Fabrication of Au–Cu2O core–shell nanocube heterostructures

Au–Cu₂O core–shell nanocubes with edge dimensions of 15–45 nm have been produced by annealing a copper grid at 300 °C in air in the presence of tetraoctylammonium bromide-stabilized gold nanoparticles. The microstructure of these novel heterostructures, especially the interface between gold nanoparticle core and Cu₂O shell, has been investigated in detail using high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Chemical analyses have been performed on a single Au–Cu₂O core–shell nanocube using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) in the scanning transmission electron microscopy (STEM). Based on the experimental results, a growth mechanism is proposed.     

偏压控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生长及其光电化学性质

基于TiO2/Ti电极在含Cu2+溶液中的循环伏安图,调节电沉积的沉积电压,我们在TiO2平整表面制备出Cu2O和/或Cu颗粒.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征,发现Cu2O和Cu有不同的生长机制:Cu2O颗粒在TiO2表面分散结晶,而Cu颗粒是在已生长的颗粒上成核,从而形成堆积颗粒结构.这是由于在Cu2O/TiO2界面和Cu/TiO2界面形成不同的能带结构,使得电子的转移方式不同.与纯TiO2光阳极比较,可以观察到Cu2O/TiO2和Cu/TiO2异质结构的光电流均有显著增强.特别地,存在一个电压区间使得Cu2O和Cu同时生长在TiO2表面,此时对应的光电流比较稳定并且能达到最大.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和光电流-电压特性曲线均显示,Cu2O和Cu明显有助于光的可见光吸收,同时Cu/TiO2在光电转换过程中显示更宽波段的可见光利用率.此外,开路电压的增加、有效的电荷分离和电极/电解质界面上载流子的快速迁移也增强了材料的光电化学性质.     

Hydrothermal Syntheses of CuO,CuO/Cu2O,Cu2O,Cu2O/Cu and Cu Microcrystals Using Ionic Liquids

In this paper, CuO, CuO/Cu₂O, Cu₂O, Cu₂O/Cu and Cu microcrystals were synthesized via a hydrothermal method by mixing Cu(NO₃)₂·3H₂O and NaOH together in the presence of an ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate([BMIM]BF₄) or 1-butyl-3-methylimidazolium chloride([BMIM]Cl). The structures and the morphologies of the obtained products were characterized by means of X-ray diffractometer(XRD), field-emission scanning electron microscopy/energy-dispersive spectroscopy(FESEM/EDS), transmission electron microscopy/selected area electron diffraction(TEM/SAED) and Raman spectroscopy. The result of XRD indicates that Cu₂O and Cu microcrystals are cubic phase and the Raman spectra confirm the presence of carbon. The results of FESEM and TEM images show Cu₂O microcrystals as rule cubes of 2 μm in length and Cu particles of 5 μm in diameter. According to the difference between crystal structures, bi-component and single component products were synthesized by adjusting the reaction conditions. A possible formation mechanism of Cu₂O and Cu was proposed in[BMIM]BF₄.     

基于氨基化煤基碳点的复合光催化剂的制备及对CO2还原的催化性能

采用过氧化氢氧化法剥离出煤炭结构中的晶体碳[煤基碳点(CDs)], 并通过亚硫酰氯氯化及乙二胺钝化等步骤对其进行氨基化修饰, 制得N, S共掺杂的氨基化煤基碳点(NH₂-CDs), 再利用其表面的氨基和含氧基等官能团的配位及分散作用, 将由氯化铜原位还原得到的氧化亚铜(Cu₂O)纳米粒子包覆于其中, 制备了复合催化剂Cu₂O/NH₂-CDs, 表征了其结构和形貌, 并考察了其可见光催化还原CO₂/H₂O的性能. 结果发现, NH₂-CDs的存在使复合催化剂不仅具备了较强的CO₂吸附性能, 而且还具有了高效的电子-空穴对分离和电子转移能力, 从而表现出优异的光催化还原CO₂制备HCOOH的性能. 反应6 h时, 产物HCOOH的量为2582.4 μmol/g cat, 约为同条件下纯Cu₂O作为光催化剂时产物HCOOH产率的7.3倍.     

