氧化亚铜光催化剂制备手段的研究现状

肖姗姗 毕菲 赵丽 王立艳 盖广清

摘 要：本文简述了氧化亚铜（Cu2O）光催化剂的发展和应用，对提高Cu2O光催化效率及其稳定性的改性手段进行了概括，并综述了Cu2O的几种常用的制备方法，最后对Cu2O光催化剂的前景进行了展望。

关键词：Cu2O;光催化剂;改性手段;制备方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.035

0 引言

氧化亚铜（Cu2O）是一种常见的p型窄带隙半导体，直接禁带宽度为2.0～2.2eV。它有着诸多卓越的物理化学性能，又因无毒和环境友好性而被广泛用于太阳能转化、催化剂、传感器、电子工业以及磁存储等领域[1-3]。Cu2O凭借低成本和可见光的强响应性而被认为是最有前景的环境光催化剂之一。目前，多种形貌的纳米结构Cu2O包括纳米球、纳米纤维、立方体、八面体、二十六面体等，已经被成功生产并用于光降解污水、光解水制氢和光催化CO2中[2，4]。

1 Cu2O光催化剂的发展

1998年，Hara等研究发现Cu2O可以利用可见光分解H2O生成H2和O2，这是Cu2O作为光催化剂用于能源转化方面的首次案例[5]。Cu2O光催化剂的研究吸引人们更多的关注。研究发现，Cu2O在可见光激发下会产生电子和空穴，这种光生电子和空穴的快速传输和分离是控制光催化效率的关键因素。但是，Cu2O的光生电子和空穴有较高的复合率，这大大限制了Cu2O光催化剂的发展。另一方面，Cu2O会被光腐蚀，呈现光不稳定性，这也是Cu2O光催化剂发展过程中的瓶颈。Huang等发现Cu2O在降解水中有机污染物甲基橙几个小时后效率明显下降，这是Cu2O被光腐蚀导致的[6]。研究改性Cu2O可以解决上述难题，主要改性手段包括：调节高活性晶面比例，掺杂金属或非金属离子，与金属或其他半导体复合制备二元或三元异质结等[3]。

2 Cu2O光催化剂的制备

Cu2O的形貌多样性是由多种多样的制备方法来实现的，Cu2O的制备方法可以归纳为三种：气相法、固相法和液相法。氣相法主要有磁控溅射法、喷雾热解法和化学气相沉积法。Hu等通过磁控溅射法在TiO2纳米棒上生长CuOx，并将其光解水产氢效率的提高归功于Cu2O[7]。Liu等利用喷雾热解法制备了CNTs/Cu2O-CuO复合物，有很高的光催化效率[4]。固相法包括低温固相法和高温烧结法。经典的高温烧结法可以通过烧结Cu得到规整的Cu2O纳米线。气相法和固相法由于设备成本较高而应用较少，液相法因为成本低廉、原料丰富、操作简单和反应条件温和而被广泛应用。

液相法主要有湿化学法、水（溶剂）热法、化学沉淀法、液相还原法和电化学沉积法等。Wei等使用湿化学法合成Ag-Cu2O/rGO光催化剂，对降解苯酚有很好的效果[1]。Zheng等采用水热法制备Cu2O有很好的光催化活性和光稳定性[8]。Ma等采用化学沉淀法制备了Au@Cu2O复合光催化剂，它可以很快地光降解水中甲基橙[9]。Xi等报道的具有高效光催化性的三元复合物Ag-Cu2O/C3N4，其中Cu2O是利用化学还原法得到的[2]。Singh等利用电化学沉积法制备Cu2O，经其修饰的聚砜超滤膜可以用于处理制药废水[10]。液相法可以通过调整溶液浓度、反应时间、溶液pH值、添加表面活性等条件来控制生成Cu2O的形貌、粒径尺寸以及晶面比例等，是Cu2O的制备方法中最常使用且发展最迅速一种。

3 总结与展望

Cu2O作为最有前景的光催化剂之一，研究者们致力于提高它的光催化效率以及光化学稳定性。Cu2O光催化性能的改善，依靠得到具有高分离率的光生电子和空穴，主要通过形貌、尺寸和晶面控制、掺杂、与其他物质复合来实现。而Cu2O的制备手段发展是得到性能优异的Cu2O光催化剂的根本所在。研究者们的当前目标是，寻求更完善的制备方法，开发更成熟的工艺条件，使Cu2O光催化剂能够发挥更大的潜在能力，从而实现其用于光催化领域的工业化大生产。

参考文献：

[1]Wei Q，Wang Y，Qin H，et al.Appl.Catal.B-Environ.2018（227）： 132-144.

[2]Xi Q，Gao G，Jin M，et al.Appl.Surf.Sci.2019（471）：714-725.

[3]陆标.基于铜及氧化亚铜复合材料制备及催化行为研究[D].杭州： 浙江理工大学，2015.

[4]Liu P，Bao R，Fang D，et al.Adv.Powder Technol.2018（29）： 2027-2034.

[5]Hara M，Kondo T，Komoda M，et al.Chem.Commun.1998（03）：357-358.

[6]Huang L，Peng F，Yu H，et al.J.Solid State Sci.2009（11）：129-138.

[7]Hu Q，Huang J，Li G，et al.Appl.Surf.Sci.2016（369）：201-206.

[8]Zheng Z，Huang B，Wang Z，et al.J.Phys.Chem.C 2009（113）：14448-14453.

[9]Ma Y，Zhu X，Xu S.Appl.Catal.B-Environ.2018（234）：26-36.

[10]Singh R，Yadav V，Purkait M.Sep.Purif.Technol.2019（212）：191-204.

项目名称：吉林省教育厅“十三五”科学技术项目，吉林省科技发展计划项目

项目编号：JJKH20180582KJ，JJKH20180580KJ; 20180520217JH，20170520152JH

作者简介：肖姗姗（1983-），女，吉林辽源人，研究生，博士，讲师，研究方向：光催化纳米材料。