Cu₂O—QDs/GO復(fù)合物的制備及其光催化性能研究

榮子佳 戈丹 王穎 于光輝

摘要 [目的]制備復(fù)合光催化劑Cu2O-QDs/GO，考察復(fù)合物中氧化石黑烯（GO）的最佳負(fù)載量及其光催化性能。[方法]采用改良的Hummer法制備GO，利用化學(xué)沉淀法將Cu2O-QDs負(fù)載在GO片層上。采用XRD、DRS及TEM表征方法，對催化劑的形貌、組成、性質(zhì)進(jìn)行判定。[結(jié)果]GO經(jīng)超聲后成片層狀，Cu2O以顆粒形式負(fù)載于GO表面，粒徑為10 nm左右，屬于量子點(diǎn)級別。GO的最佳負(fù)載量為7%。[結(jié)論]通過光催化降解羅丹明B（RhB）的試驗(yàn)，證實(shí)復(fù)合催化劑對RhB的降解效率相比于單一Cu2O-QDs有明顯提高。

關(guān)鍵詞 氧化亞銅量子點(diǎn)；光催化；氧化石墨；羅丹明B

Preparation of Cu2O-QDs/GO Composite and Its Photocatalytic Properties

RONG Zi-jia，GE Dan，WANG Ying et al （School of Environment，Northeast Normal University，Changchun，Jilin 130117）

Abstract [Objective]To preparea composite photocatalyst of Cu2O-QDs/GO and investigate the optimal loading amount of GO and its photocatalytic activity.[Method]The modified Hummer method and a chemical deposition process were used to prepare GO and the Cu2O-QDs/GO composite.The morphology，composition and properties of the photocatalysts were characterized by TEM，XRD and DRS.[Result]The results showed that the prepared GO was in the form of monolayer，and the Cu2O was loaded on the GO surface with a particle size of about 10 nm.The best loading content of GO was 7%.[Conclusion] As compared with the single photocatalyst of Cu2O-QDs，the photocatalytic activity of the composite for the degradation of RhB was enhanced significantly.

Key words Cu2O-QDs；Photocatalysis；GO；RhB

近年來，隨著科技的發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷加深，人類賴以生存的環(huán)境受到了嚴(yán)重的威脅和破壞，其中以水體污染最為嚴(yán)重[1]。為解決水污染問題，學(xué)者探索了很多方法。光催化氧化技術(shù)是一種新型水處理技術(shù)，其中，光催化劑開發(fā)是該技術(shù)的核心。氧化亞銅是一種具有可見光響應(yīng)能力的p型半導(dǎo)體光催化劑，其禁帶寬度為2.0～2.2 eV，理論光電轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到12%[2]，因此，Cu2O可以更充分地利用太陽光中可見光部分。同時，Cu2O以其無毒害、制備簡單、材料來源廣等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。但Cu2O自身也存在一些缺點(diǎn)[3]，采用適當(dāng)方法對其進(jìn)行改性，提高其光催化效率及穩(wěn)定性是一個研究熱點(diǎn)。目前，對Cu2O改性常見的方法有貴金屬沉積、離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、減小催化劑粒徑等[4]。

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的重要派生物，結(jié)構(gòu)與石墨烯大體相同，都具有力學(xué)性能好、比表面積大及高效的電荷傳導(dǎo)性，與半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合，可以為其提供大量的附著點(diǎn)位和促進(jìn)光生電子-空穴的分離，進(jìn)而提高光催化效率。GO自身有良好的親水性，使其在水中分散性良好[5]，從而利于復(fù)合催化劑的分散。此外，GO片層表面的靜電斥力也使其在水中能夠均勻分散[6]。制備GO的方法主要有Brodie法、Staudenmeier法、Hummers法3種[7]。筆者采用改良的Hummers法制備GO，再利用化學(xué)沉淀法將Cu2O量子點(diǎn)（Cu2O-QDs）負(fù)載在GO表面，形成Cu2O-QDs/GO復(fù)合物，通過光催化降解試驗(yàn)考察復(fù)合催化劑中GO的最佳負(fù)載量及復(fù)合光催化劑的光催化性能。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

D/MAX-2500型號X射線衍射儀；JEOL-2100F型號透射電鏡；Cary 500 spectrophotometer 型號紫外-可見分光光度計(jì)（以BaSO4粉體為基底，測試范圍為200～800 nm）。次磷酸鈉（A.R.）、五水硫酸銅（A.R.）、高錳酸鉀（A.R.）、二甲基亞砜（A.R.），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鱗片石墨；硝酸鈉（A.R.）、鹽酸（A.R.）、過氧化氫（A.R.），北京化工廠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 GO的制備。

低溫反應(yīng)階段：量取25 mL濃硫酸于燒杯中，將燒杯置于冰水浴中，溫度維持在0 ～ 4 ℃，加入1 g石墨及0.5 g NaNO3，不斷攪拌1 h；攪拌后緩慢逐次加入3 g KMnO4，繼續(xù)攪拌2 h，反應(yīng)溫度控制在10 ℃左右。中溫反應(yīng)階段：將燒杯移至恒溫水浴鍋，水溫保持在35 ℃左右，不斷攪拌30 min。高溫反應(yīng)階段：向混合溶液中緩慢加入去離子水80 mL，保持混合溶液溫度在98 ℃左右，加水過程中不斷攪拌，反應(yīng)30 min。高溫反應(yīng)后，向混合溶液加入去離子水50 mL，降溫后，向混合溶液中加入30% H2O2 15 mL，最后用10%鹽酸和去離子水洗滌，于60 ℃真空干燥，備用。