基于銅及氧化亞銅復合材料制備及催化行為研究.pdf

1、銅基納米材料因其原料豐富、價格低廉并展現出不同于宏觀材料的優良物理化學性質，受到科研工作者的廣泛關注。作為一種過渡金屬，銅基納米材料具有優良的催化、電學、力學和光學性能，是貴金屬的理想替代材料，常被應用于電催化劑、電子電路、傳感器和表面增強拉曼散射等領域。氧化亞銅作為一種典型的直接帶隙p型半導體材料，禁帶寬度約為2.2 eV，對可見光具有較高的吸收效率，在光催化劑、太陽能電池和氣體傳感器領域受到人們的廣泛關注。
　　納米復合材料通

2、常包含具有納米尺寸的多種組分，不僅具有組分材料自身特性，還能夠通過組分材料之間的協同作用獲得更優異的性能或者產生新的特性。本論文采用簡單的濕化學法制備銅納米線復合材料和氧化亞銅納米復合材料，并將其作為催化劑，探討納米復合材料結構與催化性能之間的關系。主要研究內容包括以下方面：
　　1.通過簡單的一步濕化學法制備一維銅納米線/二維還原氧化石墨烯復合材料，銅納米具有光滑的表面并附著在卷曲的還原氧化石墨烯平面上。將該銅納米線/還原氧化石

3、墨烯復合材料應用于電催化氧化葡萄糖，由于銅納米線良好的催化活性、一維方向卓越的導電性以及還原氧化石墨烯在二維方向上快速電子傳輸、比表面積大等優點，使得該復合材料相對于單純銅納米線展現出更加優異的催化性能。隨后，我們探究了復合材料中不同銅納米線與還原氧化石墨烯質量比對復合材料電催化氧化葡萄糖性能的影響。在恒電位0.58 V，最佳比例的銅納米線/還原氧化石墨烯復合材料展現出最優異的催化性能，具有高靈敏度（1625μA/(mM?cm-2)）、

4、低檢測極限（0.2μM）、線性范圍寬（11 mM）和響應快速（<3 s）等特點。此外，該復合材料還表現對抗壞血酸、多巴胺和尿酸等干擾物良好的抗干擾性和穩定性。因此，銅納米線/還原氧化石墨烯復合材料作為非酶葡萄糖傳感器具有潛在的應用前景。
　　2.采用銅納米線為犧牲模板，通過改進的電流置換反應并結合可肯達爾效應制備一系列一維銅基納米異質結構，包括：3-5 nm金納米粒子包裹的銅納米線、Au3Cu合金多孔納米管等一維異質結構。相對于采

5、用硬模板法制備一維金屬納米異質結構，該方法僅僅通過改變反應物中Cu/HAuCl4的摩爾比，就能獲得不同形貌與結構的一維銅基納米異質結構。此外，將這些一維銅基納米異質結構應用于催化還原對硝基苯酚，比單純銅納米線展現出更好的催化性能。其中Au3Cu合金多孔納米管由于其特殊的納米多孔結構與組分協同作用，具有最優異的催化活性。
　　3.以空心金納米粒子作為等離子體核心，外延生長Cu2O殼層，制備空心Au@Cu2O核殼納米粒子。通過調控形貌

6、參數如空心金尺寸、殼層Cu2O厚度與形貌，獲得形貌各異的空心Au@Cu2O核殼納米粒子，并展現出形貌依賴的光學特性，使得空心金納米粒子表面等離子體共振峰的調控范圍從可見光區擴展至近紅外光區。此外，我們使用時域有限差分法（FDTD）理論模擬空心Au@Cu2O核殼納米粒子消光光譜，結果與實驗光譜相當吻合。最后將該核殼納米粒子作為光催化劑降解有機染料甲基橙，由于肖特基勢壘和等離子體誘導能量轉移效應共同作用，使得該催化劑比純Cu2O納米粒子表現