溶剂效应在无模板溶剂热法合成Cu2O及其光催化活性中的关键作用

本研究针对Cu2O合成过程中易相变为CuO的稳定性难题，通过无模板溶剂热法，首次系统探究了乙醇、乙二醇和甘油三种溶剂对Cu2O形貌及光催化性能的影响。结果表明，绝对乙醇（Cu2O-AE）合成的样品具有最小的晶粒尺寸（11.19 nm）和最高降解效率（97%），为溶剂选择与材料性能调控提供了新见解。

　　

氧化亚铜（Cu₂O）作为一种能利用可见光的p型半导体，在光催化领域具有巨大潜力，但其合成过程中易氧化为氧化铜（CuO）的稳定性问题长期制约应用。传统方法如化学还原、电沉积等往往需要复杂模板或后处理步骤，而溶剂热法虽能调控形貌，但溶剂选择对产物性能的影响机制尚不明确。

为突破这一瓶颈，研究人员开展了一项开创性研究，首次采用绝对乙醇（AE）、乙二醇（EG）和甘油（G）三种兼具溶剂与还原剂功能的体系，通过无表面活性剂的一步溶剂热法合成Cu₂O。研究通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等表征手段，结合刚果红（CR）染料降解实验，系统揭示了溶剂物化性质对材料性能的调控规律。

关键技术包括：1）溶剂热合成（170°C，8小时）构建不同溶剂体系的Cu₂O；2）多尺度表征（XPS、BET比表面积分析等）解析材料特性；3）可见光催化降解实验评估性能；4）循环稳定性测试验证实用性。

研究结果显示：

1. 晶体结构分析：XRD证实所有样品均为纯相Cu₂O，Cu₂O-AE晶粒尺寸最小（11.19 nm），其（111）晶面间距0.22 nm通过HRTEM直接观测。
2. 形貌调控差异：SEM显示Cu₂O-AE呈5-10 nm准球形颗粒，而Cu₂O-EG形成海绵状团聚体，Cu₂O-G则出现20-40 nm纳米管。
3. 光物理特性：UV-Vis显示Cu₂O-AE带隙2.03 eV最优，PL光谱证实其电子-空穴复合率最低。
4. 催化性能：Cu₂O-AE在90分钟内实现97% CR降解，速率常数（0.9017 min^-1）远超其他样品，5次循环后仍保持50%活性。

讨论指出，乙醇的还原性、极性和低粘度特性协同促进了小尺寸、高结晶度Cu₂O的形成，其大比表面积（8.815 m²/g）和介孔结构（1.899 nm孔径）为光催化提供了充足活性位点。该研究不仅为Cu₂O的绿色合成提供了新范式，更建立了溶剂性质-材料性能的定量关联模型，发表于《Next Materials》的这项成果对功能材料设计具有普适指导意义。