Template Synthesis and Characterization of Cu2O/TiO2 Coaxial Nanocable for Photocatalysis

Coaxial nanocable consisted of p-type Cu₂O nanowires and n-type TiO₂ nanotubes arrays was prepared in the porous anodic aluminum oxide(AAO) template via the sol-gel method and subsequent electrodeposition method. X-ray diffraction analysis identified an anatase structure of the TiO₂ nanotubes and cubic structure of the Cu₂O nanowires. The obtained samples were also characterized by scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS). The diffrence of open circuit potential of the coaxial nanocable electrode was larger than that of the TiO₂ nanotubes electrode under ultraviolet illumination, which means doping with Cu₂O could improve the photovoltage effectively. Meanwhile, nanocable arrays exhibited a high activity for photodegrading Rhodamine B under Xe lamp irradiation and the photocatalysis degradation efficiency was up to 98.69% after degradation for 7 h. The enhanced photocatalytic activity could be attributed to the high migration efficiency of photoinduced electrons, which may suppress the charge recombination effectively.     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO2纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu2O纳米颗粒修饰改性TiO2纳米管阵列,形成Cu2O/TiO2纳米管异质结复合材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,重点研究了Cu2O/TiO2纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能.结果表明,Cu2O纳米颗粒均匀附着在TiO2纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu2O/TiO2纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol?L-1的CuSO4溶液中制得的Cu2O/TiO2纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu2O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

1-辛基-3-甲基咪唑功能化石墨片负载氧化亚铜催化二氧化碳电还原制乙烯

电催化还原二氧化碳制备乙烯是备受关注的热点问题,高效催化剂的制备是决定乙烯产率的关键因素。本文在1-辛基-3-甲基咪唑氯的水溶液(OmimCl : H₂O = 1 : 5,体积比)中通过电剥离石墨棒制备了1-辛基-3-甲基咪唑功能化石墨片(ILGS),在水溶液中负载氧化亚铜后得到氧化亚铜/1-辛基-3-甲基咪唑功能化石墨片复合材料(Cu₂O/ILGS),通过透射电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和X射线衍射对其组成和结构进行了系统研究,发现ILGS由多层石墨烯组成,表面富含缺陷。这些缺陷被1-辛基-3-甲基咪唑通过共价键修饰,形成类似鸟巢状的微结构,平均直径5 nm的Cu₂O纳米颗粒在石墨片表面均匀分散。在0.1 mol∙L⁻¹碳酸氢钾水溶液中,研究了Cu₂O/ILGS在不同电压下催化CO₂电还原的性能。结果表明,Cu₂O是主要活性中心并在CO₂还原过程中被逐渐还原成铜,导致产物的法拉第效率随着反应时间而变,在−1.3 V (vs RHE)电压下,乙烯的法拉第效率最高达到14.8%,其性能归因于Cu₂O/ILGS复合材料中的鸟巢状微结构对Cu₂O纳米颗粒的稳定作用。     

不同晶相TiO2负载Cu2O催化甲醛乙炔化反应

分别以金红石相和锐钛矿相TiO₂为载体, 采用液相还原-沉积法制备了Cu₂O/TiO₂催化剂. 采用氮气物理吸附-脱附(N₂-physisorption)实验、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 CO红外光谱(CO-IR)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等技术, 研究了不同晶相TiO₂载体对Cu₂O/TiO₂结构及其催化甲醛乙炔化反应性能的影响. 结果表明, 以金红石相TiO₂为载体的催化剂炔化活性明显高于以锐钛矿相TiO₂为载体的催化剂, 原因在于金红石相TiO₂主要暴露(110)晶面, 其与铜物种的配位环境及较高的空位密度形成了更多的Cu—O—Ti结构物种, 表现为Cu₂O与TiO₂之间强的相互作用. 这导致Cu₂O高效转变为乙炔亚铜活性物种, 并保持了较高的分散度与稳定性, 抑制了过度还原物种金属Cu的生成, 进而使催化剂表现出较高的催化性能.     

