光热-光催化双功能Au@Cu2O二元异质结的制备及其对水的清洁处理

光热-光催化双功能Au@Cu2O二元异质结的制备及其对水的清洁处理
作者：王诚董欣欣张华郑敏
来源：《现代纺织技术》2023年第06期
摘要：為制备具有光热和光催化性能的双功能织物用于净化水，通过分子组装制备出兼具可见光与近红外响应的金/氧化亚铜异质结纳米颗粒（Au@Cu2O），使用轧-烘-焙将纳米材料整理到棉织物上，得到可用于界面蒸发生产清洁水的光热-光催化双功能棉织物。

利用SEM、TEM、UV-VIS-NIR、XRD、FTIR等对Au@Cu2O及Au@Cu2O改性棉织物进行形貌、结构的表征，并对改性棉织物在模拟太阳光下对水的净化处理性能进行研究。

结果表明：
Au@Cu2O改性棉织物具有良好的光热、光催化性能，在功率密度0.1 W/cm2的模拟太阳光源照射下，Au@Cu2O改性棉织物的蒸发速率为1.25 kg/（m2·h），太阳光-蒸汽转换效率为77.4%，可见光辐照180 min后对甲基橙的降解率达到89.2%。

制备的Au@Cu2O改性棉织物在净化水领域展示出良好的应用潜力。

关键词：Au@Cu2O；光热转换；光催化；双功能织物；界面蒸发
中图分类号：TS101.3 文献标志码：A 文章编号：1009-265X（2023）06-0043-08
淡水资源的短缺已经成为威胁人类生存、发展的重要因素。

目前全世界生活在半干旱或极端干旱地区的人口占40%，预计到2025年将增加至60%［1-2］。

废水修复技术能够有效缓解淡水资源不足的问题，相较于传统的电渗析、多级蒸馏、渗透等方案，太阳能驱动的界面水蒸
发技术展现出极佳的应用前景［3-5］。

目前用于界面蒸发的各种光热材料，如碳材料、等离子体材料、半导体和聚合物等，其研究重点集中在通过改进材料提高蒸发速率，而忽视了太阳光-蒸汽产生过程中非挥发性杂质可能会残留，甚至在水中富集而导致更严重污染［6-10］。

目前对光热光催化蒸发系统的研究较为浅显，仅仅是将独立的光热材料与光催化材料在同一基材上进行简单的堆积［11-12］，设计并制备一种兼具光热与光催化性能的材料具有现实意义。

氧化亚铜（Cu2O）是一种低成本易制备的P型半导体，其具有较小的禁带宽度（2.1 eV）与较高的吸收系数，可以有效吸收可见光。

因此Cu2O在太阳能转换和光催化领域具有良好的应用潜力［13-15］。

人们通过构建金属-半导体异质结构（MSH）以获得高效的光催化剂，利用金属的表面等离子体共振效应和异质结间的肖特基势垒来提高半导体利用光、捕获电荷载流子的能力［16-18］。

近年来人们设计了多种以Cu2O为主体的高效金属-半导体异质结构光催化剂。

Wu等［19］利用电流置换的方法制备了Au@Cu2O-Ag三元异质结材料，通过调控Au、Cu比改变壳厚，研究了壳厚对Au@Cu2O-Ag在黑暗条件下催化活性的影响；Ma等［20］以Au NBPs为核制备了蛋黄壳结构的Au@Cu2O，使材料具有了近红外驱动的光催化活性。

目前Cu2O基MSH材料的研究主要集中于如何通过金属提高异质结材料的光催化性能，鲜有人将具有近红外吸收的金棒（Au NRs）用于赋予Cu2O近红外响应，利用Au的局域表面等离子体共振赋予材料光热性能。

本文将兼具光热光催化性能的Au@Cu2O与棉织物复合用于生产清洁水。

1 实验
1.1 材料与仪器
实验材料：二水合氯化铜（CuCl2·2H2O，AR，国药集团化学试剂有限公司）；氢氧化钠（NaOH，AR，上海麦克林生化科技有限公司）；十二烷基硫酸钠（SDS，BR，生工生物工程股份有限公司）；盐酸羟胺（H3NO·HCl，GR，阿拉丁试剂有限公司）；盐酸（HCl，AR，永华化学股份有限公司）；油酸钠（NaOL，AR，TCI化成工业发展有限公司）；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，AR，TCI化成工业发展有限公司）；硼氢化钠（NaBH4，AR，永华化学试剂有限公司）；抗坏血酸（AA，AR，上海麦克林生化科技有限公司）；硝酸银（AgNO3，AR，永华化学股份有限公司）；四水合氯金酸（HAuCl4·4H2O，AR，国药集团化学试剂有限公司）；甲基橙（MO，AR，国药集团化学试剂有限公司）；超纯水。

