水热法氧化亚铜纳米材料的制备及其光催化性质的研究毕业论文

目录,试验背景试验过程试验结果分析及讨论结论,1、试验背景,进入21世纪，纳米材料的研究也进入了一个新纪元，它已开始走出实验室，走进我们生活的方方面面，很多的纳米材料已经被我们运用的相当成熟比如纳米粒子和纳米薄膜，并且发挥着越来越大的作用。氧化亚铜纳米材料是一种新型的纳米材料，具有与众不同的结构和性质，氧化亚铜纳米结构材料具有良好的光化学性能，在离子交换、柱支撑多孔材料、增强材料、化学传感器、储氢、光催化材料方面有着广泛的前景。现在已通过固相法、电化学法和液相法制得氧化亚铜纳米材料。本轮文采用液相法中的水热法。水热法条件简单、反应快、耗能少、制得产品质量较好且对环境的污染非常小。,2、试验过程,2.1试验流程图,醋酸铜,乙醇：水,三乙醇胺,水热釜,NaOH、PVP,葡萄糖、搅拌,离心机（离心10min）,水洗、醇洗,干燥箱（60、2h）,产物,2.2试验步骤,（1）首先配制0.01mol/L的三乙醇胺（TEA）和1mol/L葡萄糖溶液放置待用；（2）配置乙醇：水（2：3），用量筒量取24mL的无水乙醇倾倒入150mL烧杯中，再量取36mL的去离子水与已量取好烧杯中的无水乙醇混合，放置待用；（3）用电子天平称取0.24g的醋酸铜加入已经兑好的乙醇：水（2：3）中，量取3mL0.01mol/L三乙醇胺加入其中，用磁力搅拌器搅拌15min，然后电子天平称取0.2gNaOH和0.8g的PVP加入溶液中继续搅拌10min后，加入配制好的1mol/L葡萄糖溶液2mL继续搅拌2min；（4）将搅拌好的溶液移至聚四氟乙烯内衬的水热釜，装好反应釜后移至干燥箱加热；（5）加热后将反应釜中产物的上层清夜倾倒，用无水乙醇清洗出沉淀用电动离心机离心，倾倒上层清夜，用无水乙醇清洗沉淀继续离心如此反复三次，将其转移到表面皿上60干燥后，收集所得产物。,2.3试验原料,2.4试验仪器,2.5反应参数,反应温度反应温度分别取60、90、120、150。反应时间反应时间取10h。葡萄糖浓度葡萄糖浓度分别为0.1mol/L、1mol/L（原始浓度）、3mol/L、5mol/L。,2.6表征,红外光谱分析扫描电子显微镜分析X射线衍射分析差热-热重分析,2.7光催化试验,选取6010h，9010h，12010h，15010h四组产品做光催化实验。将一定体积的甲基橙溶液（光催化试验过程简述）光催化后甲溶液基橙水溶液的吸光度在TU-1810型紫外-可见分光光度计上进行测定。试验装置主要由密闭纸箱，紫外光灯，磁力搅拌器构成。如图所示：图2.1光催化装置图、示意图具体实验步骤光催化工艺流程图,光催化流程图,产物,超声（5min）,甲基橙,产物,取A0,光照,搅拌,取样液,紫外可见光光度计,光催化具体试验步骤,(1)取0.01g甲基橙与500ml的蒸馏水混合，在超声10min条件下制成20mg/L的甲基橙溶液。(2)分别取50毫升甲基橙溶液与20mg的上述四组样品分别混合，超声5min使其混合均匀。接着在黑暗环境下用磁力搅拌器搅拌1h，用针筒取5mL的溶液离心保存上层清夜记为S0，剩余45mL在无影灯下搅拌（注意，光照开始后由于水分的蒸发，为保持溶液浓度不变，在取样之前，需要将溶液被蒸发的水分补齐。如：30min后取样时将溶液补至45mL再取样，1h后取样时将溶液补至40mL后再取样。以此类推）30min后取5mL样品，离心后保存上层清夜记为S1，同理在光照1h、2h、4h后分别取5mL溶液样品离心后保存记为S2、S3、S4，经过离心处理取上层液装瓶放入避光处待测。(3)用TU-1810型紫外可见分光分光度计对上述样品进行吸光率测试。,3、试验结果与讨论,3.1试验现象分析3.1.1不同温度由于反应温度不同，每一组的产物也会有所不同，60组反应基本未进行，加热后的悬浮液的颜色为淡绿色，离心后在产物上方有深绿色粘稠沉淀，干燥产物为黑绿色；90组反应进行较完全，产物颜色为砖红色且较纯正；120组反应稍过度，悬浮颜色为淡黄色，离心干燥后产物砖红色略带黑色，判断有少量氧化铜生成；150组悬浮溶液呈现黑绿色，离心干燥后的产物为深黑色，判断其生成了大量的氧化铜。