銅基納米材料的制備及其催化性能研究

李蕩（凱里學(xué)院,貴州 凱里 556000）

工業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，需要消耗大量的能源，近年來，我國能源短缺的問題越來越嚴(yán)重，為了有效的緩解能源緊張的問題，就需要提高能源的利用率。對此，專家和學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，現(xiàn)已經(jīng)研究出了一些有效的方法，通過新技術(shù)和新材料，研制出新型的復(fù)合材料，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，這樣一來，能源短缺的問題得到了有效的緩解，同時，也保護(hù)了環(huán)境。

1 銅基納米材料的制備

近年來，環(huán)境污染已經(jīng)引起了人們的高度重視，在對環(huán)境污染進(jìn)行治理及檢測時，納米材料有著有很重要的作用，但是納米材料比較容易發(fā)生團(tuán)聚，進(jìn)而使其性能和應(yīng)用受到一定程度的影響，解決團(tuán)聚問題的有效措施就是對納米材料的尺寸和外貌進(jìn)行控制。Cu是一種金屬，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都比較高，氫氧化銅（Cu2O）的應(yīng)用范圍非常廣，比如太陽能轉(zhuǎn)化、電化學(xué)等，由于具備比較好的催化作用，因此被稱之為光催化劑，在光照條件下，有機(jī)污染物能夠被有效的催化降解。鑒于這二者的優(yōu)點(diǎn)，對Cu-Cu2O納米材料進(jìn)行合成，并通過水熱、氣相沉積等方法進(jìn)行控制，但是在實(shí)際操作中，難度和復(fù)雜程度都比較高。碳（C）的電化學(xué)特性是比較優(yōu)異的，由此，通過C、Cu、Cu2O，合成復(fù)合納米材料，在進(jìn)行制備時，工藝比較簡單。

此種復(fù)合在進(jìn)行制備時，首先要在蒸餾水中加入二水合氯化銅，隨后，再相繼的加入油酸鈉、正己烷、乙醇，加完之后，這些物質(zhì)會發(fā)生溶解反應(yīng)，完全溶解之后，再加入氫氧化鉀，在增加這些物質(zhì)的過程中，物質(zhì)的量要符合規(guī)定。進(jìn)行磁力攪拌，完成之后進(jìn)行加熱，達(dá)到70℃之后保持2小時，以便于促進(jìn)混合物的完全反應(yīng)，反應(yīng)完成之后，進(jìn)行冷卻，溫度降到室溫即可。下方水相通過分液漏斗除去，并用蒸餾水洗滌，目的是將其中多余的鹽洗去，可以反復(fù)進(jìn)行多次洗滌。完成之后，將混合物與無水硫酸鈉混合到一起，經(jīng)研磨之后，放置在管式爐中，進(jìn)行焙燒，溫度為400℃，持續(xù)時間為4小時，焙燒完成之后進(jìn)行冷卻處理，冷卻之后，進(jìn)行洗滌，洗滌需要采用蒸餾水和乙醇，洗滌完成之后，干燥保存[3]。

2 光催化實(shí)驗(yàn)

光催化實(shí)驗(yàn)的目的就是對其催化性能進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)需要借助相應(yīng)光化學(xué)反應(yīng)儀來進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時，所采用的光源為100W的汞燈[1]。混合物制備完成之后，選擇5mg與甲基橙溶液進(jìn)行混合，在黑暗條件下，在光催化管中充分的攪拌二者的混合溶液，攪拌時間為1小時，攪拌完成之后，將汞燈打開進(jìn)行照射，開始實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)的過程中，需要利用紫外可見光譜計(jì)，主要目的是對甲基橙溶液濃度進(jìn)行測試，經(jīng)過不同時間的照射之后，甲基橙溶液的濃度用C來表示，初始濃度為C0，用C除以C0，就可以計(jì)算出降解率。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過光催化實(shí)驗(yàn)時候，就可以研究出制備的銅基納米材料的催化性能。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，通過甲基橙溶液光催化性能的評價，了解復(fù)合材料的催化性能。在未加入催化劑時，甲基橙溶液的降解率比較低，即使經(jīng)過汞燈的照射，降解率也未提升，不過，在加入催化劑之后，其所具備的降解率顯著提升[2]。在進(jìn)行400℃焙燒時，當(dāng)時間不斷的變化時，降解率也不斷的發(fā)生變化，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，當(dāng)銅鹽與堿的比例不相同，制備出來的復(fù)合物所具備的光催化效果也不相同，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二者的比例是1:2.5時，光催化效果處于最佳的狀態(tài)。在利用汞燈照射3個小時之后，光降解率已經(jīng)超過了97%。另外。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，同樣是在400℃焙燒的情況下，只以銅鹽作為催化劑，不加入堿，這時，復(fù)合物的光催化效果是最差的，之所以會產(chǎn)生這樣的結(jié)果，主要的原因就是Cu2O的量不同。前面已經(jīng)說過，Cu2O的光催化性能是比較好的，在進(jìn)行復(fù)合物制備的過程中，如果Cu2O的含量比較高，那么合成物的光催化性能就會比較好。經(jīng)過光催化實(shí)驗(yàn)可知，Cu-Cu2O-C復(fù)合納米材料所具備的催化性能是比較優(yōu)越的，除此之外，此復(fù)合物的氣敏性能也是比較好的。

4 結(jié)語

經(jīng)過相應(yīng)的制備步驟，合成了Cu-Cu2O-C復(fù)合納米材料，為了對其催化性能進(jìn)行研究，進(jìn)行了光催化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明其所具備的催化性能是比較優(yōu)異的。銅基納米材料制備的成功在很大程度上緩解了我國能源短缺的現(xiàn)狀，將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)之后，一些有機(jī)污染物能夠被迅速的降解，從而有效地保護(hù)了環(huán)境，基于銅基納米材料優(yōu)異的催化性能，其在未來將會具備比較廣闊的應(yīng)用前景。不過，當(dāng)前在進(jìn)行銅基納米材料合成時，還存在一定的問題，影響了銅基納米材料的性能，據(jù)此，我國應(yīng)該加大研究的力度，以便于合成出更加完善的銅基納米材料。

[1]趙斯琴，郭敏，張梅等.Y3+和Eu3+離子共摻雜TiO_2納米材料的制備及其光催化性能[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（03）：355-359.

[2]孫磊，張文鳳，王治華等.銅納米材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，（03）：258-266.

[3]朱寶林，趙偉玲，曾晨婕等.一維CdS/TiO_2納米材料的制備及其光催化性能[J].催化學(xué)報(bào)，2011，（10）：1651-1655.