氧化亚铜的电化学制备的目的和意义

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氧化亚铜是一种性能优异的p型半导体材料,其带隙宽度与可见光波长范围相对应,适合被太阳光直接激发而具有光催化和光电特性,非常具有应用潜力。但是氧化亚铜基光催化和光电器件并没有得到普遍应用,原因是受现有方法和工艺的限制,氧化亚铜的制备成本难以降低、制备过程较为繁复,加之本身量子效率不高,实际性能很难令人满意。因此,探索和丰富氧化亚铜的制备手段,并研究制备工艺与氧化亚铜自身属性和应用性能之间的关系,对于拓展氧化亚铜基光催化和光伏材料的应用以及能源产业的优化都具有重要的意义。从理论上讲,氧化亚铜的量子效率可以通过两种方式提高,一是通过利用异质结之间的势垒来对光生电子-空穴对实现有效分离,二是减小氧化亚铜的晶粒尺寸来阻碍光生电子-空穴对的复合。所以,本文探索了阳极氧化和电沉积等两种电化学制备方法,分别在铜箔和导电玻璃表面制备了氧化亚铜薄膜,表征了其光催化和光电性能,并重点探讨了制备工艺、薄膜成分和形貌以及光催化和光电性能方面的相互作用机理。本文的主要研究内容如下:1.利用阳极氧化+水解/还原两步法在铜箔上制备了氧化亚铜薄膜。研究了阳极氧化过程中氯化铵电解液pH值和浓度、电流密度、温度以及搅拌等工艺条件对于阳极表面成分和形貌的影响,并结合固-液界面双电层动力学、热力学模型和电化学表征数据对于影响机理进行了分析。研究表明:在阳极氧化过程中,当电解液为酸性时,铜箔表面主要生成氯化亚铜薄膜,当电解液为碱性时,则生成氢氧化铜薄膜,因为氯化铵电解液的pH值升高无论是在动力学方面还是热力学方面都更适合氢氧化铜的生成电解液浓度升高会使产物的析出电流增加,电极表面双电层中的电荷传输和离子结合速率都得到提升,有利于氢氧化铜的生成较高的电解液温度有利于氢氧化铜的水解反应,同时有利于氯化亚铜晶粒的长大在阳极氧化过程中加入搅拌是防止钝化膜生成的一个必要手段,但是搅拌速度不宜过快。阳极氧化完成后,将制得的氯化亚铜薄膜浸入双氧水稀溶液并光照,可以利用水解和发泡反应将氯化亚铜薄膜转化为氧化亚铜海绵状多孔纳米晶薄膜制得的氢氧化铜薄膜则可以通过在还原性气氛下热处理或与葡萄糖溶液反应来进行还原,转化为氧化亚铜。2.对氧化亚铜薄膜的光催化性能进行了表征。薄膜在90分钟内对甲基橙的光催化降解率达到了60%~70%氧化亚铜薄膜还可以光催化加速氧化剂对亚甲基蓝等有机染料的氧化脱色,使得脱色速率提高了一倍以上氧化亚铜薄膜在光照下对于污染河水水样中的藻类具有非常显著的杀灭效果,4小时内对蓝藻、绿藻和杂藻的杀灭率分别达到了100%、100%和90.9%同时,对水样中有机污染物也起到了明显的降解作用,4小时内水样中总碳、总磷和总氮含量分别下降了10.6%、55.4%和18.4%。氧化亚铜薄膜还在光解水析氧反应中具有很高的催化活性,8小时内的单位质量产氧量达到了172.90~233.27μmol每毫克氧化亚铜。

氧化亚铜为一价铜的氧化物，鲜红色粉末状固体，几乎不溶于水，在酸性溶液中歧化为二价铜和铜单质，在潮湿的空气中渐渐氧化成黑色氧化铜，别称也叫一氧化二铜、红色氧化铜、赤色氧化铜。

鉴别方法：

1、用酸性溶液，看反应现象，例如用硝酸，氧化铜会逐渐溶解；氧化亚铜会有一氧化氮或二氧化氮气体产生。用硫酸盐酸，同样氧化铜会逐渐溶解；氧化亚铜会生成铜单质。

2、从颜色来区分，氧化铜是黑色，氧化亚铜是砖红色。

3、高温加热，氧化亚铜高温不分解，而氧化铜会分解为氧气和氧化亚铜，反应温度约1000度，难达到。

扩展资料：

氧化亚铜制备方法主要有以下几种：

1、干法：铜粉经除杂质后与氧化铜混合，送入煅烧炉内加热到800～900℃煅烧成氧化亚铜。取出后，用磁铁吸去机械杂质，再粉碎至325目，制得氧化亚铜成品。如果采用硫酸铜为原料，则先用铁将硫酸铜中的铜还原出来，以后的反应步骤与以铜粉为原料法相同。

2、葡萄糖还原法：将硫酸铜溶液与葡萄糖混合后加入氢氧化钠溶液进行反应，生成氧化亚铜，经过滤、漂洗、烘干粉碎制得氧化亚铜产品。

3、肼还原法：将3～5mL 20%的肼水溶液倒入50mL高浓度乙酸铜水溶液中，使二价的铜离子还原。溶液最初变为绿色，并产生氮气，放置一段时间后则沉淀出黄色至橙黄色的氧化亚铜。沉淀用水、乙醇和乙醚洗涤。因为过量的肼可使氧化亚铜进一步还原为金属铜，所以肼的用量不宜过量。

4、金属铜的直接氧化法：用铂丝将金属铜吊在竖式管状电炉中，在含1%(体积分数)氧的氮气氛中，于1000℃加热24h则得氧化亚铜。或将金属铜和氧化铜的化学计算量混合物封闭于真空管中，在1000℃加热5h使其反应而得到氧化亚铜。

参考资料：百度百科-氧化亚铜

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