前言随着人们对环境保护的日益重视，光催化剂作为一种环境友好的技术，受到了广泛关注。
传统的二氧化(Ti02)光催化剂由于其禁带宽度只能吸收紫外光，限制了其在可见光范围内的应用。
纳米晶体TiO 2 由于其相对较低的成本、无毒性、良好的光电性能和优异的化学稳定性，有可能应用于光催化降解分散在环境中的有害污染物。
但是，由于纯Ti O2的比表面积小、带隙大，其光催化活性和可见光利用效率受到限制，吸附可以通过制备多孔材料负载的TiO_2 2 光触媒，而这也引起了很多人的关注。
考虑到活性炭具有较大的比表面积，AC/TiO的反应速率常数， 光催化降解有机污染物，在170分钟的照射后，使用AC/TiO 2实现了92%的甲基橙转化率，具有357厘米的大表面积 2 /g 。
在掺杂到Ti O2中的各种金属，铜被认为是最重要的，因为其氧化物和较大的光吸收系数。
此外，Cu掺杂还可以减小TiO的带隙，以合适的值进行可见光吸附，可以降低光催化过程中的电子空穴复合速率。
薄膜在模拟太阳能驱动下降解10 mg/L亚甲基蓝溶液，近年来，已作出重大努力，掺杂二氧化钛 2 与非金属阴离子，如 N、S和C所有这些都取代了O在二氧化钛 晶格产生的能级略高于二氧化钛 二级价带。
从性能上看，氮掺杂无疑是改善TiO 2 可见光响应的最佳方案，其中与两种掺杂元素共掺杂会产生协同效应，提高可见光吸收效率，减少光生电荷的复合过程。
这种方法是一种有效的替代方法，因为它允许快速加热到所需的温度和极快速的结晶速率，从而简化了制备过程。
然而，铜和氮共掺杂到二氧化钛 2 通过微波辅助的方法来减小其带隙并将其加载到交流电源上的报道很少。
因此，一个重要的和创新的方法已被尝试，以提高AC/TiO 2 在微波辐照下，Cu、N改性，可见光响应。
AC/TiO 2 铜单掺杂交流/钛 2 和N/Cu共掺杂AC/TiO 2 在微波辅助下，采用溶胶-凝胶法合成了纳米粒子。
采用多种技术对其相结构、形貌、比表面积和光学性能进行了研究，使用催化剂在可见光照射下，对水溶液中的甲醛，进行光降解的研究也在进行中。
在这项研究中使用的概念可以进一步应用到修改其他材料，以提高光催化性能。
催化剂制备AC 是由先前一项研究所述方法制备的，所得的AC样品进行预处理，加入HNO 3 溶液，然后静置24h。
用蒸馏水过滤混合物，直到它变成中性，然后将预处理过的AC干燥并储存直到使用。所有试剂均为分析级。
二氧化钛 2 凝胶/溶胶通过传统的溶胶-凝胶法获得。
在典型的合成过程中，30毫升的原钛酸四丁酯（TBOT）溶解在无水乙醇（EtOH）中的比例为1:1（体积比）。
将冰醋酸14 mL和蒸馏水7mL混入35 mL无水酒精中，搅拌40 min，命名为A溶液。
溶液B滴加到溶液A中，连续搅拌1h.透明的淡黄色二氧化钛 2 然后获得溶胶。预处理后的AC加入到二氧化钛溶胶，将混合物放置在100°C的空气干燥炉中24小时。
固化后，AC/TiO 2 的 制备在 700 W 微波辐射 15 分钟。
制备Cu掺杂AC/TiO 2 ，0.44克铜2与溶液 B 混合，而对于 N 掺杂的 AC / TiO 2 ，1.71 g尿素溶解在溶液B中。
N-AC/ TiO 2 样品中掺杂的 N 和 Cu 和 N–氧化亚铜/钛白 2 分别为0.04克和0.01克。
对于 N ，铜共掺杂的 AC / TiO 二中 ，样品记录为0.04N-0.01的Cu-AC/ Ti O2。
催化剂表征在理学D/Max-2500/PC粉末衍射仪上用X射线衍射（XRD）测定了所制备样品的晶体结构。
每一个样品扫描使用铜— 钾 工作电压为40 kV，工作电流为200 mA的辐射，通过扫描电子显微镜，在15 kV的加速电压下表征光催化剂的表面微形态。
透射电子显微镜（TEM）在100 kV的Tecnai G2 F20显微镜上进行，FTIR光谱用Bruker Vertex FTIR光谱仪记录，分辨率为2 cm。
4000—400厘米的 −1 范围由溴化钾颗粒技术，用U-4100型粉末紫外可见分光光度，计测定了紫外-可见漫反射光谱，比表面积使用布鲁纳尔-埃米特-泰勒（BET）方程计算。