Cr掺杂Cu2O的光催化性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算的方法,研究了不同浓度及不同位置Cr掺杂Cu₂O体系的缺陷形成能、电子结构和可见光区域的光催化性质及产生机理。结果表明,本征Cu₂O显示半导体特性,在可见光区域吸收很弱;不同浓度、不同位置的Cr掺杂体系均是稳定的,显示金属特性。与本征Cu₂O相比,随着Cr掺杂浓度的增大,体系在可见光范围内的吸收峰均有不同程度的增强,并且两个Cr原子近邻掺杂时可见光区域的吸收系数最大,光催化效率最强。态密度分析发现,Cr掺杂体系在可见光范围的吸收主要由Cr 3d态电子的带内跃迁产生;不同掺杂浓度和结构构型主要影响材料在长波长段的物理性质,而对短波长段的性质影响很小。因此,通过增大Cr掺杂浓度及调控掺杂位置可以提高Cu₂O在可见光区域的光催化效率,推动Cu₂O在光催化方面的发展。     

铜修饰多孔镍自支撑电极的构建及其葡萄糖氧化性能

采用水热合成法制备了正八面体Cu₂O/Cu修饰的多孔Ni(NF)自支撑电极(Cu₂O/Cu-NF),并对其进行了形貌和结构表征。 在三电极体系下,在碱性介质中以循环伏安法和恒电位安培法测试其对葡萄糖催化氧化性能。 结果表明,150 ℃水热法制备的自支撑电极对葡萄糖的电催化氧化活性最强。 响应电流与葡萄糖浓度在3.7×10^-3~1.1 mmol/L和1.4~5.0 mmol/L范围内呈线性相关,响应灵敏度分别是6929和706.1 μA/(mmol·L^-1·cm²),且具有良好的选择性和稳定性,对无酶葡萄糖传感器的发展有重要意义。     

Cuprous Oxide/Nitrogen-doped Graphene Nanocomposites as Electrochemical Sensors for Ofloxacin Determination

Cu₂O/nitrogen-doped grapheme(NG) nanocomposite material was prepared via a facile one step chemical reduction and characterized by means of X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM). A new electrochemical sensor was then fabricated by coating Cu₂O/nitrogen-doped graphene nanocomposite with Nafion on glassy carbon electrode(Cu₂O/NG/Nafion/GCE). The electrochemical response of this modified electrode toward ofloxacin was examined by cyclic voltammetry. The results indicate that Cu₂O/NG/Nafion composite-modified electrode exhibits higher catalytic activity in the electrochemical oxidation of ofloxacin compared with glassy carbon electrode(GCE), Cu₂O/Nafion modified electrode(Cu₂O/Nafion/GCE), and N-doped graphene/Nafion modified electrode(NG/Nafion/GCE). Under optimal conditions, the peak current was found to be linearly proportional to the concentration of ofloxacin in the 0.5-27.5 μmol/L and 27.5-280 μmol/L ranges with a lower detection limit of 0.34 μmol/L, higher sensitivity of 39.32 μA·L·mmol^-1 and a shorter reaction time of less than 2 s. In addition, Nafion can enhance the stability of the modified electrode and prevent some negative species. Thus the modified electrode exhibits good selectivity and a long working life. The Cu₂O/NG/Nafion composite modified electrode shows promising application in electrochemical sensors, biosensors, and other related fields because of its excellent properties.     

Cu2O微晶的可控制备及可见光催化亚甲基蓝降解性能

以醋酸铜为铜源, 柠檬酸钠为形貌导向剂, 乙二醇和水为溶剂, 采用溶剂热法制备了立方状形貌的Cu₂O微晶. 利用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱( XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等对Cu₂O微晶进行了表征. 结果表明, 在柠檬酸钠与醋酸铜摩尔比为1.0时, 于180 ℃反应5 h可以制备出尺寸分布在0.6~1.5 μm间的均一立方状形貌Cu₂O微晶. 研究了该微晶对亚甲基蓝(MB)在可见光下降解反应的光催化性能. 结果表明, 在H₂O₂存在下, Cu₂O微晶(0.3 g/L)在100 min内对30 mg/L MB溶液的降解率可以达到98%. 该催化剂经过8次循环使用对MB的降解率仍保持在96%以上, 展现了较高的催化活性及良好的稳定性. 通过活性物种的分析对催化体系的光催化机理进行了推测.     

