醇,丙三醇的还原性来制备元素金属或合金用多元醇制备cuZo微粒:把二乙烯乙二醇与Cu(CH3COC凡COCH32混合后充分搅拌,加热到140℃;随后加入去离子水,再加热到180℃,混合物经冷却、离心分离、乙醇处理,最后得到CuZO粒子,粒径大小为30一200nln。chen[63]等用乙二醇、PvPK一30在高温下制备了碟状的纳米氧化亚铜,碟的厚度为60nln