氧化亞銅光催化劑制備手段的研究現(xiàn)狀

肖姍姍 畢菲 趙麗 王立艷 蓋廣清

摘 要：本文簡述了氧化亞銅（Cu2O）光催化劑的發(fā)展和應(yīng)用，對提高Cu2O光催化效率及其穩(wěn)定性的改性手段進行了概括，并綜述了Cu2O的幾種常用的制備方法，最后對Cu2O光催化劑的前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：Cu2O;光催化劑;改性手段;制備方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.035

0 引言

氧化亞銅（Cu2O）是一種常見的p型窄帶隙半導(dǎo)體，直接禁帶寬度為2.0～2.2eV。它有著諸多卓越的物理化學(xué)性能，又因無毒和環(huán)境友好性而被廣泛用于太陽能轉(zhuǎn)化、催化劑、傳感器、電子工業(yè)以及磁存儲等領(lǐng)域[1-3]。Cu2O憑借低成本和可見光的強響應(yīng)性而被認(rèn)為是最有前景的環(huán)境光催化劑之一。目前，多種形貌的納米結(jié)構(gòu)Cu2O包括納米球、納米纖維、立方體、八面體、二十六面體等，已經(jīng)被成功生產(chǎn)并用于光降解污水、光解水制氫和光催化CO2中[2，4]。

1 Cu2O光催化劑的發(fā)展

1998年，Hara等研究發(fā)現(xiàn)Cu2O可以利用可見光分解H2O生成H2和O2，這是Cu2O作為光催化劑用于能源轉(zhuǎn)化方面的首次案例[5]。Cu2O光催化劑的研究吸引人們更多的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，Cu2O在可見光激發(fā)下會產(chǎn)生電子和空穴，這種光生電子和空穴的快速傳輸和分離是控制光催化效率的關(guān)鍵因素。但是，Cu2O的光生電子和空穴有較高的復(fù)合率，這大大限制了Cu2O光催化劑的發(fā)展。另一方面，Cu2O會被光腐蝕，呈現(xiàn)光不穩(wěn)定性，這也是Cu2O光催化劑發(fā)展過程中的瓶頸。Huang等發(fā)現(xiàn)Cu2O在降解水中有機污染物甲基橙幾個小時后效率明顯下降，這是Cu2O被光腐蝕導(dǎo)致的[6]。研究改性Cu2O可以解決上述難題，主要改性手段包括：調(diào)節(jié)高活性晶面比例，摻雜金屬或非金屬離子，與金屬或其他半導(dǎo)體復(fù)合制備二元或三元異質(zhì)結(jié)等[3]。

2 Cu2O光催化劑的制備

Cu2O的形貌多樣性是由多種多樣的制備方法來實現(xiàn)的，Cu2O的制備方法可以歸納為三種：氣相法、固相法和液相法。氣相法主要有磁控濺射法、噴霧熱解法和化學(xué)氣相沉積法。Hu等通過磁控濺射法在TiO2納米棒上生長CuOx，并將其光解水產(chǎn)氫效率的提高歸功于Cu2O[7]。Liu等利用噴霧熱解法制備了CNTs/Cu2O-CuO復(fù)合物，有很高的光催化效率[4]。固相法包括低溫固相法和高溫?zé)Y(jié)法。經(jīng)典的高溫?zé)Y(jié)法可以通過燒結(jié)Cu得到規(guī)整的Cu2O納米線。氣相法和固相法由于設(shè)備成本較高而應(yīng)用較少，液相法因為成本低廉、原料豐富、操作簡單和反應(yīng)條件溫和而被廣泛應(yīng)用。

液相法主要有濕化學(xué)法、水（溶劑）熱法、化學(xué)沉淀法、液相還原法和電化學(xué)沉積法等。Wei等使用濕化學(xué)法合成Ag-Cu2O/rGO光催化劑，對降解苯酚有很好的效果[1]。Zheng等采用水熱法制備Cu2O有很好的光催化活性和光穩(wěn)定性[8]。Ma等采用化學(xué)沉淀法制備了Au@Cu2O復(fù)合光催化劑，它可以很快地光降解水中甲基橙[9]。Xi等報道的具有高效光催化性的三元復(fù)合物Ag-Cu2O/C3N4，其中Cu2O是利用化學(xué)還原法得到的[2]。Singh等利用電化學(xué)沉積法制備Cu2O，經(jīng)其修飾的聚砜超濾膜可以用于處理制藥廢水[10]。液相法可以通過調(diào)整溶液濃度、反應(yīng)時間、溶液pH值、添加表面活性等條件來控制生成Cu2O的形貌、粒徑尺寸以及晶面比例等，是Cu2O的制備方法中最常使用且發(fā)展最迅速一種。

3 總結(jié)與展望

Cu2O作為最有前景的光催化劑之一，研究者們致力于提高它的光催化效率以及光化學(xué)穩(wěn)定性。Cu2O光催化性能的改善，依靠得到具有高分離率的光生電子和空穴，主要通過形貌、尺寸和晶面控制、摻雜、與其他物質(zhì)復(fù)合來實現(xiàn)。而Cu2O的制備手段發(fā)展是得到性能優(yōu)異的Cu2O光催化劑的根本所在。研究者們的當(dāng)前目標(biāo)是，尋求更完善的制備方法，開發(fā)更成熟的工藝條件，使Cu2O光催化劑能夠發(fā)揮更大的潛在能力，從而實現(xiàn)其用于光催化領(lǐng)域的工業(yè)化大生產(chǎn)。

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項目名稱：吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)項目，吉林省科技發(fā)展計劃項目

項目編號：JJKH20180582KJ，JJKH20180580KJ; 20180520217JH，20170520152JH

作者簡介：肖姍姍（1983-），女，吉林遼源人，研究生，博士，講師，研究方向：光催化納米材料。