[发明专利]一种Cu@Cu2

说明书

本发明涉及一种Cu@Cu₂O@ZnO异质结及其制备方法与应用。包括ZnO粒子及ZnO粒子表面负载的Cu@Cu₂O团簇颗粒，形成Z型异质结。先通过水热法制备得到了ZnO粉末，再通过光沉积的方法，将Cu@Cu₂O直接负载到了ZnO表面，形成了Z型异质结结构，抑制了光生载流子的重组，提高了氧化还原能力，加快了催化剂在模拟太阳光下降解染料的速度。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料技术领域，具体涉及一种Cu@Cu₂O@ZnO异质结及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

工业化的进步离不开能源的消耗，同时还给地球带来比较严重的环境污染，这些问题对全球各个国家造成了很大的困扰。在纺织、印染、化妆品和其他工业领域，罗丹明B和甲基橙是水污染的重要来源之一。它不仅对水生生物造成巨大危害，而且还影响着人类健康。罗丹明B会引起皮肤红斑，心肌纤维断裂甚至死亡。因此，对于环境污染问题，这是人类需要良好处理的。同时，寻找新的绿色并且能够可持续使用的能源也是重中之重。光催化技术完美的契合以上两点。

近年来，金属氧化物和氮氧化物因具有较高的光催化活性，丰富的土壤储藏和环境友好性，在光催化领域受到越来越多的关注。其中，氧化锌(ZnO)作为众所周知的n型过渡金属半导体，在太阳光照射下能够产生高氧化电位的空穴，因此被认为是最有吸引力的材料之一。然而，由于其宽带隙(3.3eV)而导致对太阳光的利用率不高，同时，氧化锌在光催化反应中容易受到光腐蚀会降低催化活性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种Cu@Cu₂O@ZnO异质结及其制备方法与应用。本发明采用两步法进行制备，先通过水热法制备得到了ZnO粉末，再通过光沉积的方法，将Cu@Cu₂O直接负载到了ZnO表面，形成了Z型异质结结构，抑制了光生载流子的重组，提高了氧化还原能力，加快了催化剂在模拟太阳光下降解染料的速度。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种Cu@Cu₂O@ZnO异质结，包括ZnO粒子及ZnO粒子表面负载的Cu@Cu₂O团簇颗粒，形成Z型异质结。

Z型异质结由两个错开型的半导体催化剂和氧化还原电子介体对组成。本发明的Cu@Cu₂O@ZnO异质结，ZnO为半导体催化剂，Cu@Cu₂O为氧化还原电子介体。在紫外光照射下，ZnO和Cu₂O的电子从价带激发到导带，ZnO导带上的光生电子转移到铜的表面，Cu₂O价带上的空穴也转移到Cu表面。ZnO中剩余的空穴与Cu₂O中的电子分离良好，具有较好的氧化还原能力。本发明的异质结在太阳光的条件下具有降解效果。本发明中采用Cu@Cu₂O团簇作为半导体与ZnO配合，具有抑制光生载流子重组和加快光生电荷和载流子的传输速度，提高了催化性能。

Cu₂O具有较小的带隙，Cu₂O具有提高ZnO的降解效果的作用，Cu₂O与Cu复合，进一步提高了催化效果。Cu@Cu₂O@ZnO样品对有机污染物(RhB)的降解效果。同时金属铜纳米粒子也起着不可替代的作用，一方面，它作为电子-空穴猝灭位点，阻碍了半导体本身的重组，另一方面，它具有等离子体共振的作用，从而改善了光响应的范围。