如图所示，从左至右依次是60、90、120和150的产物：,图3.1样品图,3.1.3不同葡萄糖浓度,葡萄糖作为实验中的还原剂，其浓度在实验中的影响十分明显。若是葡萄糖的浓度过低，则氢氧化铜不能被全部还原使产量变小，且原料的残留影响产物各分析的效果；若是葡萄糖的浓度过大，则生成氧化亚铜后，葡萄糖在水热条件下，被碳化生成黑色悬浮颗粒，对产物也有的影响。,3.1.2不同时间,在不同时间，相同温度下制取的产物颜色差异明显，是由于6h的反应时间过短致使反应不能充分进行，则收集的产物呈现黑绿色；24h的反应时间过长，使被还原好的氧化亚铜被氧化为氧化铜，使产物颜色偏黑色。,3.2表征及讨论,图3.2不同温度红外光谱图,不同温度下样品的红外吸收光谱如图3.6所示，可以清楚的看到90、120、60在吸收峰600cm-1处都有相同的吸收峰这与纳米氧化亚铜的铜氧键的伸缩振动峰是相同的。60除了在600cm-1处有峰外，在1300cm-1处和1725cm-1处都有峰，可知60生成的产物不纯；90只有在600cm-1左右有峰，故90生成的氧化亚铜较纯；120在1700cm-1左右也有较小的峰值，故120的产物也不纯；150的样品完全没有出现氧化亚铜的特征峰，故150的样品无氧化亚铜生成。,3.2.1红外光谱图,3.2表征及讨论,3.2.2FESEM分析60产物s48020000倍的扫描电镜照片（左）图中生成的氧化亚铜分布不规则；90产物6700F20000倍的扫描电镜照片（右）由图可以看出制出的纳米材料结构为球状，普遍直径长度都为100nm左右，纳米球像棉花球一样杂乱堆积在一起。,图3.3扫描电镜图片,3.2.3XRD分析,图3.490制备氧化亚铜样品的XRD谱图,从图中可以看出氧化亚铜衍射峰所在的位置分别是29.6，36.4，42.3，61.4，73.6，77.4，对应的晶面分别是（110），（111），（200），（220），（311），（222），这些数据都与纯净的的氧化亚铜的衍射峰位置相同，并且没有其它的衍射峰存在，这说明所测得物质为纯净的氧化亚铜。,3.2.4差热-热重分析图,图3.5氧化亚铜粉末的差热-热重分析图,这次试验为了检验生成物是否为氧化亚铜颗粒，进行了差热分析，如图3.5所示。从图中可以看出，在435左右时有一个明显的放热峰，这是由于氧化亚铜被氧化为氧化铜，这个反应是放热反应，所以出现放热峰。同时我们可以看到，在435左右时发生了增重现象，这是由于1mol的氧化亚铜被氧化时生成2mol氧化铜，质量增加。,3.3光催化结果分析,光催化剂对甲基橙的降解效果用降解率D来表示，即光催化反应一段时间后甲基橙溶液的分解百分比；如果一段时间反应后甲基橙溶液浓度降低为c，光照前（初始）浓度为c0，D=cc0100。由于吸光度A大小与溶液浓度成长比，所以可以用溶液的吸光度来代替溶液浓度来计算降解率，也即降解率可用下式来计算：D=(A0A)/A0100%其中：D代表降解程度，A0为甲基橙的初始吸光度，A光照反应一段时间后溶液的吸光度。,图3.6光催化样液,不同温度处理（1、2、3和4分别代表6010h、9010h、12010h和15010h）的吸光度,不同温度处理（1、2、3和4分别代表6010h、9010h、12010h和15010h）的降解度,甲基橙四组溶液催化剂随时间降解度变化曲线,结果表明，随降解时间的增长，降解度都在不断增加，从曲线变化来看第二组的降解曲线基本全部处于其他曲线的上方，其具有最佳的光催化性能，也即9010h的样品光催化降解甲基橙的效率最高。,4、结论,采用水热法，用醋酸铜，乙醇：水（2：3），氢氧化钠等原料在水热釜中反应，经过一系列后续处理制得直径为100nm左右的纳米球，通过XRD分析，最终确定其组分是Cu，O两种元素成比例的氧化物。在温度为90，恒温时间为10h下情况下结晶较好，但在90条件下结晶度不高。说明氧化亚铜纳米球的合成与温度有很大关系。在葡萄糖的浓度很高时，反应釜的上层清液中含