实验仪器：300 W氙灯（北京中教金源科技有限公司）；ME 204E型电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（上海普渡生化科技仪器有限公司）；TG16.5台式高速离心机（上海卢湘仪离型机仪器有限公司）；84-1A磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公司）；PCX-50C多通道光化学反应系统（北京泊菲莱科技有限公司）。

1.2 实验方法
1.2.1 Au@Cu2O的制备
Au@Cu2O的制备流程如图1所示。

将5 mL HAuCl4（0.5 mmol/L）和5 mL CTAB（0.2 mol/L）在烧杯中混合，随后注入0.6 mL NaBH4（0.01 mol/L）溶液，快速搅拌1 min后静置1 h制得种子液。

将7 g的CTAB和1.23 g的NaOL溶解在250 mL超纯水中，依次加入250 mL HAuCl4（1 mmol/L）和0.0163 g AgNO3，待溶液变为无色时加入2.1 mL HCl调节pH，然后在快速搅拌下加入1.25 mL AA（0.064 mol/L），最后加入0.8 mL种子液，制得生长液。

生长液在30 ℃下静置12 h获得Au NRs分散液。

将Au NRs分散液在10000 r/min下离心10 min分离得到Au NRs，获得的Au NRs重新分散在50 mL超纯水中制得Au NRs水分散液。

将0.1 g CuCl2溶解在180 mL超纯水中，加入2.02 g SDS，待SDS完全溶解后加入分别加入4、6、8 mL Au NRs水分散液，随后依次加入6 mL NaOH（1 mol/L）和10 mL含0.14 g
H3NO·HCl的水溶液，静置陈化2 h，最后将样品在4500 r/min下离心4 min，所得沉淀水洗醇洗各3次后，在60 ℃下真空干燥8 h，制得Au@Cu2O备用。

1.2.2 Au@Cu2O改性棉织物的制备
Au@Cu2O改性棉织物的制备采用轧-烘-焙工艺。

棉织物在NaOH（10 g/L）碱性溶液中升温到80 ℃，处理1 h以去除织物表面杂质，随后水洗烘干备用。

在50 mL超纯水中加入0.15 g Au@Cu2O，经超声震荡10 min后，制得改性分散液。

将棉织物加入改性分散液中浸渍5 min，二浸二轧，轧液率为100%，烘焙温度110 ℃，烘焙时间5 min。

制得Au@Cu2O改性棉织物。

1.3 测试与表征
1.3.1 物相结构分析
使用冷场扫描电镜观察Au@Cu2O的形貌及改性织物纳米颗粒的分布状态。

采用高分辨率电镜进一步观察Au@Cu2O的相貌、尺寸。

采用X射线衍射仪对样品的物相、晶相进行表征，扫描范围为10°～80°，扫描速度0.15 （°）/s。

利用X射线光电子能谱，进一步分析样品的元素组成与价态。

使用傅里叶变换光谱分析测试纯棉织物以及改性棉织物
的化学结构，测试范围600～4000 cm-1。

采用紫外可见分光光度计测试材料吸收光谱扫描范围为350～1600 nm。

1.3.2 太阳辐照下的蒸发测试
在模拟太阳光下，进行太阳能驱动的界面水蒸发实验，环境温度为27 ℃，相对湿度为61%。

将40 mL甲基橙溶液倒入烧杯中，直径为2 cm的聚苯乙烯泡沫漂浮在溶液上。

将圆形
织物放置于泡沫顶部，其周围延伸两个条带（2 cm1 cm）浸入到溶液中。

借助毛细管力将水输送到顶部进行界面蒸发。

蒸发过程的质量变化通过分析天平进行监测。

计算织物的太阳光-蒸汽转换效率如式（1）：
式中：η表示蒸发效率；v是水蒸发速率，kg/（m2·h）；HLV为水在相变过程中的蒸发焓，kJ/kg；Ei为材料表面的功率密度，W/m2；m是照射过程中水的质量，S是样品的照射面积，t是照射时间。

