纳米材料的用途长期以来并不广泛，但在过去十年中，纳米材料的应用开始受到重视，因此它可能比传统块状材料更具优势。最新的光催化纳米材料进展，使我们有望将太阳能转化为氢气并储存起来，从而实现清洁替代能源。

而氢被认为是最终的能源来源，因为它可以通过纳米光催化材料的帮助，通过水的光分解来产生。虽然纳米光催化材料，目前尚未在光伏和传统化石燃料技术中得到广泛应用，但历史研究表明它们有着光明的未来。

目前，有许多过渡金属及其化合物，被用于太阳能电池和光催化二氧化碳还原反应。氧化铜（CuO）就是其中一种常用的材料，因其窄带隙（1.2 eV）、出色的导热性（33 W/mK）和良好的稳定性而备受青睐。

这种纳米晶体具有更高的活性中心和较大的比表面积，为光催化降解有机污染物，提供了良好的化学稳定性。它还具有足够高的载流子迁移率和较长的少数载流子扩散长度。Ti掺杂的CuO NPs在异质结太阳能电池中的应用，已经显著改善了载流子迁移率和短路电流密度。

1、掺锂CuO纳米片的合成

掺锂CuO纳米片的制备过程，需要一系列复杂步骤，我们需要将硝酸铜三水合物和硝酸锂被选作起始原料。为了控制反应的发生，还要在里面添加了六亚甲基四胺，有助于纳米片的形成。

在典型的合成过程中，我们将1.0 m（Cu（NO）3)2+3小时2O）和0.1 m的HMT溶解在100 mL去离子水中，并在1°C下用磁力搅拌40小时。

然后，我们将混合溶液放入热风炉中，在90°C下保持5小时，以促进反应的进行。接着将产物进行洗涤和离心处理，然后在200°C下进行1小时的煅烧，再通过调整锂离子和铜的比例，即硝酸锂的摩尔比，进而再观察着锂离子电池的表现。

2、光催化测量

我们将制备好的Cu催化剂加载到250毫升烧杯中，再添加0.005克/升亚甲蓝染料和0.02克/升的催化剂。然后加入20毫升含有30%氢氧化物的氧气溶液，使反应在室温下静置。

在距离反应体系20厘米处，放置一台强度为300毫瓦/平方厘米的550瓦卤钨灯，作为可见光源。

为了进行光催化反应，我们需要将溶液暴露在可见光照射下，并进行连续搅拌。随后定时取出5毫升的悬浮液并离心处理，以去除光催化剂。

通过紫外-可见分光光度计，我们可以监测反应的进展情况。同时，他们还使用LC-MS技术来鉴定反应产物，进一步了解Cu催化剂的光催化性能，通过光催化反应，Cu可以激发氧化还原反应，从而将有害物质转化为无害产物。

1、X射线衍射图谱分析

我们可以通过X射线衍射图谱来了解这些纳米结构的特性。这些图谱展示了Cu（铜）和O（氧）纳米结构在不同浓度下的衍射峰锐度，这些峰锐度反映了材料的结晶性质。我们观察到的衍射峰与JCPDS卡编号48-1548相匹配，这对应于具有空间群C110/c的单斜结构。

我们还在CuO中发现了其他峰，分别对应于JCPDS卡号48-0798铜酸锂（LiCuO）和JCPDS卡号77-2144氧化锂（Li2O）。这些新的峰的到达位置表明，Li（锂）离子进入了Cu晶格的间隙位点。

通过使用Debye Scherrer方程，我们能得知纳米晶体的尺寸。随着掺杂浓度的增加，尺寸从约22纳米降低到约15纳米，但对于Cu来说并没有变化。

2、FT-IR光谱分析。

在红外光谱（FT-IR）中，我们观察到的高峰位于约450、525和600厘米附近，与CuO的特定振动键相关。

CuO通常有六种工作模式，预计在450至600厘米处出现3Au和3Bu模式。但由于锂掺杂，这些振动模式发生了位移，这是因为锂离子改变了材料的电子密度。

通过扫描电子显微镜，我们还观察到纳米片状结构的形成，表明CuO纳米片是通过类似的晶体取向机制形成的，锂掺杂对CuO的形态没有产生太大影响。但锂掺杂有助于使CuO纳米片变得更小，形成非常薄的纳米片/棒并形成网络。

