文章编号：1004-0609(2015)-09-2492-09

Zn-Cu-Al层状水滑石基复合氧化物的合成及光催化性能

阎建辉^{1, 2}，张  丽^{1, 2}，严彬彬¹，张秀秀¹，戴超华¹

(1. 湖南理工学院 化学化工学院，岳阳 414006；

2. 中南大学 化学化工学院，长沙 410083)

摘  要：采用球磨-水热法合成不同投料摩尔比的Zn-Cu-Al层状水滑石(LDHs)，LDHs前驱体经焙烧后转变为Zn-Cu-Al复合金属氧化物。用XRD、SEM、TG、DTA和BET等方法对样品前驱体及焙烧产物进行表征。在模拟太阳光照下，以甲基橙(MO)溶液为目标降解物，研究金属离子摩尔比、焙烧温度等对样品的结构、组成形貌及光催化活性的影响。结果表明：当n(Zn):n(Cu):n(Al)投料比为1:2:1时，获得的前驱体具有典型的水滑石片层状结构。最佳前驱体经500 ℃焙烧后样品中出现ZnO、CuO和ZnAl₂O₄ 3种氧化物的特征衍射峰，具有较好的结晶度，其比表面积为70.1 m²/g，孔体积为0.26 cm³/g。在模拟太阳光照射下60 min后，0.5 g/L催化剂对25 mg/L甲基橙溶液的脱色率达93.1%。

关键词：Zn-Cu-Al；水滑石；复合氧化物；光催化降解；甲基橙

中图分类号：O614.24　　     文献标志码：A

Synthesis and photocatalytic activity of composite oxide derived from Zn-Cu-Al ternary layered double hydroxides

YAN Jian-hui^{1, 2}, ZHANG Li^{1, 2}, YAN Bin-bin¹, ZHANG Xiu-xiu¹, DAI Chao-hua¹

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China;

2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: Zn-Cu-Al layered double hydroxides (LDHs) with different molar ratios of Zn-Cu-Al were prepared via ball mill-hydrothermal method. Zn-Cu-Al composite metal oxide was derived from LDHS precursor by controllable calcination. The Zn-Cu-Al-LDHs samples before and after calcination were characterized by XRD, SEM, TG/DTA and BET measurements. The photocatalytic activity of the as-prepared samples was evaluated by photocatalytic decolorization of methyl orange (MO) aqueous solution under the irradiation of the simulated sunlight. The effects of the molar ratio of metal ion and calcination temperature on the structure, composition, morphology and photocatalytic activity were investigated in detail. The results shows that a layered double hydroxide (LDHs) precursor is obtained under initial molar ratio n(Zn):n(Cu):n(Al³⁺) of 1:2:1, after calcination at 500 ℃, which leads to a well-crystalline ternary oxide ZnO-CuO-ZnAl₂O₄ photocatalyst with BET surface area of 70.1 m²/g and pore volume of 0.26 cm³/g. The maximum photocatalytic decoloration rate of 25 mg/L methyl orange is 93.1% within 60 min under simulated sunlight irradiation at 0.5 g/L concentration of photocatalyst.

Key words: Zn-Cu-Al; LDHs; composite oxide; photocatalytic degradation；methyl orange

水滑石(LDHs)是一类具有特殊层状结构的无机材料，由多种二价和三价金属离子有效组合，可形成二、三元甚至四元的LDHs。在LDHs前驱体中，一般都含有一种以上的两性金属离子，如Al^[1]和Zn^[2]或者Al和Zn两种离子同时存在^[3]。在高温焙烧过程中，两性金属氧化物可被碱性物质所溶蚀，在体系中生成高比表面网状结构的介孔尖晶石化合物^[4]。在含Zn的LDHs中，生成的ZnO起到两个作用：首先是作为模板对锌铝尖晶石纳米粒子起分散和阻隔作用，抑制其生长，使其粒径较小；其次是ZnO自生成模板在被选择性溶蚀后留下介孔结构^[5]。其结果将会使LDHs前驱体的焙烧产物粒径小，并出现多孔结构而具有较高的比表面积。