1.3.3 光催化性能表征
选用甲基橙（MO）模拟污染物，测试织物降解MO的速率。

在50 mL MO溶液（10
mg/L）加入0.1 g织物。

暗反应30 min后移入光化学反应仪中，每36 min取4 mL样品测试其吸光度，MO的降解以C/C0表征。

其中C为光照时间为t时甲基橙的质量浓度，C0为初始质量浓度。

2 结果与分析
2.1 Au@Cu2O的制备机理及形貌
Au@Cu2O的制备机理如图2（a）所示。

在CTAB的引导与保护下，种子液中的金颗粒生长为金纳米棒，随后将Au NRs加入到CuCl2溶液中，以SDS保证Au NRs的分散性与稳定性。

加入NaOH后Cu（OH）2呈絮状被吸附在Au NRs周围，随着还原剂的加入，Cu2+被還原成Cu+，Cu2O也沿着Au表面外延生长，最终形成八面体结构的Au@Cu2O。

由图2（b）可知：Au NRs被成功制备，其尺度均一，分散性良好。

图2（c）―（e）中可观察到Au NRs 被Cu2O包覆，随着Au NRs添加量的提高，Au、Cu比逐渐增加，Cu2O壳层逐渐变薄，截角八面体形貌逐渐消失，经Imagej软件分析计算，所合成Au@Cu2O的平均壳厚分别为123、97、71 nm。

2.2 Au@Cu2O的XRD及XPS图谱分析
Au@Cu2O的X射线衍射（XRD）图谱及标准卡片如图3（a）所示。

在29.6°、36.4°、42.3°、61.3°和73.5°处的一组衍射峰归属于立方相Cu2O（JCPDS NO.5-667）的（110）、（111）、（200）、（220）、（311）晶面。

另一组衍射角为38.2°、44.4°、64.7°、77.7°的衍射峰对应于Au（JCPDS NO.65-8601），表明Au@Cu2O制备成功。

Au@Cu2O的XPS光谱如图3（b）―（d）所示，全谱表明了复合材料中Cu、O元素的存在，图谱中并未显示Au的峰，这可能是由于Cu2O的壳厚超过了XPS所能穿透的深度。

Au@Cu2O的高分辨Cu 2p光谱如图3（c）所示，揭示了Cu2O与CuO的存在，Cu 2p3/2的两个拟合峰位于932.6 eV和934.5 eV处，分别对应于Cu2O（Cu+）和CuO（Cu2+）两个组分。

Cu 2p1/2位于952.4 eV和954.1 eV的两个拟合峰，也与Cu2O（Cu+）和CuO（Cu+）对应。

此外图3（d）中O 1s的拟合峰
也与Cu2O与CuO对应，这一结果进一步论证了复合材料中同时存在CuO和Cu2O两个组分，其中CuO是由于Cu2O表面形成了一层氧化层。

2.3 Au@Cu2O的UV-VIS-NIR光谱分析
图4是Au@Cu2O纳米颗粒的紫外-可见-近红外光谱，低于500 nm的吸收峰是由Cu2O壳层激发带间跃迁产生，Au NRs的表面等离子体共振是位于600 nm处吸收峰产生的原因，当壳厚降至71 nm时，出现了位于1400 nm处的近红外吸收峰，这归因于Cu2O包覆在Au NRS周围造成的折射率的增加。

通过调整材料的壳厚成功赋予了材料近红外响应的性能，提高了对太阳能的利用率。

2.4 Au@Cu2O改性棉织物的微观结构表征
选择适当的纳米材料载体，不仅可避免纳米材料析出对水体造成的二次污染，还可实现对材料的重复利用。

通过二浸二轧的方法将Au@Cu2O整理到棉织物上。

改性棉织物的微观表征如图5、图6所示。

由图5（a）―（b）可以看出，轧-烘-焙整理后Au@Cu2O均匀地分布在织物表面，与纤维贴合，轮廓清晰。

图5（c）织物的EDS图谱表明除了棉纤维中C、O元素的基体峰外，还检测到大量Cu元素的存在，这进一步说明纤维表面被Au@Cu2O成功附着。

此外，图谱上只存在极少量Au元素，这是由于
Au被包覆在Cu2O中，壳厚超出EDS所能检测的最大深度。

纯棉织物与Au@Cu2O改性棉织物的FT-IR图谱如图6（a）所示，纯棉织物和改性棉织物红外光谱中3330 cm-1和2900 cm-1处出现的特征峰分别为纤维素纤维中OH特征峰和吡喃环中C—H键的不对称伸缩振动峰。

