水热法氧化亚铜纳米材料的制备及其光催化性质的研究毕业论文ppt

3.2 表征及讨论
3.2.2 FESEM分析
60℃产物s480 20000倍的扫描电镜照片 （左）图中生成的氧化亚铜分布 不规则；
90℃产物6700F 20000倍的扫描电镜照片 （右）由图可以看出制出的纳米 材料结构为球状，普遍直径长度都为100nm左右，纳米球像棉花球一样杂 乱堆积在一起。
图3.3 扫描电镜图片
目录
试验背景 试验过程 试验结果分析及讨论
结论
1、试验背景
进入21世纪，纳米材料的研究也进入了一个新纪元，它已 开始走出实验室，走进我们生活的方方面面，很多的纳米材 料已经被我们运用的相当成熟比如纳米粒子和纳米薄膜，并 且发挥着越来越大的作用。 氧化亚铜纳米材料是一种新型的纳米材料，具有与众不同 的结构和性质，氧化亚铜纳米结构材料具有良好的光化学性 能，在离子交换、柱支撑多孔材料、增强材料、化学传感器、 储氢、光催化材料方面有着广泛的前景。 现在已通过固相法、电化学法和液相法制得氧化亚铜纳米 材料。本轮文采用液相法中的水热法。水热法条件简单、反 应快、耗能少、制得产品质量较好且对环境的污染非常小。
声5min使其混合均匀。接着在黑暗环境下用磁力搅拌器搅拌1h，用 针筒取5mL的溶液离心保存上层清夜记为S0，剩余45mL在无影灯下 搅拌（注意，光照开始后由于水分的蒸发，为保持溶液浓度不变， 在取样之前，需要将溶液被蒸发的水分补齐。如：30min后取样时 将溶液补至45mL再取样，1h后取样时将溶液补至40mL后再取样。 以此类推）30min后取5mL样品，离心后保存上层清夜记为S1，同 理在光照1h、2h、4h后分别取5mL溶液样品离心后保存记为S2、S3、 S4，经过离心处理取上层液装瓶放入避光处待测。
(3)用TU-1810型紫外可见分光分光度计对上述样品进行吸光率测试。
3、试验结果与讨论
3.1试验现象分析 3.1.1不同温度
由于反应温度不同，每一组的产物也会有所不同，60℃组反应基本未进行，加 热后的悬浮液的颜色为淡绿色，离心后在产物上方有深绿色粘稠沉淀，干燥产物 为黑绿色；90℃组反应进行较完全，产物颜色为砖红色且较纯正；120℃组反应 稍过度，悬浮颜色为淡黄色，离心干燥后产物砖红色略带黑色，判断有少量氧化 铜生成；150℃组悬浮溶液呈现黑绿色，离心干燥后的产物为深黑色，判断其生 成了大量的氧化铜。如图所示，从左至右依次是60℃、90℃、120℃和150℃的 产物：
组别
葡1 葡2 葡3
葡萄糖浓度（mol/L）
0.1 3 5
现象
还原反应未进行完全 产生黑色悬浮颗粒 产生大量的黑色悬浮颗 粒
3.1.2 不同时间
在不同时间，相同温度下制取的产物颜色差异明显，是由 于6h的反应时间过短致使反应不能充分进行，则收集的产物 呈现黑绿色；24h的反应时间过长，使被还原好的氧化亚铜 被氧化为氧化铜，使产物颜色偏黑色。
（4）将搅拌好的溶液移至聚四氟乙烯内衬的水热釜，装好反应釜后移至
干燥箱加热；
（5）加热后将反应釜中产物的上层清夜倾倒，用无水乙醇清洗出沉淀用
电动离心机离心，倾倒上层清夜，用无水乙醇清洗沉淀继续离心如此反 复三次，将其转移到表面皿上60℃干燥后，收集所得产物。
2.3 试验原料
药品名称 醋酸铜 氢氧化钠 无水乙醇 分子式 C4H6CuO4· H2O NaOH CH3CH2OH 生产厂家 天津市巴斯夫化工有限公司 天津市天大化工实验厂 洛阳市化学试剂厂 天津市富宇精细化工股份有限公 司 天津市凯通化学试剂有限公司 国药集化学试剂有限公司 西陇化工股份有限公司
烧杯中，再量取36mL的去离子水与已量取好烧杯中的无水乙醇混合，放 臵待用；