LDHs本身无光催化活性或者效果不佳，而经高温焙烧得到的复合金属氧化物具有较好的光催化效 果^[6]。由于LDHs高温焙烧时可失去层间水分子、羟基离子及碳酸根离子(或其它阴离子)而制得较高比表面积，并具有多孔结构的复合氧化物，所以LDHs是一类极具应用前景的光催化剂前驱体。目前，应用于光催化领域的LDHs衍生物以双金属复合氧化物居 多^[7-8]，三元以上的LDHs衍生物也有少量报道。在三元LDHs中，第3种物质一般都是以插层组装的方式进入到水滑石的层间，通过焙烧后获得三元复合氧化物^[9-10]。通过金属氧化物修饰、贵金属沉积也可获得四元LDHs复合光催化剂^[11]。

在二元LDHs中引入Cu²⁺是提高水滑石基光催化剂活性的有效办法。倪哲明等^[12]采用双滴淀共沉淀法合成Cu-Mg-Al-LDHs，结果表明未焙烧的含铜样品比Mg-Al-LDHs光催化降解活性有较大提高。AHMED等^[13]采用共沉淀法制备Mg-Cu-Al(Ga)-LDHs，结果表明金属原子比对光催化还原CO₂成CO和甲醇活性有较大影响，Cu引入水滑石基光催化剂中，能有效提高光催化活性。本文作者将锌、铜、铝的硝酸盐配成混合盐溶液，将NaOH和Na₂CO₃配成碱溶液，通过混合球磨、水热反应获得Zn-Cu-Al-LDHs。与插层离子交换或修饰组装法相比，本方法制备的样品中各金属离子是同时进入LDHs体系，使得光催化剂中金属离子达到原子水平的混合。所获得样品在大大提高比表面积的同时，可均匀地分散在表面活性中心，使活性中心充分暴露于反应底物中^[5]，从而实现良好的光催化效果。

1  实验

1.1  样品制备

根据文献[14]分别称取一定量硝酸锌、硝酸铜与硝酸铝加入去离子水中，其中n(Zn):n(Cu):n(Al)为(1~3):(1~3):(1~3)，形成3种金属离子的混合溶液(A)，混合液总金属离子浓度控制为1.0 mol/L；NaOH和Na₂CO₃溶于去离子水形成溶液(B)，其中[CO₃^2-] = 2.0 [Al³⁺]，[OH^-]=1.6([Cu²⁺]+[Zn²⁺]+[Al³⁺])。将溶液(A)和溶液(B)快速混合并加入球磨机的球磨罐中，以30 r/min的转速球磨45 min，所得悬浮液转入体积为200 mL的聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，于90 ℃下反应48 h，自然冷却至室温，离心并多次用去离子水洗涤后，于80 ℃干燥4 h，即得Zn-Cu-Al-CO₃类水滑石。然后将样品置于焙烧炉中于400~800 ℃下焙烧4 h，即得所需焙烧产物。

1.2  表征

利用日本理学Rigaku D/max 2550 VB⁺型18 kW转靶X射线衍射测定仪(XRD)测定焙烧前后样品的晶相结构，分析条件如下：Cu靶，石墨片滤波，管压为40 kV，管流为300 mA，扫描范围2θ为10°~90°，扫描速度为 10 (°)/min。样品的显微组织及粒径采用FEI公司的场发射Nova NanoSEM230扫描电镜(SEM)来观察。样品采用丙酮处理，超声分散后滴加在胶带上，为提高样品的导电性能，采用喷金处理。采用日本岛津公司生产的UV-2550 型双光束分光光度计测定甲基橙溶液的吸光度，BaSO₄用作反射标准。采用Perkin Elmer公司生产的热重分析仪(TGA/DTA, TAC 7/DX)检测样品的热量和质量变化，以空气为载气，测量范围为25~1000 ℃，加热速度为10 ℃/min。采用美国康塔公司生产的AUTOSORB-1MP型比表面分析仪进行氮气吸附-脱附实验，检测样品的比表面积和孔体积、孔径分布。