由于FT-IR光谱中没有出现明显的Cu2O特征峰，所以对织物进行了XRD表征。

XRD图谱如图6（b）所示，Au@Cu2O改性棉织物在36.4°、38.2°处的衍射峰分别与Cu2O和Au对应，表明Au@Cu2O成功附着到棉织物上。

1.2.2 Au@Cu2O改性棉织物的制备
Au@Cu2O改性棉织物的制备采用轧-烘-焙工艺。

棉织物在NaOH（10 g/L）碱性溶液中升温到80 ℃，处理1 h以去除织物表面杂质，随后水洗烘干备用。

在50 mL超纯水中加入0.15 g Au@Cu2O，经超声震荡10 min后，制得改性分散液。

将棉织物加入改性分散液中浸渍5 min，二浸二轧，轧液率为100%，烘焙温度110 ℃，烘焙时间5 min。

制得Au@Cu2O改性棉织物。

1.3 测试与表征
1.3.1 物相结构分析
使用冷场扫描电镜观察Au@Cu2O的形貌及改性织物纳米颗粒的分布状态。

采用高分辨率电镜进一步观察Au@Cu2O的相貌、尺寸。

采用X射线衍射仪对样品的物相、晶相进行表征，扫描范围为10°～80°，扫描速度0.15 （°）/s。

利用X射线光电子能谱，进一步分析样品的元素组成与价态。

使用傅里叶变换光谱分析测试纯棉织物以及改性棉织物
的化学结构，测试范围600～4000 cm-1。

采用紫外可见分光光度计测试材料吸收光谱扫描范围为350～1600 nm。

1.3.2 太阳辐照下的蒸发测试
在模拟太阳光下，进行太阳能驱动的界面水蒸发实验，环境温度为27 ℃，相对湿度为61%。

将40 mL甲基橙溶液倒入烧杯中，直径为2 cm的聚苯乙烯泡沫漂浮在溶液上。

将圆形织物放置于泡沫顶部，其周围延伸两个条带（2 cm1 cm）浸入到溶液中。

借助毛细管力将水输送到顶部进行界面蒸发。

蒸发过程的质量变化通过分析天平进行监测。

计算织物的太阳光-蒸汽转换效率如式（1）：
式中：η表示蒸发效率；v是水蒸发速率，kg/（m2·h）；HLV为水在相变过程中的蒸发焓，kJ/kg；Ei为材料表面的功率密度，W/m2；m是照射过程中水的质量，S是样品的照射面积，t是照射时间。

1.3.3 光催化性能表征
选用甲基橙（MO）模拟污染物，测试织物降解MO的速率。

在50 mL MO溶液（10
mg/L）加入0.1 g织物。

暗反应30 min后移入光化学反应仪中，每36 min取4 mL样品测试其吸光度，MO的降解以C/C0表征。

其中C为光照时间为t时甲基橙的质量浓度，C0为初始质量浓度。

2 结果与分析
2.1 Au@Cu2O的制备机理及形貌
Au@Cu2O的制备机理如图2（a）所示。

在CTAB的引导与保护下，种子液中的金颗粒生长为金纳米棒，随后将Au NRs加入到CuCl2溶液中，以SDS保证Au NRs的分散性与稳定性。

加入NaOH后Cu（OH）2呈絮状被吸附在Au NRs周围，随着还原剂的加入，Cu2+被还原成Cu+，Cu2O也沿着Au表面外延生长，最终形成八面体结构的Au@Cu2O。

由图2（b）可知：Au NRs被成功制备，其尺度均一，分散性良好。

图2（c）―（e）中可观察到Au NRs 被Cu2O包覆，随着Au NRs添加量的提高，Au、Cu比逐渐增加，Cu2O壳层逐渐变薄，截角
八面体形貌逐渐消失，经Imagej软件分析计算，所合成Au@Cu2O的平均壳厚分别为123、97、71 nm。

2.2 Au@Cu2O的XRD及XPS图谱分析
Au@Cu2O的X射线衍射（XRD）图谱及标准卡片如图3（a）所示。

在29.6°、36.4°、42.3°、61.3°和73.5°处的一组衍射峰归属于立方相Cu2O（JCPDS NO.5-667）的（110）、（111）、（200）、（220）、（311）晶面。

