一种Cu-Cu2O/Cu2Se光催化剂及其制备方法

本发明属于光催化，具体是一种cu-cu2o/cu2se光催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代化工业的快速发展，排放的废水对环境造成了严重的威胁，在工业废水中，源于纺织、印刷和摄影等领域的印染废水占比最高，印染废水中的大部分染料都是有机合成产物，如偶氮染料、含氟染料和苯系染料等，均具有一定的毒性和致癌性，若不经处理，直接排放到环境中，将会对自然环境造成不可估量的危害。目前，已经采用了诸如吸附法、化学法、生物降解法和光催化降解技术等许多方法来处理工业废水，其中：吸附法、化学法和生物降解法存在需要消耗化学氧化剂、成本高以及需要二次处理等缺陷；光催化降解技术是在光照条件下，光催化剂产生具有强氧化能力的活性自由基，利用光催化氧化反应将水环境中的机污染物降解为二氧化碳和水，从而实现污染物的净化、物质合成和转化等目的。可见，光催化降解技术是一种低能耗、环境友好型的污水处理技术，因此，受到研究者的广泛关注。

2、近几年，随着对半导体性能研究的不断深入，半导体光催化剂如tio2和cu2o等也进入了人们的视线，尤其是cu2o，其属于p型半导体，带隙大约为2.0～2.2ev，能够吸收可见光，已经成为了重要的光催化材料之一，但是，cu2o粉体存在着化学性质不稳定、电子-空穴复合率高、易团聚和易失活等缺点，导致催化活性不高，且不稳定，难以分离回收，严重限制了cu2o在光催化技术领域的实际应用。目前，提高cu2o光催化活性的主要方法有杂原子掺杂、贵金属沉积以及引入缺陷等手段，其中：杂原子掺杂材料的制备与性能研究仍然存在一些挑战和问题：首先，杂原子的选择和掺杂位置的精确控制是制备过程中的难点；其次，杂原子掺杂对材料的物理性质影响的机制还不够清楚，需要进一步的理论研究；再次，杂原子掺杂材料高效的制备工艺和可靠的质量控制体系还未形成，大规模生产和工业化应用也面临着挑战。与此同时，贵金属沉积、引入缺陷等方法的制作工艺以及原材料成本问题同样造就了其无法大批量生产。

3、因此，亟需提供一种简单、低成本的提高cu2o光催化活性的方法，以拓宽cu2o基光光催化材料在光催化技术领域的实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种cu-cu2o/cu2se光催化剂及其制备方法，采用简单的一步溶剂热法，得到的cu-cu2o/cu2se光催化剂具有稳定且优异的光催化活性。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种cu-cu2o/cu2se光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、先将3.5～4.5mmol铜盐溶于10ml去离子水，接着依次加入0.05～0.1mmol硒源、0.05～0.1mmol乙二胺四乙酸二钠和7～9mmol尿素，搅拌使其混合均匀，得到混合溶液a；