（3）用电子天平称取0.24g的醋酸铜加入已经兑好的乙醇：水（2：3）
中，量取3mL 0.01 mol/L三乙醇胺加入其中，用磁力搅拌器搅拌15min， 然后电子天平称取0.2g NaOH和0.8g的PVP加入溶液中继续搅拌10min后， 加入配制好的1 mol/L葡萄糖溶液2mL继续搅拌2min；
1 2 3 4
不同温度处理（1、2、3和4分别代表60℃ 10h、90℃ 10h、120℃ 10h和150℃ 10h）的降解度
样品分组 降解度 D0 0 0 0 0 D1 0.46 11.90 0.49 11.78 D2 5.27 15.90 2.81 16.40 D3 11.32 17.92 6.27 23.49 D4 21.03 81.45 44.42 38.76
2、试验过程
2.1试验流程图
醋酸铜 NaOH、 PVP
乙醇：水 葡萄糖、 搅拌 水热釜
水洗、Fra Baidu bibliotek醇洗
离心机（离心 10min）
三乙醇胺
产物
干燥箱 （60℃、2h）
2.2 试验步骤
（1）首先配制0.01mol/L的三乙醇胺（TEA）和1 mol/L葡萄糖溶液放臵
待用；
（2）配臵乙醇：水（2：3），用量筒量取24mL的无水乙醇倾倒入150mL

致谢
感谢材料学院四年的教导 感谢刘老师的精心指导 感谢同学们的帮助
3.2 表征及讨论
3.2.1 红外光谱图
图3.2 不同温度红外光谱图 不同温度下样品的红外吸收光谱如图3.6所示，可以清楚的看到90℃、120℃、 60℃在吸收峰600cm-1处都有相同的吸收峰这与纳米氧化亚铜的铜氧键的伸缩振动 峰是相同的。60℃除了在600cm-1处有峰外，在1300cm-1处和1725cm-1处都有峰，可 知60℃生成的产物不纯；90℃只有在600cm-1左右有峰，故90℃生成的氧化亚铜较 纯；120℃在1700cm-1左右也有较小的峰值，故120℃的产物也不纯；150℃的样品 完全没有出现氧化亚铜的特征峰，故150℃的样品无氧化亚铜生成。
电动离心机
80-1
最大转速4000
2.5反应参数
反应温度
反应温度分别取60℃、90℃、120℃、150℃。
反应时间
反应时间取10h。
葡萄糖浓度
葡萄糖浓度分别为0.1mol/L、1mol/L（原始浓度）、3mol/L、5mol/L。
2.6 表征
红外光谱分析 扫描电子显微镜分析
X射线衍射分析
图2.1 光催化装臵图、示意图 具体实验步骤 光催化工艺流程图
光催化流程图
甲基 橙
产物 超声（5min） 取A0 产物
搅拌
紫外可见光光 度计
取样液
光照
光催化具体试验步骤
(1)取0.01g甲基橙与500ml的蒸馏水混合，在超声10min条件下制成
20mg/L的甲基橙溶液。
(2)分别取50毫升甲基橙溶液与20mg的上述四组样品分别混合，超
3.2.3 XRD分析
图3.4 90℃制备氧化亚铜样品的XRD谱图 从图中可以看出氧化亚铜衍射峰所在的位臵分别是29.6°，36.4°，42.3°， 61.4°，73.6°，77.4°，对应的晶面分别是（110），（111），（200）， （220），（311），（222），这些数据都与纯净的的氧化亚铜的衍射峰位臵相同， 并且没有其它的衍射峰存在，这说明所测得物质为纯净的氧化亚铜。
差热-热重分析
2.7 光催化试验
选取60℃ 10h，90℃ 10h，120℃ 10h，150℃ 10h四组产品做光催化实验。将一定 体积的甲基橙溶液（光催化试验过程简述）光催化后甲溶液基橙水溶液的吸光度在 TU-1810型紫外-可见分光光度计上进行测定。试验装臵主要由密闭纸箱，紫外光灯， 磁力搅拌器构成。如图所示：
3.2.4 差热-热重分析图