另一组衍射角为38.2°、44.4°、64.7°、77.7°的衍射峰对应于Au（JCPDS NO.65-8601），表明Au@Cu2O制备成功。

Au@Cu2O的XPS光谱如图3（b）―（d）所示，全谱表明了复合材料中Cu、O元素的存在，图谱中并未显示Au的峰，这可能是由于Cu2O的壳厚超过了XPS所能穿透的深度。

Au@Cu2O的高分辨Cu 2p光谱如图3（c）所示，揭示了Cu2O与CuO的存在，Cu 2p3/2的两个拟合峰位于932.6 eV和934.5 eV处，分别对应于Cu2O（Cu+）和CuO（Cu2+）两个组分。

Cu 2p1/2位于952.4 eV和954.1 eV的两个拟合峰，也与Cu2O（Cu+）和CuO（Cu+）對应。

此外图3（d）中O 1s的拟合峰也与Cu2O与CuO对应，这一结果进一步论证了复合材料中同时存在CuO和Cu2O两个组分，其中CuO是由于Cu2O表面形成了一层氧化层。

2.3 Au@Cu2O的UV-VIS-NIR光谱分析
图4是Au@Cu2O纳米颗粒的紫外-可见-近红外光谱，低于500 nm的吸收峰是由Cu2O壳层激发带间跃迁产生，Au NRs的表面等离子体共振是位于600 nm处吸收峰产生的原因，当壳厚降至71 nm时，出现了位于1400 nm处的近红外吸收峰，这归因于Cu2O包覆在Au NRS周围造成的折射率的增加。

通过调整材料的壳厚成功赋予了材料近红外响应的性能，提高了对太阳能的利用率。

2.4 Au@Cu2O改性棉织物的微观结构表征
选择适当的纳米材料载体，不仅可避免纳米材料析出对水体造成的二次污染，还可实现对材料的重复利用。

通过二浸二轧的方法将Au@Cu2O整理到棉织物上。

改性棉织物的微观表征如图5、图6所示。

由图5（a）―（b）可以看出，轧-烘-焙整理后Au@Cu2O均匀地分布在织物表面，与纤维贴合，轮廓清晰。

图5（c）织物的EDS图谱表明除了棉纤维中C、O元素的基体峰外，还检测到大量Cu元素的存在，这进一步说明纤维表面被Au@Cu2O成功附着。

此外，图谱上只存在极少量Au元素，这是由于
Au被包覆在Cu2O中，壳厚超出EDS所能检测的最大深度。

纯棉织物与Au@Cu2O改性棉织物的FT-IR图谱如图6（a）所示，纯棉织物和改性棉织物红外光谱中3330 cm-1和2900 cm-1处出现的特征峰分别为纤维素纤维中OH特征峰和吡喃环中C—H键的不对称伸缩振动
峰。

