Page 195 - 《精细化工》2020年第6期

第 6 期 李鹏翔，等: 基于 MOF 制备铜碳复合材料及其对甲基橙的降解 ·1261·

2 结果与讨论

2.1 表征分析
2.1.1 XPS 表征分析
图 1a 为金属骨架材料 Cu-MOF 前驱体在氮气氛
围下经过 700、800、900、1000 ℃高温焙烧后样品
的 XPS 全谱图。由图 1a 可见，样品主要是由 Cu、
C 和 O 元素组成。从图 1a 中各个元素峰面积可以看
出，随着焙烧温度的提高，碳化后材料表面的 Cu
掺杂量有所降低。这主要是由于，随着温度的提高
Cu 物种大部分被还原为单质 Cu，在高温条件下，
碳很容易与单质 Cu 反应形成渗碳铜。因此会有大
量的 Cu 物种被碳包裹，导致材料表面 Cu 物种的含
量降低 [13] 。
作为金属负载碳材料催化剂，金属元素的含量
及存在形式对其催化活性有着至关重要的影响。Cu
具有与 Fe 相似的氧化还原特性，研究发现，Cu 催
+
化 H 2 O 2 产生•OH 的过程主要是一价态的 Cu 和二价
2+
态的 Cu 相互转换。因此，Cu 的存在形式对于催化
转化效率显得至关重要。图 1 b~e 为 Cu-MOF-700、
Cu-MOF-800、Cu-MOF-900、Cu-MOF-1000 材料的
Cu 2p 轨道 XPS 图谱，体现了 Cu 的价态分布。
+
932.5 eV 处的峰属于低价态的 Cu ，在 933.6 eV 处
2+
的峰则属于高价态的 Cu ，942.6 eV 处的卫星峰则
表明高价态的 Cu 为 Cu 2+[14] 。XPS 的分峰结果表明，
+
2+
n(Cu )/n(Cu )分别为 0.28/1、0.62/1、0.34/1、0.30/1。
这是由于在高温条件下，Cu 物种极易与材料中的 O
反应生成 CuO，随着碳化温度的提高，C 的还原能
2+
+
力增强，Cu 会被还原为低价态的 Cu 和 Cu，同时，
高温会加快渗碳铜的反应，这会降低材料表面低价
态 Cu 物种的含量。因此，在焙烧温度到达 900 和
+
2+
1000 ℃时，n(Cu )/n(Cu )比例又再次降低。低价态
的 Cu 物种的比例较高会有利于其作为芬顿催化剂
+
催化反应，这是因为 Cu 通过 Haber-Weiss 反应催化
2+
产生•OH 的速率远大于 Cu 的催化速率 [15] 。

图 1 Cu-MOF-θ 样品的 X 射线光电子能谱图
Fig. 1 XPS patterns of Cu-MOF-θ samples

2.1.2 SEM 表征分析
不同焙烧温度下制得样品 SEM 结果如图 2 所
示。从图中可以看出，材料经过不同的高温焙烧后展
现出了不同的形貌特点，在焙烧温度为 700 和 800 ℃
时，得到的产物 Cu-MOF-700 和 Cu-MOF-800 均展
现出较好的多层状的片状结构和较大的尺寸，约为
10 μm；随着焙烧温度的提高，材料逐渐失去了多层
结构，结构被破坏，尺寸减小，仅约为 1 μm。这是