图3.5 氧化亚铜粉末的差热-热重分析图 这次试验为了检验生成物是否为氧化亚铜颗粒，进行了差热分析，如图 3.5所示。从图中可以看出，在435℃左右时有一个明显的放热峰，这是由 于氧化亚铜被氧化为氧化铜，这个反应是放热反应，所以出现放热峰。同 时我们可以看到，在435℃左右时发生了增重现象，这是由于1mol的氧化亚 铜被氧化时生成2mol氧化铜，质量增加。
3.3 光催化结果分析
光催化剂对甲基橙的降解效果用降解率D来表示，即光催化反应一段 时间后甲基橙溶液的分解百分比；如果一段时间反应后甲基橙溶液浓 度降低为△c，光照前（初始）浓度为c0，D=△c／c0×100％。由于吸 光度A大小与溶液浓度成长比，所以可以用溶液的吸光度来代替溶液浓 度来计算降解率，也即降解率可用下式来计算：
1 2 3 4
甲基橙四组溶液催化剂随时间降解度变化曲 线
结果表明，随降解时间的增长，降解度都在不断增加，从曲线变化来看 第二组的降解曲线基本全部处于其他曲线的上方，其具有最佳的光催化性能， 也即90℃ 10h的样品光催化降解甲基橙的效率最高。
4、结论

采用水热法，用醋酸铜，乙醇：水（2：3），氢氧化钠等原 料在水热釜中反应，经过一系列后续处理制得直径为100nm 左右的纳米球，通过XRD分析，最终确定其组分是Cu，O两 种元素成比例的氧化物。在温度为90℃，恒温时间为10h下情 况下结晶较好，但在90℃条件下结晶度不高。说明氧化亚铜 纳米球的合成与温度有很大关系。在葡萄糖的浓度很高时，反 应釜的上层清液中含有大量的悬浮颗粒，或许这是一种新的碳 微球制取方法。 氧化亚铜具有较强的光催化能力，能有效的降解甲基橙， 随着光照时间的增加，甲基橙被降解的越发明显。通过试验我 们发现在90℃时生成的氧化亚铜对于甲基橙的降解效果最佳， 故在90℃左右所生成的产物与温度过高或过低的相比生成质 量更好。
三乙醇胺
甲基橙 聚乙烯吡咯烷酮 葡萄糖
N(CH2CH2OH)3
C14h14N3NaO3S PVP C6H18O6
2.4 试验仪器
试验仪器 干燥箱 磁力搅拌器 电子天平 红外光谱仪 紫外可见分光光度计 X射线衍射仪 超声波清洗机 型号 FX202-00 78-1 DJ-6002 IRPrestige-21 TU-1810 D8 ADVANCE ECO BG-01 功率80W 主要参数 220V,0.8KW 220V 精度0.01g 400cm-1-4000cm-1 产地 上海树立仪器仪表有限 公司 常州博远实验分析仪器 厂 美国康州HZ电子科技有 限公司 日本岛津公司 北京普析通用仪器有限 公司 德国BRUKER公司 广州邦洁电子产品有限 公司 郑州博科仪器设备有限 公司
图3.1 样品图
3.1.3 不同葡萄糖浓度
葡萄糖作为实验中的还原剂，其浓度在实验中的影响十分明显。若是 葡萄糖的浓度过低，则氢氧化铜不能被全部还原使产量变小，且原料 的残留影响产物各分析的效果；若是葡萄糖的浓度过大，则生成氧化 亚铜后，葡萄糖在水热条件下，被碳化生成黑色悬浮颗粒，对产物也 有的影响。
D= (A0 −A)/A0 ×100%
其中：D代表降解程度，A0为甲基橙的初始吸光度，A光照反应一段时间 后溶液的吸光度。
图3.6 光催化样液
不同温度处理（1、2、3和4分别代表60℃ 10h、90℃ 10h、120℃ 10h和150℃ 10h）的吸光度
样品分组 吸光度 A0 2.164 1.925 2.206 2.580 A1 2.154 1.969 2.154 2.276 A2 2.05 1.619 2.050 2.157 A3 1.919 1.580 1.919 1.974 A4 1.709 0.357 1.709 1.580