Au NR@Cu2O-Au NP纳米复合材料的制备及其光催化降解性能研究

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氧化亚铜纳米颗粒(Cu2O NPs)作为一种价格低廉,环境友好,对可见光响应的P型半导体,在光催化领域备受关注。然而,受限于其光生电子-空穴分离效率低,纯Cu2O NPs的应用价值受到严重影响,因此可以通过与金属复合的方式进行改性。本论文选择具有表面等离子体共振(LSPR)效应的贵金属Au与Cu2O进行复合,制备出一种可控的内外协同Au(R)@Cu2O-Au(P)三元纳米复合光催化剂,并对其光催化降解有机物的性能及反应机理进行研究。主要研究内容和结果如下:通过晶种-异质形核-自还原的方法制备出金纳米棒包覆Cu2O表面点缀金纳米颗粒的样品,后文简称Au(R)@Cu2O-Au(P)复合材料。并通过相同的方法分别制备纯Cu2O、Cu2O-Au(P)、Au(R)@Cu2O 和 Au(P)@Cu2O-Au(P)作为对比样品。利用XRD、SEM、TEM、XPS等,对所制备的样品进行结构、形貌、以及物理化学性能表征,并对其进行光催化降解甲基橙(MO)染料性能分析。在同样的条件下,催化降解速率呈现出:Au(R)@Cu2O-Au(R)>>Cu2O-Au(P)Au(R)@Cu2O>Cu2O的趋势,降解量分别为:93.5%、31.3%、10.3%和6.1%,重复性结果良好。对Au(R)@Cu2O-Au(P)复合材料进行结构和组分优化,发现其内核Au颗粒的形貌、Cu2O壳层厚度、以及表面负载金属元素的种类对其光催化降解性能具有明显影响。通过表征样品吸收光谱范围、光电化学测试、光热性能测试、光催化降解淬灭实验、以及三维-时域有限差分(3D-FDTD)仿真,结合其光催化降解性能结果,对光催化反应机理进行分析,提出通过内核Au的LSPR性能进行内部推动,表面Au-Cu2O的金属-半导体异质结进行提拉的“内推-外拉”协同增强机理。全文通过对材料结构与组分调控,实现内外协同增强光催化降解性能,这对设计高效三元或多元光催化剂具有参考价值。
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