fe 3o 4-cu 2o- rgo磁性材料制备及光催化特性初步探究

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1、Fe3O4/Cu2O/RGO磁性材料制备及光催化特性初步探究1绪论1.1光催化氧化研究基本概况光催化技术的发展经过了以下几个阶段：（1)1972年，FujishimaA和Honda采用n-型半导体Ti02电极和怕电极组成光电化学体系分解水为氧气和氧气，并在Nature其月刊上发表了Electrochemicalphotolysisoficonductorelectrode,标志着多相光催化新时代的序幕的揭开。其实采用光催化的方法将光子能量进行转变的光催化反应历史可以追溯到上世纪60年代[8，9]，半导体光催化最初研究的目的仅仅是为了实现光电化学与太阳能之间的转化，后来才慢慢开始

2、环境光催化领域。（2)1976年John.H.Carey等研究了多氯联苯的光催化降解，是光催化技术在降解环境污染物方面的首次研究工作。（3)1977年，YokotaT等发现在紫外光照射下，TiOa对环氧化物具有光催化降解作用，为有机物氧化降解开创了一条新思路。（4)自1983年起，A.L.Pruden和D.Follio对烃类和苯环芳香烃等一系列有机污染物的光催化反应做了长时间的研究，发现此类有机物都能迅速降解。（5)在1989年，Tanaka.K等人发现有机物的半导体光催化反应过程由-OH引起，在体系中加入H2O2可增加的浓度。（6)上世纪90年代，随着纳米技术的发展和光催化技

3、术在环境保护和有机合成等方面的应用研究发展迅速，纳米级的光催化剂的研究，已引起国内外学者的关注。从半导体光化学角度来看，光催化原理的作用是当光照射在半导体表面时开始或加快特定的氧化还原反应的发生。当半导体受到能量大于或等于禁带宽度能量的光子激发时，通过光吸收和随之而来的光刺激会产生电子-空穴对在半导体中，半导体的导带电子所具有的化学电势与标准的氧电极电势相比会有一个范围：+0.5-1.5V,因而我们可以将其看作为还原剂。而价带上产生的空穴显示潜在的强氧化性，其相对于标准氧电极电势为+0.1?+3.5V[i2]。最初通过光激发后入射光电子能量被储存在半导体中；然后经过一系列的电子

4、进程和表面/界面反应转化成化学能，这些光催化反应不仅有自发反应（AGO)还有非自发反应。前者是在较温和的条件下进行光催化反应，储存的能量一部分用来克服活化能屏障还有一部分来促进反应的速率；而在非自发反应中输入的能量的一部分被转换成被累积在反应产物的化学能。1.2纳米氧化亚铜颗粒的基本研究1.2.1氧化亚铜的基本性质氧化亚铜属于一种无机氧化物，分子量为143，密度为6g/cm3，溶点在1500K左右。在自然界中CU20主要存在于红棕色的赤铜矿中，如果是人工合成的CU20,由于合成方法和颗粒的大小有明显不同，可以表现出黄橙红紫等多种不同颜色。氧化亚铜在潮湿的空气中很容易被氧化，易溶

5、于酸或浓氨水，几乎不溶于水，在酸性溶液中Cu+容易歧化为Cu2+。另外，CU20是一种新型的P型半导体，能级差为2.0?2.2eV，具有典型的赤铜矿结构，它的光催化活性与晶体结构有着紧密的联系。人工合成的氧化亚铜通常是粉末状，也可以是氧化亚铜纳米薄膜、纳米棒或纳米线等其他形态。一般CU20纳米粒子较容易制备，有制备方法安全、原料价廉、所需能有耗少等优点。近年来，科研工热衷研究纳米CU20在催化、光电方面的应用，已制备出很多不同形貌且形貌可控的氧化亚铜纳米粒子。已经制备得到的常见的纳米结构有正八面体、多枝状物、纳米线、立方体、空心球、核壳结构纳米球、纳米盒状或笼状、和梭状等。清华

6、大学课题组Ho等人[42]用十二焼基硫酸钠（SDS)作表面活性剂和盐酸轻胺(NHaOH.HCl)作还原剂经液相还原得到了立方型和八面体型等好几种不同形貌的氧化亚铜颗粒，粒径范围在400-700nm，属于微纳米级别。新加坡国立大学的YuChang等人[43]用确酸铜作原料，不同体积比的水和乙醇作溶剂，经过水热反应后得到了多枝状氧化亚铜。清华大学化学院TanYi左右，然后在十四焼基磷酸（TDPA)存在条件下通过控制氧化过程得到空心的CU20颗粒。南卡罗来纳米大学的ZhangLi等[46]利用多步骤的Ost小组首次通过机械剥离法得到了单层或薄层的新型二维原子晶体石墨稀，其理论厚度只有

7、0.35nm,是目前发现的最薄的二维材料，它的发现使碳材料家族形成了完整体体系：零维富勒稀、一维碳纳米管、二维石墨稀和三维金刚石或石墨。石墨稀的制备方法一般有机械剥离法、氧化石墨还原法、化学气相沉积法、外延生长法、电弧法和有机合成法。由于石墨稀具有良好导电性、宽电位窗以及电催化活性等特性，在化学中拥有广泛应用：修饰电极、超级电容器、太阳能电池和生物传感器等。四氧化三铁（Fe304)是一种反尖晶石的铁氧体材料，其具备良好的生物相容性、高的磁响应性、表面易修饰等优点。尤其是独特的磁性能已在很多领