而在反应开始时，Cu（OH）++2析出为小纳米颗粒。随后在沉淀阶段，Cu（OH）2失去了H2O分子，从而破坏了平面间的H键，导致初级层状单斜CuO纳米结构的形成。

通过这些微量锂掺杂，可以促进CuO纳米片的一端一起生长，而在锂掺杂的帮助下，层状CuO被部分分裂成更小的纳米片，因为锂分子的强烈布朗运动可能会破坏CuO晶面的完整性。

3、拉曼光谱分析

当我们研究CuO（氧化铜）时，发现它有三种特殊的拉曼活性模式，比如Ag、B1g和B2g。

我们发现B1g模式与CuO的弯曲有关，而B2g模式对应于氧分子的拉伸。在LiCuO相中，还发现了大约在487 cm−1处的横向纵向光学EuTO（LO）模式。然而，我们发现在较高浓度下，锂可能会在表面形成偏析现象。

为了进一步支持这些结果，我们使用了XPS技术，通过观察Cu-2p和O-1s的峰，我们发现CuO中的铜存在Cu2+帷幔状态，而Cu1−xLixO（其中x = 0.05）的纳米片相对于原始CuO显示了红移现象。

表明锂离子与CuO之间，可能发生了一种化学相互作用，使得CuO中的光生电荷增强，导致更好的光电流性能。

而Li掺杂的CuO会向较高的结合能偏移，这也被XPS和紫外-可见-DRS结果所证实。我们观察到掺杂铜Cu1−xLixO（x = 0.05）的O-1s峰被压缩，而其他剩余的峰得到了扩增。这表明锂的掺杂导致了Cu中缺陷的变化，进一步证实了各种氧相关缺陷的存在。

但锂离子的掺杂，不仅可以提高CuO在可见光和近红外范围内的光吸收率，而且随着Li含量的增加，它还可以持续减小材料的带隙。我们观察到当Li含量增加到7.0 mol%时，形成了第二相，并且带隙的能量值增加到了1.41 eV。

4、Li掺杂的空穴浓度

当我们在材料中加入锂掺杂，会对电荷载流子的复合时间产生影响，这主要得益于锂掺杂导致的较高带隙能量，使材料能够在可见光区域吸收能量较小的光子。锂掺杂还会引起价带尾部的延伸，甚至提升到价带最大值的上方，这可能是光学吸收开始的原因。

研究证明，锂掺杂可以在条件带内产生稀薄的受体水平，从而有效地增加空穴的浓度。空穴浓度的提升能扩大空穴电导率，减少了电子-空穴在大部分空间电荷区域的复合现象。

随着空穴密度的增加，它能级会相应改变，向正方向偏移，较高的掺杂量还会改变带隙并引起间隙内缺陷状态的形成。通过光致发光（PL）光谱检测，我们发现了这些缺陷。

在438和490纳米之间，出现了光致发光带，被认为是材料固有的缺陷。锂掺杂使得在438和450纳米处的蓝色波段消失，并降低了波段发射强度。

由于缺陷的出现，带强度降低，这是因为晶格发生了畸变，进而抑制了电子-空穴复合。PL结果表明，锂掺杂后电荷载流子（空穴）得到增强，从而改善了材料的短电流密度。

为了了解锂离子对铜氧化物（CuO）纳米颗粒的电子特性产生的影响，我们进行了阻抗谱分析，发现经过锂掺杂后，交流电导率明显提高。

而通过奈奎斯特图解析，我们发现在样品中存在两个半圆弧，分别对应晶粒和晶界，表现出无德拜类型的弛豫行为。复阻抗用并联RC等效电路模型拟合，显示掺杂样品的有效电导率要高得多。

当锂掺杂量为x = 0.05时，Cu和Li混合价态之间的电子跳跃，导致样品的晶界电阻（R2）较小，同时，铜（Cu）的导电行为逐渐增强。

但是，当锂掺杂量进一步增加至x = 0.07时，样品的半圆弧直径较小，这表明兴奋剂跳跃率降低，可能发生在间隙部位或产生隔离现象。

实验证明，当锂掺杂量为x = 0.05时，Cu1−xLixO（x = 0.05）纳米片表现出更高的导电性，并且在可见光区域具有高吸收率，晶界电阻较小，有助于吸收更多的太阳光谱。