改性活性炭纤维可见光催化联合脱硫脱硝的研究

利用水合肼还原法制备的TiO₂/Cu₂O复合光催化剂对活性炭纤维(ACF)进行改性,利用SEM、XPS、BET以及XRD对其进行表征,研究改性后ACF的性质及其脱硫脱硝效果。研究表明,TiO₂/Cu₂O同时改性后的ACF表面孔径减小,但表面石墨碳和羰基(C=O)官能团增加,增强了ACF对NO和SO₂的吸附能力,从而提高了脱硫脱硝的效率,该催化剂在40℃、可见光的催化下脱硫效率达90%,脱硝效率达60%。     

氧化/还原预处理对Cu2O/AC催化甲醇氧化羰基化的影响

将醋酸铜热解制备的Cu₂O/AC(活性炭)催化剂,在氧化(O₂/N₂)和还原(H₂/N₂、CO/N₂)气氛下进行预处理。350 ℃下预处理4 h,氧化气氛中Cu₂O完全被氧化为CuO,还原气氛中Cu₂O被还原为单质铜。经CO/N₂预处理的催化剂表面Cu⁰分散性好,催化活性显著升高。在常压固定床微型反应装置上测试,在140 ℃的反应温度下,碳酸二甲酯的时空收率和选择性分别达到了261.9 mg/(g·h)和74.7%。反应后,还原气氛(H₂/N₂、CO/N₂)预处理的催化剂与Cu₂O/AC催化剂中铜物种价态组成趋于一致,催化活性亦趋于一致。关联反应前后催化剂表面铜物种的变化和催化活性的差异,可以认为Cu⁰具有较高的初始催化活性,Cu₂O活性和价态均较为稳定,CuO活性较低。     

沉淀剂对铜锰复合氧化物变换催化剂构效的影响

以CuSO4.5H2O和MnSO4.H2O为原料,KOH和NaOH为沉淀剂制备了铜锰复合氧化物,考察了其变换反应催化性能,利用XRD、低温氮气吸附法、TG、H2-TPR等对所合成样品进行了表征。以KOH和NaOH为沉淀剂所得沉淀终产物的物相组成和织构明显不同,分别为层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O及无定形锰氧化物和Cu2+1O和Mn3O4混合物。两种物相组成和织构完全不同的沉淀终产物焙烧后都生成Cu1.5Mn1.5O4固熔体,在变换反应条件下均转化为Cu和MnO,但其催化性能却有明显差异。以NaOH为沉淀剂,得到以Cu2+1O和Mn3O4复合体为主的沉淀终产物,焙烧及还原后保持了较高的织构稳定性,提高了样品的活性和热稳定性。而以KOH为沉淀剂得到以层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O和无定形锰氧化物为主的沉淀终产物,在焙烧过程发生的演变极其复杂,削弱了铜锰组分协同效应,造成其活性和热稳定性极差。研究结果表明,NaOH作沉淀剂所制备样品的织构稳定性、催化活性显著高于以KOH作沉淀剂所制备样品,且热稳定性良好。     

Cu_2O微纳晶可控合成及其光催化性能研究——推荐一个综合化学实验

介绍一个综合化学实验——Cu2O微纳晶可控合成及其光催化性能研究。采用简单配合物作为前驱物,在水热条件下通过调节反应条件,合成多种形貌的Cu2O微纳晶体,并对所得的不同产品结构、形貌和光学性质进行表征,对其光催化能力作对比性研究。     

N_2O在钾改性Cu-Co尖晶石型复合氧化物上的催化分解(英文)