由于FT-IR光谱中没有出现明显的Cu2O特征峰，所以对织物进行了XRD表征。

XRD图谱如图6（b）所示，Au@Cu2O改性棉织物在36.4°、38.2°处的衍射峰分别与Cu2O和Au对应，表明Au@Cu2O成功附着到棉织物上。

1.2.2 Au@Cu2O改性棉织物的制备
Au@Cu2O改性棉织物的制备采用轧-烘-焙工艺。

棉织物在NaOH（10 g/L）碱性溶液中升温到80 ℃，处理1 h以去除织物表面杂质，随后水洗烘干备用。

在50 mL超纯水中加入0.15 g Au@Cu2O，经超声震荡10 min后，制得改性分散液。

将棉织物加入改性分散液中浸渍5 min，二浸二轧，轧液率为100%，烘焙温度110 ℃，烘焙时间5 min。

制得Au@Cu2O改性棉织物。

1.3 测试与表征
1.3.1 物相结构分析
使用冷场扫描电镜观察Au@Cu2O的形貌及改性织物纳米颗粒的分布状态。

采用高分辨率电镜进一步观察Au@Cu2O的相貌、尺寸。

采用X射线衍射仪对样品的物相、晶相进行表征，扫描范围为10°～80°，扫描速度0.15 （°）/s。

利用X射线光电子能谱，进一步分析样品的元素组成与价态。

使用傅里叶变换光谱分析测试纯棉织物以及改性棉织物
的化学结构，测试范围600～4000 cm-1。

采用紫外可见分光光度计测试材料吸收光谱扫描范围为350～1600 nm。

1.3.2 太阳辐照下的蒸发测试
在模拟太阳光下，进行太阳能驱动的界面水蒸发实验，环境温度为27 ℃，相对湿度为61%。

将40 mL甲基橙溶液倒入烧杯中，直径为2 cm的聚苯乙烯泡沫漂浮在溶液上。

将圆形织物放置于泡沫顶部，其周围延伸两个条带（2 cm1 cm）浸入到溶液中。

借助毛细管力将水输送到顶部进行界面蒸发。

蒸发过程的质量变化通过分析天平进行监测。

计算织物的太阳光-蒸汽转换效率如式（1）：
式中：η表示蒸发效率；v是水蒸发速率，kg/（m2·h）；HLV为水在相变过程中的蒸发焓，kJ/kg；Ei为材料表面的功率密度，W/m2；m是照射過程中水的质量，S是样品的照射面积，t是照射时间。

1.3.3 光催化性能表征
选用甲基橙（MO）模拟污染物，测试织物降解MO的速率。

在50 mL MO溶液（10
mg/L）加入0.1 g织物。

暗反应30 min后移入光化学反应仪中，每36 min取4 mL样品测试其
吸光度，MO的降解以C/C0表征。

其中C为光照时间为t时甲基橙的质量浓度，C0为初始质量浓度。

2 结果与分析
2.1 Au@Cu2O的制备机理及形貌
Au@Cu2O的制备机理如图2（a）所示。

在CTAB的引导与保护下，种子液中的金颗粒生长为金纳米棒，随后将Au NRs加入到CuCl2溶液中，以SDS保证Au NRs的分散性与稳定性。

加入NaOH后Cu（OH）2呈絮状被吸附在Au NRs周围，随着还原剂的加入，Cu2+被还原成Cu+，Cu2O也沿着Au表面外延生长，最终形成八面体结构的Au@Cu2O。

由图2（b）可知：Au NRs被成功制备，其尺度均一，分散性良好。

图2（c）―（e）中可观察到Au NRs 被Cu2O包覆，随着Au NRs添加量的提高，Au、Cu比逐渐增加，Cu2O壳层逐渐变薄，截角八面体形貌逐渐消失，经Imagej软件分析计算，所合成Au@Cu2O的平均壳厚分别为123、97、71 nm。

2.2 Au@Cu2O的XRD及XPS图谱分析
Au@Cu2O的X射线衍射（XRD）图谱及标准卡片如图3（a）所示。

在29.6°、36.4°、42.3°、61.3°和73.5°处的一组衍射峰归属于立方相Cu2O（JCPDS NO.5-667）的（110）、（111）、（200）、（220）、（311）晶面。

另一组衍射角为38.2°、44.4°、64.7°、77.7°的衍射峰对应于Au（JCPDS NO.65-8601），表明Au@Cu2O制备成功。

Au@Cu2O的XPS光谱如图3（b）―（d）所示，全谱表明了复合材料中Cu、O元素的存在，图谱中并未显示Au的峰，这可能是由于Cu2O的壳厚超过了XPS所能穿透的深度。

Au@Cu2O的高分辨Cu 2p光谱如图3（c）所示，揭示了Cu2O与CuO的存在，Cu 2p3/2的两个拟合峰位于932.6 eV和934.5 eV处，分别对应于Cu2O（Cu+）和CuO（Cu2+）两个组分。

Cu 2p1/2位于952.4 eV和954.1 eV的两个拟合峰，也与Cu2O（Cu+）和CuO（Cu+）对应。

此外图3（d）中O 1s的拟合峰也与Cu2O与CuO对应，这一结果进一步论证了复合材料中同时存在CuO和Cu2O两个组分，其中CuO是由于Cu2O表面形成了一层氧化层。

2.3 Au@Cu2O的UV-VIS-NIR光谱分析
图4是Au@Cu2O纳米颗粒的紫外-可见-近红外光谱，低于500 nm的吸收峰是由Cu2O壳层激发带间跃迁产生，Au NRs的表面等离子体共振是位于600 nm处吸收峰产生的原因，当壳厚降至71 nm时，出现了位于1400 nm处的近红外吸收峰，这归因于Cu2O包覆在Au NRS周围造成的折射率的增加。