对样品进行了X射线光电子能谱(Xps)分析，用phi5700 esca系统对样品进行了分析。
钾真空压力<10的X射线源(1253.6 eV) −6 以对苯二甲酸（TA）为探针分子，用光致发光（PL）法测定了样品/水界面上OH的生成速率。
在日立F 2500荧光计上，用激发波长为325 nm的Xe灯在室温下对合成产物进行PL光谱。
光催化活性通过降解HCHO溶液，测定了制备的光催化剂的光催化活性，在一个典型的测试中， 50 毫克催化剂加入 50 毫升甲醛溶液。
然后将混合物在500W氙灯下照射以降解HCHO，反应器与灯壳之间的距离为8.5 cm。在最大吸收波长413 nm下，用紫外可见分光光度计测定甲醛的浓度。
不同样品的XRD图谱在25.3°、38°和48°处观察到的峰，为锐钛矿晶相，在27.42°、36.2°、41.3°和44.2°处观察到的峰为金红石晶相。
这些数值均与先前报告的数值一致， 可以看出，二氧化钛 2 与传统加热方法相比，微波辐射法仅需 15 分钟就可获得晶体，有利于稳定交流结构，使过程更节能。
此外，当Cu共掺杂时，在43.3°处得到一个额外的峰，对应于一个Cu物种，表明Cu的形成。
其中， 三维 是晶粒的平均直径， k 是 X 射线波长， θ 是布拉格角， β 是最大强度的一半时的展宽线。
掺杂-TiO 2 的平均晶粒尺寸略小于其前驱体，在共掺杂AC/TiO 2 ,当 Cu 2 + (0.72 A )进入 Ti 二相 晶格，取代 Ti 4 + (0.68 A )时，通过晶格畸变产生应变。
而当 N 取代 O 时, Cu 2 +取代了 O ,而 Cu + 取代了 Ti - O 2− 离子，它会在Ti O2中造成氧缺乏格子。
这些功能，允许重新排列的Ti 4+ 和O 2− 晶格中的离子干扰晶体生长机制相变。
由于活性炭和二氧化钛的协同作用，催化剂的比表面积对有机物的降解也有重要影响。
用N 2 吸附/脱附测定了AC/TiO 2 掺杂前后的BET比表面积，在液体N 2 温度为78 K时， 离子的掺杂对活性炭的比表面积影响不大，而N—Cu-AC/ TiO 2 保持了大面积的 548 米 2 /克。
光催化剂的形貌通过SEM和TEM研究了掺杂前后光催化剂的表面结构、颗粒形貌和晶粒尺寸，未掺杂AC/TiO 2 具有光滑的表面，与一个二氧化钛 2 -具有不规则球形形状的颗粒状形态。
AC/TiO 2的粗糙表面，通过N或Cu掺杂，制备出具有明显颗粒特征的球形。
以N-Cu-AC/TiO_2材料为例样品，二氧化钛如扫描颗粒尺寸几乎是球形的，并且在交流表面分布很好。
透射电镜图像示出了10-40 nm粉末的存在，与XRD计算的粉末一致，然而，在TEM图像中不能观察到Cu，这表明Cu和N掺杂到Ti O2，结构没有发生变化。
3445厘米处的吸收峰 −1 ，这是由于表面羟基基团的伸缩振动，这可以产生具有高氧化能力的表面OH。
羟基部分的振动增强后，掺杂的AC/TiO 2 可提高AC/TiO 2 的光催化活性，在1630 cm −1 处的一个带是由Ti-O键的弯曲振动引起的。
与Cu-AC/TiO 2 、N-AC/TiO 2 和N-Cu-AC/TiO 2 相比，在约1080 cm处有一个附加峰 1 个 ，可以被指定为N-Ti键的振动时所形成的 N 原子嵌入在二氧化钛的网络。
结果表明，当 N 原子被嵌入到 Ti 原子网络中时， N 原子和 Ti 原子之间的振动是相互作用的。
紫外-可见漫反射光谱技术为研究TiO的光学性质提供了条件， 显示了所制备的光催化剂样品，在200-700 nm范围内的漫反射光谱。
纯AC/TiO的光谱 2 示出了约412 nm的吸收边，而N，Cu单掺杂的样品示出的吸收边中的红移和在可见光区域中的强吸收。
N，Cu共掺杂AC/TiO的吸收波长，增加到450纳米。
其中α h ， E g , 和 A 分别是吸收系数、光子能量、带隙能量和常数。
根据上述方程，用库贝尔卡-蒙克函数与激发光能量的修正图确定了样品的带隙。
