氧化亞銅光催化劑制備手段的研究現狀

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）光催化劑的發展和應用，對提高Cu2O光催化效率及其穩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型窄帶隙半導體，直接禁帶寬度為2.0～2.2eV。它有著諸多卓越的物理化學性能，又因無毒和環境友好性而被廣泛用于太陽能轉化、催化劑、傳感器、電子工業以及磁存儲等領域[1-3]。Cu2O憑借低成本和可見光的強響應性而被認為是最有前景的環境光催化劑之一。目前，多種形貌的納米結構Cu2O包括納米球、納米纖維、立方體、八面體、二十六面體等，已經被成功生產并用于光降解污水、光解水制氫和光催化CO2中[2，4]。

1 Cu2O光催化劑的發展

1998年，Hara等研究發現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注。研究發現，Cu2O在可見光激發下會產生電子和空穴，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鍵因素。但是，Cu2O的光生電子和空穴有較高的復合率，這大大限制了Cu2O光催化劑的發展。另一方面，Cu2O會被光腐蝕，呈現光不穩定性，這也是Cu2O光催化劑發展過程中的瓶頸。Huang等發現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：調節高活性晶面比例，摻雜金屬或非金屬離子，與金屬或其他半導體復合制備二元或三元異質結等[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燒結法。經典的高溫燒結法可以通過燒結Cu得到規整的Cu2O納米線。氣相法和固相法由于設備成本較高而應用較少，液相法因為成本低廉、原料豐富、操作簡單和反應條件溫和而被廣泛應用。

液相法主要有濕化學法、水（溶劑）熱法、化學沉淀法、液相還原法和電化學沉積法等。Wei等使用濕化學法合成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定性[8]。Ma等采用化學沉淀法制備了Au@Cu2O復合光催化劑，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合物Ag-Cu2O/C3N4，其中Cu2O是利用化學還原法得到的[2]。Singh等利用電化學沉積法制備Cu2O，經其修飾的聚砜超濾膜可以用于處理制藥廢水[10]。液相法可以通過調整溶液濃度、反應時間、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展最迅速一種。

3 總結與展望

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穩定性。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、與其他物質復合來實現。而Cu2O的制備手段發展是得到性能優異的Cu2O光催化劑的根本所在。研究者們的當前目標是，尋求更完善的制備方法，開發更成熟的工藝條件，使Cu2O光催化劑能夠發揮更大的潛在能力，從而實現其用于光催化領域的工業化大生產。

參考文獻：

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[9]Ma Y，Zhu X，Xu S.Appl.Catal.B-Environ.2018（234）：26-36.

[10]Singh R，Yadav V，Purkait M.Sep.Purif.Technol.2019（212）：191-204.

項目名稱：吉林省教育廳“十三五”科學技術項目，吉林省科技發展計劃項目

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。