納米氧化銅JL-Cu0在光電催化領(lǐng)域的應(yīng)用
1. 納米氧化銅在光催化中的應(yīng)用
光催化利用光能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng),杭州久麗生物納米氧化銅JL-Cu0因其窄帶隙(1.2–1.7 eV)和可見光響應(yīng),在環(huán)境治理和能源轉(zhuǎn)化中具有重要應(yīng)用。
(1)污染物降解(水/空氣凈化)
① 有機(jī)染料降解
合成CuO納米片與g-C₃N₄復(fù)合,用于降解羅丹明B(RhB)。
效果:可見光下90 min降解率>95%,比純CuO提高40%。
機(jī)理:g-C₃N₄提供活性位點(diǎn),CuO增強(qiáng)光吸收,協(xié)同促進(jìn)·OH自由基生成。
② 抗生素降解
JL-Cu0修飾的TiO₂納米管陣列。
效果:對(duì)四環(huán)素的降解率在2 h內(nèi)達(dá)85%,且循環(huán)5次后活性保持90%。
優(yōu)勢(shì):TiO₂的紫外響應(yīng)與CuO的可見光吸收互補(bǔ),拓寬光譜利用范圍。
③ VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)去除
專利JP2020157964A(CuO-ZnO氣凝膠)
方法:超臨界干燥法制備多孔CuO-ZnO氣凝膠,用于甲醛光催化氧化。
效果:在室內(nèi)光條件下,6 h內(nèi)甲醛去除率>90%。
特點(diǎn):高比表面積(>200 m²/g)提供更多活性位點(diǎn)。
(2)光催化制氫(HER)
CuO納米顆粒于MoS₂納米片上。
效果:在模擬太陽光下,產(chǎn)氫速率達(dá)15.2 μmol/(h·cm²),是純MoS₂的3倍。
機(jī)理:CuO作為電子阱,抑制MoS₂的光生載流子復(fù)合。
2. 納米氧化銅在電催化中的應(yīng)用
電催化通過外電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)反應(yīng),久麗納米氧化銅(JL-Cu0 )因其可變價(jià)態(tài)(Cu²⁺/Cu⁺)和高導(dǎo)電性,在能源轉(zhuǎn)換中表現(xiàn)突出。
(1)析氧反應(yīng)(OER)
專利US20180290145A1(Fe摻雜CuO納米線)
方法:水熱法合成Fe-CuO納米線陣列,用于堿性電解水。
效果:在10 mA/cm²電流密度下過電位僅290 mV,Tafel斜率62 mV/dec。
優(yōu)勢(shì):Fe摻雜優(yōu)化CuO的電子結(jié)構(gòu),提升OER活性。
(2)CO₂電化學(xué)還原
專利EP3566876A1(N-CuO/碳布電極)
方法:氨氣熱處理CuO/碳布,引入氮摻雜。
效果:在-0.8 V vs. RHE時(shí),CH₄法拉第效率達(dá)82%,穩(wěn)定性>50 h。
機(jī)理:N摻雜促進(jìn)CO₂吸附和C-C偶聯(lián)。
(3)葡萄糖電化學(xué)傳感
專利CN110563041A(CuO納米花修飾電極)
方法:溶劑熱法合成CuO納米花,滴涂于玻碳電極。
效果:檢測(cè)限低至0.1 μM,線性范圍1–10 mM,抗干擾性強(qiáng)。
應(yīng)用:用于血糖監(jiān)測(cè),響應(yīng)時(shí)間<3 s。
3. 實(shí)際應(yīng)用案例
(1)工業(yè)廢水處理(光催化)
企業(yè)應(yīng)用:某化工集團(tuán)采用CuO/TiO₂薄膜反應(yīng)器(專利CN109107619A)處理含酚廢水,COD去除率>90%,運(yùn)行成本降低30%。
(2)電解水制氫(電催化)
示范項(xiàng)目:德國某能源公司使用Fe-CuO納米線陽極(US20180290145A1),電解槽能耗降至4.2 kWh/Nm³ H₂。
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