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第 2 期 张转芳，等: CuS/GO 纳米复合材料的制备及光催化降解性能 ·241·

工业染料 Rh-B 是较常用的染料，其染料废水
色度高，有机物污染大，很难用传统的方法处理。
在可见光照射下，样品 CuS/GO 降解 Rh-B 溶液吸
光度随时间的变化曲线，如图 5a 所示，随着可见光
照射时间的增加，Rh-B 分子在 554 nm 波长处的吸
收峰强度逐渐降低。同时研究只加氧化石墨烯和
CuS 纳米粒子光降解 Rh-B 实验，发现光照时间
120 min 后样品 CuS/GO 对 Rh-B 降解率达到 95%，
如图 5b 所示。根据公式（1）得知，ln(C/C 0 )对时

间呈线性关系，说明整个降解过程遵循一级动力学 图 5 光催化降解罗丹明 B 的吸收光谱图（a）；罗丹明
方程，如图 5c 所示。并且 CuS/GO 作为催化剂的降 B 在不同时间的降解率（b）；在不同催化剂作用
–1
解动力常数 k 值为 0.0198 min ，约是单加 CuS 下对应的一级曲线图（c）；CuS/GO 光催化降解罗
丹明 B 的 3 次重复实验图（d）
–1
（0.0038 min ）催化效率的 5.2 倍。是单加 GO Fig. 5 Adsorption spectra of Rh-B over CuS/GO
–1
（0.0017 min ）的 12 倍。同时对 CuS/GO 纳米复 nanocomposite under visible light irradiation (a);
合材料光催化降解 Rh-B 进行 3 次重复实验，发现 Degradation rate of Rh-B over different catalysts
with irradiation time (b); Adsorption kinetics curves
降解能力基本没有发生变化，如图 5d 所示，说明 of Rh-B over different samples (c); Recycling
CuS/ GO 在光催化降解 Rh-B 重复性好。 experiments of photocatalytic degradation of
Rh-B over CuS/GO for three times (d)

2.5 CuS/GO 纳米复合材料形成机理及光催化机理
石墨烯通过氧化处理，将含氧基团引入到石墨
烯层间，并且在其中的每一层都被接枝了许多的含
氧基团，包括（—COO、==C==O、—COH 等），如
图 6a 所示。从而使得层与层间的间隔增大，其表面
的电负性官能团具有亲水性，表面活性剂的憎水基
团附着在石墨烯的憎水区，然后亲水基团与氧化石
墨烯的自身的负电极性基团共同使石墨烯具有亲水
性，在水做溶剂的条件下，这些负电极性与溶液中
2+
2+
的 Cu 结合，如图 6b 所示，使得 Cu 与 GO 表面
+
的含氧基团络合反应产生[COCu] 和[(CO) 2 Cu]，化
+
2－
学吸附形成的[COCu] 和(CO) 2 Cu 与溶液中 S 继续
2–
2 －
络合生成[Cu(CO)(S) 2 ] 和[Cu(CO) 2 (S) 2 ] ，然后在
水热条件下脱水结晶形成 CuS 纳米粒子均匀的负载
在氧化石墨烯表面 [18] ，形成 CuS/GO 纳米复合材料
如图 6c 所示。
利用 CuS/GO 复合纳米材料作为光催化剂反应
机理如图 7 所示。
首先，TC 或罗丹明 B 很容易被快速吸附到复
合材料催化剂表面，同时硫化铜作为具有窄的禁带
宽度的半导体，能够在可见光激发下形成电子-空穴
+
–
对（e /h ），如反应（1）所示。大量的光生电子能
够从硫化铜的 E VB 迁移到 E CB ，以至于留下空穴在
硫化铜的 E VB 上，并且这些光生电子容易从氧化石
墨烯表面迁移出来，氧化石墨烯可以作为电子存储
基地将有效阻止电子和空穴的复合，光生电子可以
– –
与空气中 O 2 反应产生·O 2 ，如反应（2）所示，而·O 2
具有很强的氧化性质。CuS 价带上的空穴与其表面
的羟基反应形成非常活泼的羟基自由基（·OH）〔反