制备了几个不同组成的Cu-Co尖晶石型复合氧化物,用于N2O分解反应,在活性较高的Cu0.8Co0.2Co2O4表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性催化剂,考察了碱金属助剂类型、钾前驱物和钾负载量等对改性催化剂活性的影响。用BET、XRD、SEM、XPS等方法表征了催化剂结构。结果表明,几种碱金属碳酸盐改性Cu0.8Co0.2Co2O4的催化活性发生了显著变化,其中,K改性催化剂的活性有明显提高,而Cs的表面改性反而降低了催化剂活性;钾前驱物对K/Cu-Co的催化活性也有较大影响,其中,加入碳酸钾明显提高了催化剂的活性,而加入硝酸钾和醋酸钾反而降低了催化剂活性;有氧无水、有氧有水气氛中,400!C下N2O在碳酸钾改性催化剂0.05K/Cu0.8Co0.2Co2O4上的转化率分别达到了100%和87.6%;该催化剂在400!C下的恒温反应活性和稳定性均高于未改性催化剂。     

Highly Efficiency p-Type Dye Sensitized Solar Cells Based on Polygonal Star-morphology Cu2O Material of Photocathodes

Cuprous oxide（Cu2O）,as an important p-type semiconductor,has been widely investigated due to its high electron transmission and facile preparation.However,the electrode made of only Cu2O has been rarely investigated.In order to demonstrate the possibility that material Cu2O can be applied to the electrode of p-type dye sensitized solar cells（DSSCs）,the photo-electrodes made of prepared Cu2O powder and commercial Cu2O particles have been fabricated.The results show that the electrode based on as-prepared Cu2O（Cu2O-2） powder exhibits higher performance than that based on commercial Cu2O（Cu2O-1） particle.The device based on Cu2O-2 electrode reaches into an open-circuit voltage of 0.71 V,a short-circuit current density of 1.3 mA/cm^2,a fill factor（FF） of 46%,and a conversion efficiency of 0.42% measured under AM 1.5G（100 mW/cm^2） illumination.The enhancement performance of Cu2O-2 is attributed to the high dye adsorption of Cu2O-2 compared with that of Cu2O-1.To the best of our knowledge,this is the highest conversion efficiency value reported for solar cells based on Cu2O-DSSC.This work provides that Cu2O is also a candidate for constructing the electrode of p-type dye sensitized solar cells.     

ZrO2修饰Cu催化剂还原以及反应过程中表面组成的变化

通过热分解法制备Cu模型催化剂,然后经浸渍制备ZrO₂/Cu催化剂,采用SEM、XPS考察了催化剂表面形态和组成,并采用in-situ Raman考察了催化剂在还原和吸附CO和水的过程中随时间的变化。结果表明,还原前Cu催化剂表面主要存在CuO物种,而在ZrO₂/Cu表面,除了CuO物种,还存在着大量的表面羟基物种。ZrO₂/Cu相对Cu更加容易还原为Cu⁰,同时,ZrO₂在催化剂表面聚集形成絮状态,而Cu催化剂还原后主要形成Cu₂O物种。Cu催化剂表面吸附CO后,除了形成Cu-CO外,Cu₂O物种均会迅速消失形成CO₂。Cu催化剂对水的作用比较弱,但是ZrO₂/Cu催化剂和水作用较强,并且通过Cu-OH中间物形成Cu₂O物种。     

Cu/ZnO催化糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的研究

通过共沉淀法制备一系列铜锌催化剂,用于固定床上糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的研究。采用X射线衍射仪(XRD)、N_2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)、NH_3-程序升温脱附(NH_3-TPD)表征,分析催化剂中Cu0和ZnO在催化反应中的作用。结果表明,Cu~0是糠醛加氢的活性中心,氧化锌的加入减小了催化剂晶粒粒径、增大了催化剂比表面积、利于催化剂还原和增加催化剂表面弱酸性位。当Cu/Zn物质的量比为1∶2时,Cu_1Zn_2催化剂具有适宜氧化还原活性中心及弱酸位数量,对2-甲基呋喃表现出较高的选择性。Cu_1Zn_2催化剂在常压、反应温度为200℃、氢醛物质的量比为4∶1、糠醛体积空速为0.3 h-1条件下,糠醛转化率100.0%,2-甲基呋喃选择性最高为93.6%。反应稳定运行200 h后,糠醛转化率仍为100.0%,2-甲基呋喃选择性为80.0%,糠醇选择性为11.4%。