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第 9 期 周 勇，等: 三维 Fe@GE-Cu 复合材料的制备及其催化性能 ·1489·

Fe@GE-Cu 复合材料的形成机理如下：在初始 烯的质量分数为 16.17%。
阶段，熔融的葡萄糖逐渐聚合并形成葡萄糖衍生物，
FeCl 3 6H 2 O 和 NH 4 Cl 均匀分散并吸附到葡萄糖衍生
物表面。NH 4 Cl 受热分解产生的 NH 3 和 HCl 气体使
聚合物泡壁逐渐变薄，再通过原位生成的金属 Fe
的催化作用，使得碳源在较低温度（900 ℃）下实
现石墨化并转变为石墨烯，制得 Fe@GE 材料。随
2+
后 Cu 被均匀吸附在 Fe@GE 表面，在水合肼的还
原下，原位生成 Cu 纳米粒子，制得 Fe@GE-Cu 复
合材料。

2.1.4 XRD 分析
图 5 Fe@GE 和 Fe@GE-Cu 0.65 的 FTIR 谱图
图 4 为 Fe@GE 和 Fe@GE-Cu 0.65 的 XRD 谱图。
Fig. 5 FTIR spectra of Fe@GE and Fe@GE-Cu 0.65
图中 2θ=26°处是高结晶度石墨的衍射峰 [12,15] ，表明
在 900 ℃煅烧下、经金属 Fe 的催化，葡萄糖的石 2.2 催化还原 Cr(Ⅵ)的性能测试
墨化程度较高。此外，在 2θ=44.8、65.0处，Fe@GE 2.2.1 空白实验
的衍射峰与标准卡片（JCPDS:06-0690）完全一致， 实验发现，在含有六价铬的溶液中，仅添加复
说明生成了立方晶系的 Fe。在 2θ=43.3、50.4、74.1 合催化剂 Fe@GE-Cu 0.65 、不加入还原剂甲酸时，六
处，Fe@GE-Cu 材料的衍射峰与标准卡片（JCPDS: 价铬的浓度没有伴随时间的延长而出现明显的变
04-0836）完全一致，说明生成了立方晶系 Cu，且 化，说明无还原剂下，Fe@GE-Cu 0.65 并不能对 Cr(Ⅵ)
其各衍射峰较高，表明 Cu 的晶体结构较为完整。 产生催化还原作用。而在同样的六价铬溶液中，不
加入复合催化剂 Fe@GE-Cu 0.65 、只加入 1 mL 质量
分数 88%的甲酸水溶液时，Cr(Ⅵ)在 1 min 时就基本
达到稳定，Cr(Ⅵ)浓度只有 15.92%的减少，说明单
纯的甲酸对 Cr(Ⅵ)的还原影响不大。
2.2.2 三维 Fe@GE-Cu 0.65 催化还原 Cr(Ⅵ)的性能
通常认为，350 nm 处的紫外吸收峰消失，表明
Cr(Ⅵ)被完全还原 [1,6] 。图 6 为 Fe@GE-Cu 0.65 催化还
原 Cr(Ⅵ)的效果图。由图 6 可见，Cr(Ⅵ)浓度变化非
常快，在 1、3、6 min 时，Cr(Ⅵ)分别被还原了 52.13%、
80.69%、98.73%，在 9 min 时，Cr(Ⅵ)已基本被还

图 4 Fe@GE 和 Fe@GE-Cu 0.65 的 XRD 图 原，其紫外-可见光谱曲线已基本保持水平，说明
Fig. 4 XRD patterns of Fe@GE and Fe@GE-Cu 0.65 Cr(Ⅵ)得到了较为充分的还原。

2.1.5 FTIR 和 ICP 分析
图 5 为 Fe@GE 和 Fe@GE-Cu 0.65 材料的红外光
–1
谱图。由图可见，3440 cm 处为 O—H 伸缩振动吸
–1
收峰，2931 cm 处为 C—H 的伸缩振动峰，1068 cm –1
–1
处为 C—O 的特征振动峰。Fe@GE 在 1646 cm 处
的 C==O 伸缩振动吸收峰经与纳米铜复合后红移至
–1
1635 cm 处，说明纳米铜成功负载到 Fe@GE 表面。
此外，在负载有 Fe 和 Cu 的材料中也未发现 Fe—O
和 Cu—O 的特征峰（Fe—O 伸缩振动峰位于 582 和

–1
640 cm 处，Cu—O 伸缩振动峰位于 525 和 609 cm –1 图 6 Fe@GE-Cu 0.65 还原 Cr(Ⅵ)的 UV-vis 光谱
处 [16-18] ），表明催化剂中没有 Fe 2 O 3 、Fe 3 O 4 、Cu 2 O Fig. 6 UV-vis spectral evolution with time during the
或 CuO 等杂质的存在。 reduction of Cr( Ⅵ ) in the presence of
Fe@GE-Cu 0.65 catalyst
此外，采用原子吸收分光光度计对 Fe@GE-Cu 0.65
为了表明 Cr(Ⅵ)已经被还原成 Cr(Ⅲ)，本文在
中 Fe 和 Cu 含量进行了测定，10 mg Fe@GE-Cu 0.65
中 Fe 和 Cu 的质量分别为 1.901、6.482 mg，则石墨 反应后的溶液中添加了过量的 NaOH 溶液，发现反