得到一个带隙值为2.86 eV的AC/TiO 2 ，据文献报道的数据，它是众所周知的块状锐钛矿和金红石的直接带隙能分别为3.2和3.0 eV 。
这意味着，可以用于电子激发的二氧化钛的辐射波长，应在约387 nm较小。
二氧化钛的带隙涂覆在AC样品上，降低到2.86 eV，表明AC载体对Ti O2光学性能的影响光催化剂。
碳基复合材料，被发现能够促进快速的光诱导电荷分离和缓慢的电荷重组，通过接受光生电子从光，催化了Ti O2 2 纳米颗粒。
这种显着的带隙减少与电荷转移，对应于从价带（VB）的导带（CB）的电子激发。
带隙的减小相应地减少了从VB到CB的电子转换所需的能量，从而将光吸收转移到较低的能量。
共掺杂催化剂带隙的大幅度减小可能是由于VB和CB之间混合能级的形成所致。因此，Cu和N掺杂促进了催化剂的可见光吸收，对提高催化剂的光催化活性起着重要的作用。
XPS表征不同的光催化剂进行XPS分析，以检查每个元素的化学状态。
从XPS光谱，所有样品显示在约458和464 eV的峰，这些可以被分配到Ti 2p 3/2 和Ti 2p 1/2 钛核心能级的状态。
因此，钛被认为是钛 4+ 在样品中在研究Cu-AC/TiO的Cu2p核心水平时，Cu和N的掺入对此影响不大。
这一发现意味着Cu被纳入到Ti O2中，晶格与XRD结果一致，在约400 eV处的峰，可归因于N-O键中的间隙N原子或N-AC/TiO的Ti-(N-O)键。
Cu-N-AC/TiO 2表明一些氮基团被吸附在Ti O2上，作为间隙氮掺杂。
在Cu掺杂AC/TiO的情况下，由于Cu-3d轨道，在VB上方形成了一个孤立的能级，并且根据UV-vis结果，这降低了从VB到CB的电子激发所需的能量。
这些光催化剂的光催化活性，通过对HCHO的降解来评价，在相同的实验条件下，N-Cu-AC/TiO 2 活性(94.38%)明显高于纯AC/TiO。
而无光催化剂照射下和N-Cu-AC/TiO 2 在黑暗中150 min，分别为2.74%和8.67%。产物的光催化活性与OH自由基的生成速率相对应。
在自由基清除剂存在下，HCHO的光催化反应效率从94.38%降低到49.89%，表明羟基自由基引发的降解，是催化剂表面反应电子空穴，对降解和光解降解的主导途径。
锐钛矿/金红石比是决定OH生成样品光催化活性的重要因素，Cu-AC/TiO中锐钛矿/金红石比大于纯 AC / TiO 2 含量 (47/53)。
结果表明，辐照下Cu-AC/TiO_3 2 表面OH较多，在 N铜共掺杂的 AC / TiO 2 锐钛矿/金红石的比例增加到57/43，使所研究的反应体系中OH的生成率最高。
一般情况下，同一半导体的两相复合材料有利于减少光生电子和空穴的结合， 从而提高OH的生成速率。
在N-AC/TiO_2材料中的应用 2 随着锐钛矿/金红石比的增加，OH的生成速率逐渐降低，表明最佳锐钛矿与金红石的比例约为57/43。
纳米二氧化钛 2 发现锐钛矿相和金红石相，粒径为18 nm，在共掺杂AC/TiO中有较好的比例，比表面积为548m 2 /g。
氮和铜可以占据Ti O2内部 2 晶体骨架，替代部分Ti 4+ 和O 2− ，并将带隙激发扩展到可见光区域。
制得的N-Cu-AC/TiO 2 在可见光区显示出一个独特的吸收带，并在所有研究样品中呈现出最低的带隙值。
N-Cu-AC/TiO_2 2 在可见光照射下，光催化剂对HCHO的降解具有良好的光催化活性.Cu和N的掺入可以降低电子跃迁所需的能量，从而提高光催化活性。
此外，所产生的光催化剂可以很容易地循环使用，并表现出增强的稳定性。
因此，采用N、Cu掺杂的AC/TiO 在 可见光下，而光降解是一种实用的水质净化方法。
结论实验结果表明，Cu和N的掺杂明显改善了光催化剂的可见光吸收性能，并提高了催化活性。
这一研究为设计和开发高效可见光光催化降解污染物提供了新思路。
未来的研究可以进一步调控Cu和N的掺杂浓度和比例，以提高光催化剂的性能，并探索其在其他环境应用中的潜力。