通过调整材料的壳厚成功赋予了材料近红外响应的性能，提高了对太阳能的利用率。

2.4 Au@Cu2O改性棉织物的微观结构表征
选择适当的纳米材料载体，不仅可避免纳米材料析出对水体造成的二次污染，还可实现对材料的重复利用。

通过二浸二轧的方法将Au@Cu2O整理到棉织物上。

改性棉织物的微观表征如图5、图6所示。

由图5（a）―（b）可以看出，轧-烘-焙整理后Au@Cu2O均匀地分布在织物表面，与纤维贴合，轮廓清晰。

图5（c）织物的EDS图谱表明除了棉纤维中C、O元素的基体峰外，还检测到大量Cu元素的存在，这进一步说明纤维表面被Au@Cu2O成功附着。

此外，图谱上只存在极少量Au元素，这是由于
Au被包覆在Cu2O中，壳厚超出EDS所能检测的最大深度。

纯棉织物与Au@Cu2O改性棉织物的FT-IR图谱如图6（a）所示，纯棉织物和改性棉织物红外光谱中3330 cm-1和2900 cm-1处出现的特征峰分别为纤维素纤维中OH特征峰和吡喃环中C—H键的不对称伸缩振动峰。

由于FT-IR光谱中没有出现明显的Cu2O特征峰，所以对织物进行了XRD表征。

XRD图谱如图6（b）所示，Au@Cu2O改性棉织物在36.4°、38.2°处的衍射峰分别与Cu2O和Au对应，表明Au@Cu2O成功附着到棉织物上。

1.2.2 Au@Cu2O改性棉织物的制备
Au@Cu2O改性棉织物的制备采用轧-烘-焙工艺。

棉织物在NaOH（10 g/L）碱性溶液中升温到80 ℃，处理1 h以去除织物表面杂质，随后水洗烘干备用。

在50 mL超纯水中加入0.15 g Au@Cu2O，经超声震荡10 min后，制得改性分散液。

将棉织物加入改性分散液中浸渍5 min，二浸二轧，轧液率为100%，烘焙温度110 ℃，烘焙时间5 min。

制得Au@Cu2O改性棉织物。

1.3 测试与表征
1.3.1 物相结构分析
使用冷场扫描电镜观察Au@Cu2O的形貌及改性织物纳米颗粒的分布状态。

采用高分辨率电镜进一步观察Au@Cu2O的相貌、尺寸。

采用X射线衍射仪对样品的物相、晶相进行表征，扫描范围为10°～80°，扫描速度0.15 （°）/s。

利用X射线光电子能谱，进一步分析样品的元素组成与价态。

使用傅里叶变换光谱分析测试纯棉织物以及改性棉织物
的化学结构，测试范围600～4000 cm-1。

采用紫外可见分光光度计测试材料吸收光谱扫描范围为350～1600 nm。

1.3.2 太阳辐照下的蒸发测试
在模拟太阳光下，进行太阳能驱动的界面水蒸发实验，环境温度为27 ℃，相对湿度为61%。

将40 mL甲基橙溶液倒入烧杯中，直径为2 cm的聚苯乙烯泡沫漂浮在溶液上。

将圆形织物放置于泡沫顶部，其周围延伸两个条带（2 cm1 cm）浸入到溶液中。

借助毛细管力将水输送到顶部进行界面蒸发。

蒸发过程的质量变化通过分析天平进行监测。

计算织物的太阳光-蒸汽转换效率如式（1）：
式中：η表示蒸发效率；v是水蒸发速率，kg/（m2·h）；HLV为水在相变过程中的蒸发焓，kJ/kg；Ei为材料表面的功率密度，W/m2；m是照射过程中水的质量，S是样品的照射面积，t是照射时间。

1.3.3 光催化性能表征
选用甲基橙（MO）模拟污染物，测试织物降解MO的速率。

在50 mL MO溶液（10
mg/L）加入0.1 g织物。

暗反应30 min后移入光化学反应仪中，每36 min取4 mL样品测试其吸光度，MO的降解以C/C0表征。

其中C为光照时间为t时甲基橙的质量浓度，C0为初始质量浓度。

2 结果与分析
2.1 Au@Cu2O的制备机理及形貌
Au@Cu2O的制備机理如图2（a）所示。

在CTAB的引导与保护下，种子液中的金颗粒生长为金纳米棒，随后将Au NRs加入到CuCl2溶液中，以SDS保证Au NRs的分散性与稳定性。

加入NaOH后Cu（OH）2呈絮状被吸附在Au NRs周围，随着还原剂的加入，Cu2+被还原成Cu+，Cu2O也沿着Au表面外延生长，最终形成八面体结构的Au@Cu2O。

