二维CuO/rGO纳米复合材料：一种增强Cr(VI)光催化还原的新型结构设计

本研究针对水体中致癌性六价铬(Cr(VI))的治理难题，开发了一种通过探针超声法制备的二维CuO/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料。该材料通过rGO作为电子受体抑制电荷复合，将Cr(VI)光催化还原效率提升至75%（纯CuO仅25%），速率常数提高7倍(0.007 min-1)，且循环稳定性优异。研究为重金属污染治理提供了高效可持续的解决方案。

　　

水体中致癌性六价铬(Cr(VI))的治理是环境领域的重大挑战。传统处理方法效率低且易产生二次污染，而光催化技术虽具潜力，却受限于电荷复合率高和可见光利用率低等问题。针对这一难题，英国大学埃及分校等机构的研究人员创新性地设计了一种二维CuO/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料，通过独特的结构设计实现了Cr(VI)的高效光催化还原，相关成果发表在《BMC Chemistry》上。

研究团队采用探针超声法构建了CuO纳米片（平均尺寸396 nm，厚度6 nm）与rGO的异质结构，通过XRD、HRTEM、XPS等技术证实材料成功合成。关键实验技术包括：改良Hummers法制备GO、溶热法合成CuO前驱体、超声辅助复合构建异质结构，以及UV-Vis漫反射光谱和光催化活性测试。

材料表征结果
FT-IR分析显示CuO与rGO通过Cu-O-C键形成稳定界面；XRD证实复合材料中CuO保持单斜晶系（d间距≈2.52 ?），而GO的(001)峰消失表明其被还原为rGO；XPS揭示Cu²⁺以CuO(933.3 eV)和Cu(OH)₂(935.06 eV)两种形态存在，C1s谱证实rGO的sp²杂化碳结构。

光催化性能
在可见光下（λ>420 nm），复合材料180分钟内实现75%的Cr(VI)还原效率，速率常数(0.007 min^-1)是纯CuO的7倍。这种增强归因于rGO的双重作用：作为电子受体（LUMO≈4.4 eV）接收CuO导带电子（≈4.1 eV），抑制电荷复合；同时其褶皱形貌提供大量Cr(VI)吸附位点。

稳定性验证
复合材料在三次循环后仍保持75%的活性，HRTEM显示CuO纳米片在rGO基质中均匀分布（元素映射显示C:60.4%, O:28.8%, Cu:10.6%），结构稳定性优异。

该研究通过精准的异质结设计，解决了光催化材料电荷分离效率低的核心问题。CuO/rGO复合材料将环境友好的可见光驱动催化与石墨烯的高导电性相结合，为重金属污染治理提供了新思路。其7倍提升的催化效率、优异的循环稳定性（3次循环无衰减）和1.1 eV的窄带隙特性，标志着二维纳米材料在环境修复领域的重大突破，对实现可持续发展目标（SDG）中清洁水体的要求具有重要意义。未来可通过优化pH适应性、开发连续流反应器等方式进一步推动实际应用。