Page 104 - 《精细化工》2021年第4期

·738· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

图 2 所示。图中，CeO 2 在 2θ 为 28.7°、33.2°、47.7°、
56.5°、59.2°、69.6°、76.9°和 79.2°处有明显的衍射
峰，与立方萤石型结构 CeO 2 标准卡片（PDF#34-
0394）的（111）、（200）、（220）、（311）、（222）、（400）、
（331）、（420）标准晶面相对应。CuO-CeO 2 复合材
料（样品Ⅰ~Ⅴ）除了出现 CeO 2 的衍射峰外，还在
2θ 为 35.8°、39.0°和 48.9°处出现新的衍射峰，与
CuO 的标准卡片（PDF#48-1548）相吻合，表明成
功合成 CuO-CeO 2 复合材料。从图 2 还可以看到，
新的衍射峰随着 Cu 用量的增加而增强，这表明制
备出具有不同 CuO 含量的 CuO-CeO 2 复合材料。根
据 Debye-Scherrer 方程 [14] 计算样品的晶粒尺寸，得
出纯 CeO 2 的晶粒尺寸为 18.3 nm，复合材料Ⅰ~
Ⅴ 的 晶粒尺寸分别为 15.6、16.8、14.2、15.7、
13.4 nm。复合材料的晶粒尺寸变小，其原因可能是
CuO 的引入导致 CeO 2 的晶界发生移动，抑制了晶
粒生长 [15] 。

图 3 CeO 2 和样品Ⅱ的 SEM 图（a、b）；样品Ⅱ的元
素面扫描图（c~f）；样品Ⅱ的 TEM、HRTEM 图
（g、h）

Fig. 3 SEM images of CeO 2 and sampleⅡ(a, b); mapping
图 2 纯 CeO 2 、纯 CuO 和样品Ⅰ~Ⅴ的 XRD 谱图 images of sampleⅡ(c~f); TEM and HRTEM images
Fig. 2 XRD patterns of pure CeO 2 , pure CuO and samples of sampleⅡ(g, h)
Ⅰ~Ⅴ

2.1.2 SEM 和 TEM 分析 2.1.3 UV-Vis 分析
UV-Vis 光谱是由于价电子的跃迁而产生的，利
通过 SEM、TEM 和 HRTEM 对纯 CeO 2 和样品
用其可获取样品的禁带宽度，结果如图 4 所示。从
Ⅱ的微观形貌进行观测，结果如图 3 所示。
图 4a 可以看出，CeO 2 与 CuO 复合后，吸收边缘向
由图 3a（纯 CeO 2 的 SEM 图）可以看出，CeO 2
长波方向移动，发生了红移现象。根据公式（3）可
为粒径 30~60 nm 的球状颗粒。由图 3b（样品Ⅱ的
计算样品的禁带宽度（E g ） [20] 。
SEM 图）可以看出，粒径 10~40 nm 的 CeO 2 附着在
块状 CuO 表面。图 3c~f 为图 3b 的元素面扫描图， (h )av 2  A (hv E g ) （3）
–1
图中显示 Cu、O、Ce 元素均匀地分布在区域内。由 式中：a 是吸光系数；ν 为光的频率，s ；A 是与材
图 3g（样品Ⅱ的 TEM 图）也可以看到，CuO 为不 料有关的常数；h 为普朗克常数，6.58×10 –16 eV·s；
规则块状颗粒，其大小约为 1 μm。在 CuO 附近的 E g 为禁带宽度，eV。
2
小颗粒为 CeO 2 且具有一定的分散性，这有利于复合 以 hv 为横坐标，(αhν) 为纵坐标绘图求解 E g 。
材料对气体的吸附从而改善气敏特性 [16-17] 。图 3h 为 由图 4b 可知，纯 CeO 2 、纯 CuO 和样品Ⅱ的禁带宽
样品Ⅱ的 HRTEM 图，图中复合材料的晶格条纹间 度分别为 3.15、1.43 和 1.63 eV。CeO 2 与 CuO 复合
距 0.270 和 0.250 nm，分别为 CeO 2 的（200）面 [18] 后的复合材料禁带宽度减小，说明复合材料的载流
和 CuO 的（–111）面 [19] ，表明 CeO 2 和 CuO 之间存 子从价带跃迁到导带所需能量变小，预示着复合材
在 p-n 异质结。 料具有良好的载流子传输性能 [21] 。