Cu/ZnO復合材料的制備及其催化性能研究

蘭琪 范希梅（西南交通大學材料科學與工程學院，四川 成都 610031）

Cu/ZnO復合材料的制備及其催化性能研究

蘭琪 范希梅（西南交通大學材料科學與工程學院，四川 成都 610031）

采用化學沉積法制備得到Cu/ZnO復合材料，研究了不同銅源濃度對其形貌及其催化降解性能的影響。結果表明：不同銅源濃度對復合材料形貌有一定的影響，并影響著其催化降解性能。當銅源濃度為55.6%時，催化降解性能最佳，可達到95%。

Cu/ZnO復合材料；銅源濃度；催化降解

ZnO是一種環境友好型的半導體材料，其禁帶寬度為

3.37 eV和60meV的激子束縛能[1-3]。在ZnO表面沉積納米粒子銅，改變了ZnO的電子分布和表面性質，擴寬了ZnO的光譜響應范圍。因此本文采用化學沉積法制備得到Cu/ZnO復合材料，并改變銅源濃度系統研究其形貌及其催化性能。

1 實驗

25℃下，配置100mL 0.01mol/L的CTAB溶液，加入3.42gCu?Cl2·2H2O，加入氨水調節PH到10。稱取不同量的ZnO粉末，使銅源濃度分別為13.6%、23.9%、38.6%、55.6%及71.5%，攪拌半小時，得到溶液A；配置100mL 0.01mol/L的CTAB溶液，加入15g水合肼，得到溶液B，將溶液B加入溶液A，攪拌3h。抽濾、烘干。

2 結果與討論

2.1 樣品的物相分析（XRD）

圖1為純ZnO及不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的XRD圖。由圖1可以看出，衍射峰2θ為31.27、34.42、36.25與晶體ZnO的標準峰（JCPDS file No.36-1451）相匹配。衍射峰2θ=43.39、50.64、74.18°分別對應金屬Cu的（111）、（200）和（220）的3個晶面。圖中沒有銅的氧化物的衍射峰出現，說明制得的樣品中只含有單質Cu。

圖1 不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO的XRD圖

2.2 樣品的微觀形貌分析（SEM）

圖2（c）～2（g）為不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的微觀形貌圖，可以看到，ZnO表面均有顆粒狀物質存在，結合XRD分析可知，顆粒狀物質為Cu。當銅源濃度為13.6%時，ZnO表面只有少量的Cu顆粒，且團聚現象不明顯；當銅源濃度為

71.5 %時，ZnO表面被Cu顆粒覆蓋，團聚現象明顯。當銅源濃度為55.6%時，ZnO表面的Cu顆粒分布較其它濃度均勻，無較大團聚。

2.3 催化降解性能研究

本文通過催化降解甲基橙溶液（MO）的實驗來研究Cu/ZnO復合材料的催化性能。圖3為無光條件下，不同銅源濃度下制備的樣品催化效果圖。可以看到，銅源濃度為13.6%、23.9%、

38.6 %、55.6%及71.5%時，甲基橙降解率分別可達到82%、

圖2 不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的微觀形貌圖

圖3 不同銅源濃度下制備的Cu/ZnO復合材料的催化效果圖及55.6%時全譜圖

82.2 %、90.1%、95%及68.7%。隨著銅源濃度的升高，Cu/ZnO復合材料甲基橙降解率先升高后降低，其中銅源濃度55.6%時，降解效果最好。這可能是由于銅源濃度為55.6%時，銅顆粒均勻分布在ZnO表面，且團聚現象不明顯，從而提高了與甲基橙接觸的比表面積。濃度較低時，ZnO表面的銅顆粒分布較少，與甲基橙接觸的比表面積較小，導致其催化性能較差；濃度較高時，銅顆粒在ZnO表面團聚在一起，比表面積小，導致其催化性能較差。

3 結語

通過化學沉積法制備得到了Cu/ZnO復合材料，考察了不同銅源濃度對Cu/ZnO復合材料形貌及催化降解性能的影響。研究表明，銅源濃度對Cu/ZnO的催化降解性能有影響，當銅源濃度為55.6%時，催化降解效率最高為95%。

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