研究目的
开发一种独立的Cu2O/CuO光催化材料,通过将超细Cu2O/CuO纳米片阵列与纳米多孔铜/大块金属玻璃(NPC/BMG)复合棒集成,实现对有机污染物(特别是罗丹明B(RhB))的高效光催化降解。
研究成果
Cu2O/CuO@NPC/BMG复合棒展现出优异的光催化降解性能(9分钟内RhB降解率达99%)和卓越的循环稳定性(七次循环后保持95.2%),这归功于其多模态分级多孔结构、超薄纳米片层以及强界面结合力。该集成设计策略在水净化商业应用中展现出良好前景。
研究不足
该复合材料因NPC基底中存在不连续的孔隙结构而形成无纳米片生长的"贫瘠区",这可能限制其催化活性的均匀性。纳米片在多次循环后可能生长变大并融合,长期使用或导致性能下降。该方法仅适用于铜基体系,可能无法直接推广至其他材料。
1:实验设计与方法选择:
实验采用两步合成策略:先对Cu50Zr45Al5块体金属玻璃棒进行去合金化处理制备NPC/BMG基底,再通过阳极氧化和热处理生长Cu2O/CuO纳米片阵列。其原理是利用NPC的可调孔隙结构和BMG的机械稳定性来提升光催化性能。
2:样品选择与数据来源:
样品包括Cu50Zr45Al5 BMG棒(前驱体)、NPC/BMG基底及Cu2O/CuO@NPC/BMG复合材料。使用商用泡沫铜和铜板作为对比。数据来源于表征技术的实验测量结果。
3:实验设备与材料清单:
设备:直流电源(TPR-12010D)、X射线衍射仪(D/Max-2500, Rigaku V)、X射线光电子能谱仪(Thermo Fisher Scientific)、透射电镜(Tecnai G2 F20)、扫描电镜(Nova nanoSEM 450, FEI)、接触角测量系统(JC2000C1)、比表面积及孔隙度分析仪(ASAP2020M+C)、荧光光谱仪(FSP920)、紫外分光光度计(Lambda-750)。材料:Cu50Zr45Al5 BMG棒、氢氟酸(0.05 M)、氢氧化钾(0.5 M)、铂网、罗丹明B溶液、过氧化氢(30质量%)、氙灯(500 W)。
4:0)、扫描电镜(Nova nanoSEM 450, FEI)、接触角测量系统(JC2000C1)、比表面积及孔隙度分析仪(ASAP2020M+C)、荧光光谱仪(FSP920)、紫外分光光度计(Lambda-750)。材料:
4. 实验步骤与操作流程:去合金化:将BMG棒浸入298 K的0.05 M HF中1天形成NPC/BMG。阳极氧化:以NPC/BMG为工作电极、铂网为对电极,在298 K下用0.5 M KOH溶液以5 mA/cm2电流密度处理10-30分钟。热处理:在空气中473 K煅烧2小时。表征:进行XRD、XPS、SEM、TEM、接触角、BET、PL及光催化降解测试。
5:05 M)、氢氧化钾(5 M)、铂网、罗丹明B溶液、过氧化氢(30质量%)、氙灯(500 W)。 实验步骤与操作流程:
5. 数据分析方法:XRD用于物相鉴定,XPS分析氧化态,SEM/TEM观察形貌,BET测定比表面积和孔径分布,PL研究电子-空穴复合,紫外分光光度计测定RhB降解率。
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DC Power Supply
TPR-12010D
Used for anodizing process to provide constant current density.
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X-ray diffractometer
D/Max-2500
Rigaku
Used for phase identification of samples.
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XPS
Thermo Fisher Scientific
Used to obtain surface oxidation states.
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TEM
Tecnai G2 F20
Used for microstructure and morphology examination.
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SEM
Nova nanoSEM 450
FEI
Used for surface morphology examination, equipped with EDS.
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Contact angle measurement system
JC2000C1
Used for wettability measurements.
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Surface area and porosity analyzer
ASAP2020M+C
Used for nitrogen adsorption-desorption isotherm measurements.
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Fluorescent spectrometer
FSP920
Used for photoluminescence spectra measurements.
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UV spectrophotometer
Lambda-750
Used for photocatalytic degradation examination.
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Xe lamp
Used as light source for photocatalytic degradation.
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