由图2（b）可知：Au NRs被成功制备，其尺度均一，分散性良好。

图2（c）―（e）中可观察到Au NRs 被Cu2O包覆，随着Au NRs添加量的提高，Au、Cu比逐渐增加，Cu2O壳层逐渐变薄，截角八面体形貌逐渐消失，经Imagej软件分析计算，所合成Au@Cu2O的平均壳厚分别为123、97、71 nm。

2.2 Au@Cu2O的XRD及XPS图谱分析
Au@Cu2O的X射线衍射（XRD）图谱及标准卡片如图3（a）所示。

在29.6°、36.4°、42.3°、61.3°和73.5°处的一组衍射峰归属于立方相Cu2O（JCPDS NO.5-667）的（110）、（111）、（200）、（220）、（311）晶面。

另一组衍射角为38.2°、44.4°、64.7°、77.7°的衍射峰对应于Au（JCPDS NO.65-8601），表明Au@Cu2O制备成功。

Au@Cu2O的XPS光谱如图3（b）―（d）所示，全谱表明了复合材料中Cu、O元素的存在，图谱中并未显示Au的峰，这可能是由于Cu2O的壳厚超过了XPS所能穿透的深度。

Au@Cu2O的高分辨Cu 2p光谱如图3（c）所示，揭示了Cu2O与CuO的存在，Cu 2p3/2的两个拟合峰位于932.6 eV和934.5
eV处，分别对应于Cu2O（Cu+）和CuO（Cu2+）两个组分。

Cu 2p1/2位于952.4 eV和954.1 eV的两个拟合峰，也与Cu2O（Cu+）和CuO（Cu+）对应。

此外图3（d）中O 1s的拟合峰也与Cu2O与CuO对应，这一结果进一步论证了复合材料中同时存在CuO和Cu2O两个组分，其中CuO是由于Cu2O表面形成了一层氧化层。

2.3 Au@Cu2O的UV-VIS-NIR光谱分析
图4是Au@Cu2O纳米颗粒的紫外-可见-近红外光谱，低于500 nm的吸收峰是由Cu2O壳层激发带间跃迁产生，Au NRs的表面等离子体共振是位于600 nm处吸收峰产生的原因，当壳厚降至71 nm时，出现了位于1400 nm处的近红外吸收峰，这归因于Cu2O包覆在Au NRS周围造成的折射率的增加。

通过调整材料的壳厚成功赋予了材料近红外响应的性能，提高了对太阳能的利用率。

2.4 Au@Cu2O改性棉织物的微观结构表征
选择适当的纳米材料载体，不仅可避免纳米材料析出对水体造成的二次污染，还可实现对材料的重复利用。

通过二浸二轧的方法将Au@Cu2O整理到棉织物上。

改性棉织物的微观表征如图5、图6所示。

由图5（a）―（b）可以看出，轧-烘-焙整理后Au@Cu2O均匀地分布在织物表面，与纤维贴合，轮廓清晰。

图5（c）织物的EDS图谱表明除了棉纤维中C、O元素的基体峰外，还检测到大量Cu元素的存在，这进一步说明纤维表面被Au@Cu2O成功附着。

此外，图谱上只存在极少量Au元素，这是由于
Au被包覆在Cu2O中，壳厚超出EDS所能检测的最大深度。

纯棉织物与Au@Cu2O改性棉织物的FT-IR图谱如图6（a）所示，纯棉织物和改性棉织物红外光谱中3330 cm-1和2900 cm-1处出现的特征峰分别为纤维素纤维中OH特征峰和吡喃环中C—H键的不对称伸缩振动峰。

由于FT-IR光谱中没有出现明显的Cu2O特征峰，所以对织物进行了XRD表征。

XRD图谱如图6（b）所示，Au@Cu2O改性棉织物在36.4°、38.2°处的衍射峰分别与Cu2O和Au对应，表明Au@Cu2O成功附着到棉织物上。