1.3  光催化活性测定

以光催化降解甲基橙溶液评价样品的光催化活性，降解实验在自制的二圆筒状石英光催化反应器中进行，采用150 W氙灯(常州玉宇电光器件公司生产，主波长400~700 nm，紫外光小于5%，未使用滤光片) 为光源，装置使用外循环水和真空排气双重冷却。先将一定量样品加入到装有初始浓度为 25 mg/L的甲基橙水溶液的反应器中(总体积为 600 mL)，催化剂用量为0.5 g/L。加入催化剂的反应液在黑暗处搅拌吸附30 min后，把氙灯垂直插入反应器中(灯外套有石英管)，调节其高度，开启光源，测定光强度约为100 mW/cm²。降解过程中采用空气泵向溶液中通入空气，反应过程持续磁力搅拌。反应开始后每隔10 min取样，高速离心分离，采用分光光度计在波长465 nm 处测定甲基橙溶液的吸光度(A)，再换算为相应浓度，其中：c为即时浓度，c₀为初始浓度。每组光催化降解测试重复进行3次, 实验误差在±5%内算正常数据。

2  结果与分析

2.1  样品的XRD分析

图1所示为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1时所得Zn-Cu-Al-LDHs前驱体的XRD谱。由图1可知，在2θ为11.7°、23.5°和35.1°处出现了衍射强度较大的水滑石层状结构(JCPDS 38-0468)^[15]所特有的衍射峰，3个主峰分别对应于(003)、(006)和(009)晶面；在2θ为60°左右出现了2个强度较弱的衍射峰，分别对应于(110)和(113)晶面的特征衍射峰，说明产物晶型的对称性良好。所得结果与文献[16]报道的Zn-Al-Ti-LDHs衍射谱的各主峰都能一一对应，峰形尖锐对称，基线相对平稳，均表明所得到的Zn-Cu-Al-LDHs具有生长较为完整的水滑石层片状晶型。

图1  Zn-Cu-Al-LDHs前驱体的XRD谱

Fig. 1  XRD pattern of Zn-Cu-Al-LDHs precursor

图2所示为不同n(Zn):n(Cu):n(Al)比的前驱体经500 ℃焙烧后所得样品的XRD谱。从图2中可以看出，焙烧后样品与未焙烧的LDHs前驱体(见图1)有着明显不同的特征峰。焙烧后样品(003)和(006)晶面的衍射峰消失，层状结构部分破坏，层板坍塌，层间吸附水失去。层板间的羟基与CO₃^2-离子基本去除，转化为多元金属氧化物，在2θ大于30°的区域出现纤锌矿ZnO、六角相CuO和尖晶石ZnAl₂O₄的特征衍射峰。随着3种金属离子浓度比的变化，焙烧样品衍射峰的位置和衍射强度有所不同，其中n(Zn):n(Cu):n(Al)为2:1:1和1:2:1样品的衍射峰最尖锐，表明结晶情况最好。n(Zn):n(Cu):n(Al)为2:1:1的样品主要在2θ为31.8°、34.4°、36.2°、47.6°、56.6°、62.9°处明显出现了对应于ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)晶面的特征衍射峰^[17]。而n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1的样品中除了强度较低的ZnO和ZnAl₂O₄衍射峰外，主要在2θ为35.6°、38.8°、48.7°、61.6°和68.2°处明显出现了六角相CuO的(002)、(111)、(202)、(113)和(220)的特征衍射峰(JCPDS 45-0937)，且表现出较高的结晶度。另外，ZnO和CuO部分衍射峰位置很接近，所以出现部分峰重叠现象。当n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:1:1、1:1:2和1:3:1时，样品衍射峰均较宽，表明结晶度较低、粒径较小。其中投料比为1:1:1和1:1:2的样品中除了ZnO和CuO的衍射峰外，也出现了ZnAl₂O₄衍射峰。而1:3:1的样品中主要为CuO衍射峰，表明样品以CuO为主。在所有焙烧后的样品中，由于Al₂O₃高度分散及无定型状态存在，没发现相应衍射峰。因此，前驱体中金属离子的比例对焙烧产物中各金属氧化含量和结晶程度有较大影响。