5、步骤2、向混合溶液a加入7ml丙三醇和7ml乙醇，得到混合溶液b；

6、步骤3、先将混合溶液b转移至水热反应釜，并密封，然后把水热反应釜放入烘箱，在150～170℃下，反应7～9h，待水热反应釜冷却，得到产物c；

7、步骤4、将产物c依次洗涤和干燥，得到cu-cu2o/cu2se光催化剂。

8、进一步地，所述步骤1的铜盐是(ch3coo)2cu·h2o、cu(no3)2或cucl2。

9、进一步地，所述步骤1的硒源是硒粉、seo2或na2seo3。

10、进一步地，所述步骤4的洗涤是采用去离子水和无水乙醇交替洗涤至少3次。

11、进一步地，所述步骤4的干燥是采用真空干燥箱，在50～70℃下，干燥8～12h。

12、一种cu-cu2o/cu2se光催化剂。

13、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

14、一方面，本发明以去离子水、乙醇和丙三醇作为溶剂，其中乙醇和丙三醇不仅起到溶剂作用，而且起到了控制产物形貌的模板剂作用，在溶剂热反应中，以乙二胺四乙酸二钠作为螯合剂，铜离子先与其生成cu(edta)2-络合物，接着cu(edta)2-进一步反应得到产物；另一方面，以尿素作为矿化剂，增强cu在溶剂热体系中的再结晶；同时，尿素还充当还原剂，将一部分二价铜被还原为单质铜，单质铜具有良好的导电性，能够提高材料的电子传输速率，减少了电子和空穴的复合几率，一部分二价铜被还原为一价铜，与se2-生成cu2se；再一方面，硒源改变了铜离子的螯合环境以及再结晶过程，使生成的cu-cu2o/cu2se具有更大的比表面积，从而提高了其吸附能力、光催化活性以及对有机污染物的降解效率。简而言之，本发明制备的cu-cu2o/cu2se解决了cu2o作为光催化剂电子传输速率低、比表面积小以及电子-空穴易复合的问题；同时，由于制备方法为简单的一步溶剂热法，且反应温度低、时间短，因此，更适合规模化批量生产。

15、本发明制备的cu-cu2o/cu2se与普通cu2o颗粒相比，对紫外光和可见光的吸收能力更强，而光催化降解正是利用光能激发半导体材料表面的电子-空穴对，从而促使化学反应发生，因此，具有更为显著的光催化活性，提高了对有机污染物的光催化降解性能。

16、光催化降解中，当半导体材料吸收的光能等于或超过半导体自身的带隙能量(eg)时，半导体价带(vb)受到光能激发产生电子(e-)，之后光生电子跃迁到半导体导带(cb)上，而产生的光生空穴(h+)不发生跃迁，仍然在半导体vb中，电子和空穴具有还原和氧化能力，可以与半导体表面的h2o、oh-、o2等分子反应产生多种活性基团，包括羟基自由基(·oh)、超氧自由基(·o2-)和过氧化氢(h2o2)等，这些活性基团与有机污染物发生氧化还原反应从而达到降解污染物的目的；因此，在实际应用中，可以通过调节溶剂、矿化剂、螯合剂等反应条件来改变溶剂热体系环境，以改变金属离子螯合过程，从而改变物质的再结晶及形貌，来进一步提高cu-cu2o/cu2se的光催化降解性能。

技术特征：

1.一种cu-cu2o/cu2se光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的cu-cu2o/cu2se光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1的铜盐是(ch3coo)2cu·h2o、cu(no3)2或cucl2。

3.根据权利要求1所述的cu-cu2o/cu2se光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1的硒源是硒粉、seo2或na2seo3。

4.根据权利要求1所述的cu-cu2o/cu2se光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4的洗涤是采用去离子水和无水乙醇交替洗涤至少3次。

5.根据权利要求1所述的cu-cu2o/cu2se光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4的干燥是采用真空干燥箱，在50～70℃下，干燥8～12h。

6.一种如权利要求1～5任一项所述方法制备的cu-cu2o/cu2se光催化剂。

技术总结
本发明公开了一种Cu‑Cu<subgt;2</subgt;O/Cu<subgt;2</subgt;Se光催化剂及其制备方法，包括如下步骤：步骤1、先将3.5～4.5mmol铜盐溶于10mL去离子水，接着依次加入0.05～0.1mmol硒源、0.05～0.1mmol乙二胺四乙酸二钠和7～9mmol尿素，搅拌使其混合均匀，得到混合溶液A；步骤2、向混合溶液A加入7mL丙三醇和7mL乙醇，得到混合溶液B；步骤3、先将混合溶液B转移至水热反应釜，并密封，然后把水热反应釜放入烘箱，在150～170℃下，反应7～9h，待水热反应釜冷却，得到产物C；步骤4、将产物C依次洗涤和干燥，得到Cu‑Cu<subgt;2</subgt;O/Cu<subgt;2</subgt;Se光催化剂。本发明采用简单的一步溶剂热法，得到的Cu‑Cu<subgt;2</subgt;O/Cu<subgt;2</subgt;Se光催化剂具有稳定且优异的光催化活性。

技术研发人员：胡亚微,张燕,房彤,林鑫
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10