5、光催化活性

紫外-可见吸收光谱结果显示，通过将锂掺杂到CuO（即CuCu1−xLixO（x = 0.05））纳米片中，其光催化活性显著优于未掺杂的CuO纳米片。

而通过光催化降解效率直方图，我们能证明在经过93分钟光照后，Li掺杂CuO（x = 0.05）纳米片的MB降解率约为原始CuCu1−xLixO纳米片的120%，也就是说，合成的Li掺杂CuO在可见光下具有潜在的应用价值。

通过LC-MS检查反应过程中的光催化降解产物，我们还发现Li掺杂CuO纳米片的光催化降解速率高于未掺杂的CuO纳米片。这可能是因为Li掺杂CuO纳米片拥有更大的比表面积。

之前有说到，较小的纳米颗粒具有更高的光催化活性。而锂的掺杂还改善了导电性，并增加了表面积，这进一步提高了光催化活性。

Li的掺杂还引入了与氧相关的缺陷，这增强了载流子迁移率并提高了电荷收集效率，从而进一步增强了光催化活性。

纳米片的片状结构还有助于提高电子-空穴分离效率，促使它们转移到表面，从而增强了光催化反应的活性。但Li掺杂CuO的价带（VB电位）为正，不能产生∙OH物种。

因此，在H2O2的存在下，溶液的氧化能力明显增强。H2O2能够产生大量的∙OH物种，这些物种具有高度氧化能力，能够有效地降解有机污染物。

经过精密调查和受控反应参数的处理，我们获得了有关原始和Cu性能的重要发现。晶体学结果与XPS测试的结果完全一致。通过分析电导率，我们发现锂离子成功地渗透进入了CuO晶格，这实际上改善了材料的性能。

在光照条件下，我们观察到锂离子的存在，使得CuO的导电性增加，并且它在光的吸收率方面表现得更加优异，晶界电阻减小了，也意味着材料可以更高效地捕获更大比例的太阳光谱。

这项进步对于提高太阳能电池的效率至关重要，因为它减少了电子和空穴之间的相互复合，并且有效地改善了CuO的电荷分离能力。

1、哈夫萨·赛义德， 穆罕默德·伊克拉姆， 阿里·海德尔， 萨迪亚·纳兹， 安瓦尔·乌尔-哈米德， 瓦利德·纳布甘， 朱奈德·海德尔， SM 易卜拉欣， 哈米德·乌拉， 谢尔迪尔·汗 ， 在还原剂存在下的有效染料降解和杀菌行为与 z 方案 P3HT/g-C3N4 掺杂的 CuO 异质结的计算机分子对接， 表面和界面， 10.1016/j.surfin.2023.102804， 38， （102804）， （2023）.

2、Ozcan Koysuren， Hafize Nagehan Koysuren， CuO及其与聚苯胺复合物在可见光下光催化降解亚甲蓝和Cr（VI）光还原中的应用， 溶胶-凝胶科学与技术学报， 10.1007/s10971-023-06049-2， 106， 1， （131-148）， （2023）.

3、徐婷婷， 夏忠辉， 李洪冠， 牛平， 王淑兰， 李莉， 构建晶体g‐C3N4/g‐C3N4−xSx同种型异质结构用于高效光催化和压电催化性能， 能源与环境材料， 10.1002/eem2.12306， 6， 2， （2022）.

4、Hafsa Siddiqui，Netrapal Singh，Viplov Chauhan，N. Sathish，Surender Kumar，用于硝酸盐检测的电化学3D打印铜花园，材料快报，10.1016 / j.matlet.2021.130795，305，（130795），（2021）。

5、王天琪， 田冰冰， 韩斌， 马定仁， 孙明哲， 阿米尔·哈尼夫， 夏德华， 尚金， 用于协同吸附和光催化的多孔材料的最新进展， 能源与环境材料， 10.1002/eem2.12229， 5， 3， （711-730）， （2021）.