图2  不同n(Zn):n(Cu):n(Al)的Zn-Cu-Al-LDHs前驱体经500 ℃焙烧后样品的XRD谱

Fig. 2  XRD patterns of Zn-Cu-Al-LDHs precursor with different n(Zn):n(Cu):n(Al) calcined at 500 ℃

图3所示为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1所得Zn-Cu-Al-LDHs前驱体经400、500、600、700和800 ℃焙烧后样品的XRD谱。由图3可知，随着焙烧温度的增加，ZnO与CuO峰型更尖锐，500 ℃焙烧的样品中除了ZnO与CuO的衍射峰外，已经出现了其它小衍射峰。通过与标准卡片进行比对，这些新出现的衍射峰与ZnAl₂O₄相对应，且比400 ℃焙烧的样品晶型完整。对照文献[7]可知，ZnAl₂O₄新相衍射强度较大的两峰(2θ为31.4°、36.9°，分别对应于311、220面)几乎被ZnO的2个强衍射峰(2θ为31.8°、36.3°，分别对应于100、101面)所掩盖。结果表明，球磨-水热法获得的产品比共沉淀法颗粒更细，获得相同晶相结构的温度更高^[18]。从图3中可知，与500 ℃焙烧样品对比，600 ℃焙烧样品衍射峰的强度变化不明显，表明经500 ℃焙烧后，样品结晶相对完全。当样品焙烧温度提高至700 ℃、800 ℃时，ZnO、CuO和ZnAl₂O₄峰型变得更窄且尖锐，表明样品晶型很好，粒径经团聚变更大，同时CuAl₂O₄相已明显出现。综合考虑，本实验选择500 ℃为样品的焙烧温度。

图3  Zn-Cu-Al-LDHs前驱体经不同温度焙烧后的XRD谱

Fig. 3  XRD patterns of Zn-Cu-Al-LDHs precursor calcined at different temperatures

2.2  样品前驱体的TG/DTA分析

图4所示为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1所得Zn-Cu-Al-LDHs前驱体的TG/DTA曲线。从图4中可以看出，Zn-Cu-Al-LDHs前驱体的TG曲线显示了3个质量损失阶段。第一个阶段温度变化范围约为25~250 ℃，质量损失约15%，样品在该区间随着温度的升高，表面物理吸附水和层间吸附水逐渐脱除。150 ℃之前主要为游离水的蒸发，后段为结晶水损失，在DTA曲线上对应的出现了吸热峰。第二阶段温度变化范围为250~450 ℃，继续升温使样品层板OH^-和层间CO₃^2-开始脱除，氢氧化物进一步脱水，这一过程质量损失约20%，在250和450 ℃之间DTA曲线上出现了相应的2个吸热峰，分别与阴离子的脱除和氢氧化物脱水有关。第三阶段温度变化范围为450 ℃以上，主要是LDHs层板结构的破坏，所形成金属氧化物间相互化合。由相应温度下的XRD图可知，将出现ZnO、 CuO和铝酸盐的衍射峰。这一过程基本没有质量损失，主要是由相应氧化物合成尖晶石相ZnAl₂O₄和CuAl₂O₄，由于合成过程有热效应，DTA曲线上对应着一个放热峰。

2.3  样品前驱体及焙烧后样品的SEM分析

图5所示为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1所得Zn-Cu-Al-LDHs前驱体及400、500和600 ℃焙烧后样品的SEM图。由图5(a)可知，未焙烧的前驱体具有典型的层片形貌，为典型水滑石结构。400 ℃焙烧样品的层状结构夹杂着一定颗粒，且片状也团聚长大，结合XRD、DTA和TG分析可知，在400 ℃下，LDHs开始部分失水形成氧化物(见图5(b))。500 ℃焙烧样品中片状结构进一步破裂、聚积，出现大量的小颗粒状形貌，推断其为金属氧化物团簇(见图5(c))。600 ℃焙烧样品的片状形貌已经基本消失，主要为大量颗粒的团聚物，粒径明显增大(见图5(d))。

