Cu2O—QDs/GO复合物的制备及其光催化性能研究

荣子佳 戈丹 王颖 于光辉

摘要 [目的]制备复合光催化剂Cu2O-QDs/GO，考察复合物中氧化石黑烯（GO）的最佳负载量及其光催化性能。[方法]采用改良的Hummer法制备GO，利用化学沉淀法将Cu2O-QDs负载在GO片层上。采用XRD、DRS及TEM表征方法，对催化剂的形貌、组成、性质进行判定。[结果]GO经超声后成片层状，Cu2O以颗粒形式负载于GO表面，粒径为10 nm左右，属于量子点级别。GO的最佳负载量为7%。[结论]通过光催化降解罗丹明B（RhB）的试验，证实复合催化剂对RhB的降解效率相比于单一Cu2O-QDs有明显提高。

关键词 氧化亚铜量子点；光催化；氧化石墨；罗丹明B

Preparation of Cu2O-QDs/GO Composite and Its Photocatalytic Properties

RONG Zi-jia，GE Dan，WANG Ying et al （School of Environment，Northeast Normal University，Changchun，Jilin 130117）

Abstract [Objective]To preparea composite photocatalyst of Cu2O-QDs/GO and investigate the optimal loading amount of GO and its photocatalytic activity.[Method]The modified Hummer method and a chemical deposition process were used to prepare GO and the Cu2O-QDs/GO composite.The morphology，composition and properties of the photocatalysts were characterized by TEM，XRD and DRS.[Result]The results showed that the prepared GO was in the form of monolayer，and the Cu2O was loaded on the GO surface with a particle size of about 10 nm.The best loading content of GO was 7%.[Conclusion] As compared with the single photocatalyst of Cu2O-QDs，the photocatalytic activity of the composite for the degradation of RhB was enhanced significantly.

Key words Cu2O-QDs；Photocatalysis；GO；RhB

近年來，随着科技的发展和工业化程度的不断加深，人类赖以生存的环境受到了严重的威胁和破坏，其中以水体污染最为严重[1]。为解决水污染问题，学者探索了很多方法。光催化氧化技术是一种新型水处理技术，其中，光催化剂开发是该技术的核心。氧化亚铜是一种具有可见光响应能力的p型半导体光催化剂，其禁带宽度为2.0～2.2 eV，理论光电转换率可以达到12%[2]，因此，Cu2O可以更充分地利用太阳光中可见光部分。同时，Cu2O以其无毒害、制备简单、材料来源广等优点，受到越来越多学者的关注。但Cu2O自身也存在一些缺点[3]，采用适当方法对其进行改性，提高其光催化效率及稳定性是一个研究热点。目前，对Cu2O改性常见的方法有贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、减小催化剂粒径等[4]。

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的重要派生物，结构与石墨烯大体相同，都具有力学性能好、比表面积大及高效的电荷传导性，与半导体光催化剂复合，可以为其提供大量的附着点位和促进光生电子-空穴的分离，进而提高光催化效率。GO自身有良好的亲水性，使其在水中分散性良好[5]，从而利于复合催化剂的分散。此外，GO片层表面的静电斥力也使其在水中能够均匀分散[6]。制备GO的方法主要有Brodie法、Staudenmeier法、Hummers法3种[7]。笔者采用改良的Hummers法制备GO，再利用化学沉淀法将Cu2O量子点（Cu2O-QDs）负载在GO表面，形成Cu2O-QDs/GO复合物，通过光催化降解试验考察复合催化剂中GO的最佳负载量及复合光催化剂的光催化性能。

1 材料与方法

1.1 试验材料

D/MAX-2500型号X射线衍射仪；JEOL-2100F型号透射电镜；Cary 500 spectrophotometer 型号紫外-可见分光光度计（以BaSO4粉体为基底，测试范围为200～800 nm）。次磷酸钠（A.R.）、五水硫酸铜（A.R.）、高锰酸钾（A.R.）、二甲基亚砜（A.R.），国药集团化学试剂有限公司；鳞片石墨；硝酸钠（A.R.）、盐酸（A.R.）、过氧化氢（A.R.），北京化工厂。

1.2 试验方法

1.2.1 GO的制备。

低温反应阶段：量取25 mL浓硫酸于烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，温度维持在0 ～ 4 ℃，加入1 g石墨及0.5 g NaNO3，不断搅拌1 h；搅拌后缓慢逐次加入3 g KMnO4，继续搅拌2 h，反应温度控制在10 ℃左右。中温反应阶段：将烧杯移至恒温水浴锅，水温保持在35 ℃左右，不断搅拌30 min。高温反应阶段：向混合溶液中缓慢加入去离子水80 mL，保持混合溶液温度在98 ℃左右，加水过程中不断搅拌，反应30 min。高温反应后，向混合溶液加入去离子水50 mL，降温后，向混合溶液中加入30% H2O2 15 mL，最后用10%盐酸和去离子水洗涤，于60 ℃真空干燥，备用。