微波加热尿素、五水合硫酸铜和二水合乙酸锌溶液得到前驱物，前驱物在马弗炉里焙烧后得到CuO/ZnO复合氧化物。XRD表征结果表明，CuO/ZnO复合氧化物中，ZnO具有六方相纤锌矿型结构，部分样品中出现CuO的特征衍射峰。紫外漫反射的测试结果表明，ZnO仅对紫外光有较强的吸收，而CuO/ZnO 不但对紫外光有较强的吸收，而且对可见光也有一定的吸收。以甲基橙溶液作为模拟污染物，研究光催化剂合成条件和光催化反应条件对甲基橙脱色率的影响。甲基橙浓度越低，ZnO对甲基橙溶液的脱色率越高；随着pH值升高，甲基橙脱色率逐渐下降；与400℃下焙烧的样品相比，540℃下焙烧得到的ZnO对甲基橙溶液有更好的脱色效果。CuO/ZnO(5:95)对甲基橙的脱色率优于单独的CuO或ZnO。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 CuO/ZnO光催化降解原理1
2材料与方法3
2.1材料 3
2.1.1试剂3
2.1.2仪器3
2.2方法3
2.2.1 CuO/ZnO复合催化剂样品的合成 3
2.2.2 光催化降解反应 4
2.2.3 光催化降解活性的测定 4
3结果与分析4
3.1催化剂结构表征 4
3.2 pH条件对复合物光催化性能的影响6
3.3甲基橙的浓度对复合物光催化性能的影响7
3.4焙烧温度对复合物光催化性能的影响 8
3.5不同CuO掺杂量对复合物光催化性能的影响 8
4结论10
致谢10
参考文献10
CuO/ZnO的合成以及光催化降解甲基橙性质的研究
引言
引言：半导体多相光催化剂降解空气和水中的有机污染物在近年逐渐得到人们的关注。然而一般的单一半导体催化剂的光量子效率低，影响了光催化剂在实际中的应用。一种行之有效的方法是将两种或多种具有带宽差异半导体材料进行耦合，促进电子空穴的分离，使其更好地分离和传输光电子[1]。CuO和ZnO都被用于光催化反应，近年研究较多 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 
的与他们进行耦合的材料是TiO2。而ZnO/CuO，多是研究其气敏性、铁磁性以及催化甲醇水蒸汽的重整，用作光催化耦合的报道不多。Liu[2]等采用配位氧化均相共沉淀法制备了CuO/ZnO纳米复合材料，并用于光催化降解甲基橙，并发现CuO/ZnO有较好的光催化活性。同时，有研究[3]表明相比于传统的均相共沉淀法，微波催化制备CuO/ZnO的效率更高，品质更好。
本文主要就CuO/ZnO复合材料的制备，提高CuO/ZnO复合材料光催化性能的途径以及模拟污染物甲基橙溶液的光催化降解进行实验。
1 CuO/ZnO光催化降解原理
半导体能带中各能带相互分开，被价电子占有的能带称价带（VB），它的最高能级即价带缘；其相邻的那条较高能带处于激发态，称为导带（CB），导带最低能级即为导带缘。在价带缘与导带缘之间有一能量宽度为Eg的禁带。当半导体受波长λ小于或等于其禁带激发波长λg的光照射时，半导体价带上的电子吸收光子被激发跃迁至导带，这种电子称为光生电子(e)，同时在价带上留下空穴(h+)，形成电子空穴对[4]。
CuO的导带缘（4.96eV）比ZnO的导带缘（4.19eV）要高，CuO的价带缘为3.26eV，而ZnO的导带缘为0.99eV。因此，CuO作为一种窄禁带半导体（1.7eV）与ZnO作为一种宽禁带半导体（3.2eV）耦合，其反应机理如图1所示[5]：


图1 CuO/ZnO的电子空穴形成机理
在紫外光照射下，ZnO和CuO价带(VB)上的电子都会被激发跃迁至导带(CB)，由于CuO 导带位置高于ZnO，CuO导带上的电子会自发地转移至ZnO的导带，进而使得CuO中的光生电子空穴分离，抑制了电子空穴之间的复合，使有效光生电荷数量增加，更多的光生电子可以分解有机污染等物。位于CuO 价带的空穴(h+)本身是强氧化剂，可以直接氧化有机污染物，而 ZnO 导带上的光生电子(e)被吸附的溶解氧（O2(ads)）捕获，与H2O分子反应，最终生成的强氧化性羟基自由基OH 与有机污染物发生降解反应，具体的反应方程式[6,7]如下：
CuO/ZnO+hv→CuO(e–+h+)/ZnO
CuO(e–+h+)/ZnO→CuO(h+)/ZnO(e–)
CuO(h+)+pollutants+OH→CuO+degrade pollutants+OH
ZnO(e–)+O2(ads)→ZnO+O2– (ads)
O2(–ads)+H+→HO2
2HO2→O2+H2O2
H2O2+O2– (ads)→OH+OH–+O2
OH+O2– (ads) + pollutants→degrade pollutant
OH+O2– (ads) +degrade pollutant→CO2+H2O
复合光催化剂催化活性还与其本身结构、制备方法、pH值、酸度、光照时间、催化剂用量、光源和复合催化剂中各组分的配比等因素有关。光催化剂在光照条件下产生的电子空穴对与溶解氧和水作用，生成的OH自由基具有很高的化学反应活性，还伴有H+和OH产生。溶液中的pH值会影响H+和OH的生成，从而影响到与之相伴的OH数目，最终影响光催化反应的效率。一般随着催化剂用量增加，其降解性能呈上升趋势；当用量达到一定量时，其降解性能呈平稳趋势，过高的催化剂浓度可能会影响光的透过，使光催化剂活性降低[8]。
2 材料与方法
2.1 材料
2.1.1 试剂
甲基橙溶液（20mg/L、10mg/L、5mg/L，AR，自配）
盐酸（AR，南京化学有限公司）
浓盐酸（AR，南京化学有限公司）
硫酸铜（AR，南京奥佳化工有限公司）
二水合乙酸锌（AR，广东光华化学厂有限公司）
无水乙醇（AR，国药集团化学试剂有限公司）
脲(Urea)（AR，广东光华化学厂有限公司）
聚乙二醇6000（AR，广东光华化学厂有限公司）
2.1.2 仪器
XPA系列光化学反应仪（汞灯控制器）（南京胥江机电厂）
紫外可见分光光度仪（上海谱元仪器有限公司）

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