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为解决传统 CuO 光催化剂合成方法的弊端，研究人员开展 “直接加热法在 kanthal 线圈上制备 CuO 棒用于罗丹明 B（RhB）光催化降解” 的研究。结果显示该法可制备含 Cu?O 和 CuO 的催化剂，对 RhB 有一定降解效率。该研究为工业废水处理提供新方案。
在环境污染日益严重的当下，工业废水中的有机污染物成了亟待解决的难题。光催化降解技术凭借独特优势，成为科研人员关注的焦点，其中氧化铜（CuO）作为一种极具潜力的光催化剂，备受瞩目。CuO 拥有窄带隙（1.2 - 2.0 eV），能吸收可见光，具备高稳定性、无毒、成本低等优点，在传感、吸附和光降解等领域应用广泛。然而，它也存在电荷载流子迁移率低、光腐蚀等问题，制约了其光催化效率和长期稳定性 。同时，传统的 CuO 光催化剂合成方法，如溶胶 - 凝胶法、脉冲激光沉积法、水热法和化学气相沉积法等，存在设备复杂、处理时间长、能耗高的缺点，限制了其大规模应用。
为了突破这些困境，研究人员开启了新的探索之旅。来自未知研究机构的科研团队，开展了一项关于 “直接加热（DH）法在 kanthal 线圈上制备 CuO 棒用于罗丹明 B（RhB）光催化降解” 的研究。他们致力于找到一种简单、高效且可扩展的光催化剂合成方法，以解决工业废水处理中的实际问题。该研究成果发表在《Environmental Surfaces and Interfaces》上。
在这项研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用直接加热法将 CuO 和 Cu?O 纳米材料固定在 kanthal 线圈上，通过控制加热时间和功率来制备不同的样品。其次，运用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、室温光致发光（RTPL）测量和拉曼光谱等多种表征技术，对样品的结构、形貌、组成和光学性质进行深入分析。最后，通过降解 RhB 染料实验，评估光催化剂的性能，并进行了猝灭试验和可重复使用性测试。
下面来看具体的研究结果：
- 结构和光学性质：XRD 分析表明，不同加热时间制备的样品中均存在 Cu?O 和 CuO 相，且 CuO 是主要的光催化剂。FESEM 图像显示，随着加热时间增加，Cu?O 粒子先形成，随后 CuO 棒在其基础上生长，最终覆盖整个 kanthal 线圈表面。TEM 图像进一步证实了 Cu?O 粒子的结构和晶格间距。XPS 光谱分析确定了样品表面元素组成和氧化态，Raman 光谱和 RTPL 分析则揭示了样品的振动模式和光学性质，表明 CuO 和 Cu?O 相共存。
- RhB 染料去除和猝灭试验：UV - Vis 吸收光谱显示，在 UV 照射下，RhB 溶液的特征吸收峰逐渐减弱，表明染料发生了分解。不同加热时间制备的 CuO/coil 对 RhB 染料的去除效率在 19% - 23% 之间，虽无显著差异，但均优于裸线圈。猝灭试验表明，h+、O?•-和?OH 自由基都是 RhB 染料降解的关键活性物种。在 Cu?O 和 CuO 系统中，这些活性物种通过不同的反应途径参与 RhB 的降解过程，二者独立作用协同提高了系统的光催化效率。
- 可回收性研究：对加热 8 分钟制备的 CuO/coil 进行可回收性测试，结果发现，经过三个连续循环后，RhB 染料去除效率从 21.01% 降至 13.24%。这主要是由于光催化剂的脱落以及 RhB 染料在活性位点的积累，阻碍了光催化反应的进行。
- 与文献对比：与文献中其他 CuO 基光催化剂相比，本研究中固定在 kanthal 线圈上的 Cu?O/CuO 对 RhB 染料的初始去除效率较低，且在三个循环后效率下降明显。但该研究使用的 kanthal 线圈作为基底，具有成本效益高的优势，为光催化剂的制备提供了新的选择。
研究结论和讨论部分指出，研究人员成功利用直接加热法在 kanthal 线圈上生长了 Cu?O 和 CuO 纳米材料。加热 8 分钟、40W 功率制备的 CuO/coil 含有平均粒径为 1666.67 ± 727.78nm 的 Cu?O 粒子和平均直径为 77.77 ± 19.08nm 的 CuO 棒。虽然 Cu?O 粒子的团聚限制了光催化性能，但该催化剂在 UV 光下对 RhB 染料仍有 21.01% 的降解效率。然而，可重复使用性测试中效率的下降，凸显了提高光催化剂与基底的附着力以及防止染料在活性位点积累的重要性。
总的来说，这项研究意义重大。直接加热法为在 kanthal 线圈上固定 Cu?O 和 CuO 提供了一种简单且可扩展的方法，该系统在工业废水处理方面展现出强大的潜力，有望成为一种经济有效的降解有机污染物的解决方案。尽管目前还存在一些问题，但为后续研究指明了方向，推动了光催化技术在废水处理领域的进一步发展。
