多種結構硼酸銅的制備、改性及應用研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染的嚴重化，光催化和氣體傳感技術被廣泛應用于有機污染物的分解和有害氣體的有效檢測。為了解決傳統(tǒng)紫外型光催化劑太陽光利用率低和傳統(tǒng)氣敏材料操作溫度過高等問題，對新型可見光響應半導體材料的開發(fā)和利用具有非常重要的意義。硼酸銅作為具有多種結構的新型半導體材料，無需摻雜便具有導帶和價帶間的中間能隙，且不存在晶體缺陷，有望應用于光催化和氣體傳感領域。
　　本文重點研究了不同結構硼酸銅（Cu3B2O6、CuB2O4、Cu(BO2)2

2、）的制備及其在光催化和氣體傳感領域的應用探索。最終優(yōu)選出Cu3B2O6，并對其進行改性研究，并初步探討了光催化和氣體傳感機理。主要內容如下：
　　1．采用溶膠-凝膠法制備了Cu3B2O6和CuB2O4單晶，采用共沉淀法制備了Cu(BO2)2?？疾炝瞬煌呋瘎┰诳梢姽猓?20nm<λ<780nm）下對亞甲基藍（MB）的催化降解性能。結果表明，當亞甲基藍的初始濃度為50mg·L-1，催化劑用量為1g·L-1，光照6h后，CuB2O4對

3、亞甲基藍的光催化降解率為58.5％，Cu(BO2)2對亞甲基藍的光催化降解率為71.7%，Cu3B2O6對亞甲基藍的光催化降解率為98.9%。紫外-可見漫反射光譜表征（UV-Vis DRS）表明，Cu3B2O6的禁帶寬度較窄（Eg=2.34eV），不僅可以發(fā)生價帶頂與中間能態(tài)的電子躍遷，同時可以發(fā)生禁帶間的電子躍遷，所以Cu3B2O6比CuB2O4和Cu(BO2)2具有更高的可見光催化性能。通過將CdS與Cu3B2O6單晶復合改性，促進

4、了光生電子-空穴對的傳輸和分離，有效抑制了電子-空穴對在復合材料中的復合，提高了硼酸銅的可見光催化性能。
　　2.以氧化石墨烯（GO）和Cu3B2O6單晶為原料，采用水熱還原法制備了Cu3B2O6/CuBO2/rGO復合材料，考察了其室溫條件下對NO2氣體的傳感性能。研究結果表明，可見光照射下Cu3B2O6/CuBO2/rGO對15ppm的NO2的氣體響應值達到21%。通過石墨烯的復合改性，大大提高了硼酸銅的導電性，增強了材料的電

5、子傳輸性能，同時CuBO2與Cu3B2O6形成了異質結結構，有效的抑制了光生電子和空穴的復合，大大提高了氣體傳感器在室溫條件下氣體響應的靈敏性。
　　3.以醋酸銅和硼砂為原料，以三嵌段共聚物P123作為模板劑，采用水熱法制得前驅體，通過不同的溫度的熱處理，制備了不同結構介孔硼酸銅（Cu3B2O6/CuB2O4)。利用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、N2吸附-脫附等溫線等對材料進行一系列材料特性表征，考察了溫度對孔結構及晶