图4  Zn-Cu-Al-LDHs前驱体的TG和DTA曲线

Fig. 4  TG and DTA curves of Zn-Cu-Al-LDHs precursor

2.4  样品BET比表面积及N₂吸附-脱附曲线分析

表1所列为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1所得Zn- Cu-Al-LDHs前驱体及400、500和600 ℃焙烧后样品的比表面积和孔结构参数。由表1可知，样品焙烧后比表面积有较大增加，可推断水滑石结构被破坏时片状结构破裂成小颗粒，同时ZnO的分散、阻隔作用和选择性溶蚀作用^[5]使样品形成了多孔结构，400 ℃焙烧所得样品的比表面积最大，为72.0 m²/g。随着焙烧温度继续升高时，比表面将减小，小颗粒开始团聚。由图3可看出，400 ℃焙烧样品的晶型不够完整。500 ℃焙烧时样品比表面积相对400 ℃焙烧的虽略有降低，但样品的平均孔径和总孔容积均较大，分别为14.7 nm和0.26 cm³/g。当焙烧温度升高至600 ℃时，比表面积显著降低，只有40.9 m²/g，低于未焙烧的LDHs前驱体的比表面积，此时样品平均孔径继续增大，但总孔体积显著减小，说明层状结构基本坍塌，许多孔结构(特别是微孔)受到破坏，金属氧化物间的团聚已经十分严重。

图6和7所示分别为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1的Zn-Cu-Al-LDHs前驱体及400 ℃、500 ℃和600 ℃焙烧后所得样品的N₂吸附-脱附曲线和孔径分布图。从图6可看出，所有样品的N₂吸附-脱附曲线中均出现了明显的吸附滞后环现象。根据IUPAC分类，曲线6(a)~(d)均具有IV型等温线和H₃型滞后回线，且在高p/p₀(0.8＜p/p₀＜1，p为吸附质分压，p₀为吸附剂饱和蒸汽压)处出现吸附平台。该类吸附等温线通常对应于粒子团聚后形成的大孔结构，可解释为焙烧引起了LDHs层间水分子及自由水的蒸发和阴离子的散失(见图4)，层状结构被破坏，层板坍塌并堆积，同时通过ZnO的作用，形成了很多孔隙^[19]。随着焙烧温度升高，样品的N₂吸附-脱附等温线的类型没有发生变化，只有N₂吸附量发生改变，说明焙烧后样品结构中的孔隙类型没有改变。从图7的孔径分布数值上看，其范围从介孔到大孔均存在，在400 ℃的焙烧温度下，粒径较小，粒子之间的团聚、堆积不明显，所以其孔径分布相对较窄(约2~64 nm)。焙烧温度升高后，孔径分布曲线有明显变化，孔径分布变宽，经500 ℃焙烧所得样品的孔径在2~125 nm之间，平均孔径达14.7 nm。当焙烧温度为600 ℃时，样品的平均孔径达16.9 nm，均高于其它焙烧温度的样品，但总孔体积降低。说明提高焙烧温度后，样品因为层板结构无序坍塌、失水从而使片状结构间和结构内形成孔洞，导致其孔径增加，部分小孔也因此坍塌。

图5  Zn-Cu-Al-LDHs及不同温度焙烧样品的SEM像

Fig. 5  SEM images of uncalcined Zn-Cu-Al-LDHs (a) and samples calcined at 400 ℃ (b), 500 ℃ (c) and 600 ℃ (d)

表1  样品焙烧前及不同温度焙烧后的比表面积及孔结构数据

Table 1  BET and pore-structure data of samples uncalcinated and calcinated at different temperatures

图6  样品前驱体及不同焙烧温度样品的N₂吸附-脱附等温曲线

Fig. 6  Nitrogen adsorption–desorption isotherms of uncalcined Zn-Cu-Al-LDHs (a) and samples calcined at 400 ℃ (b), 500 ℃ (c) and 600 ℃ (d)

图7  样品前驱体及不同焙烧温度样品的孔径分布曲线

Fig. 7  Pore size distribution curves of uncalcined Zn-Cu-Al-LDHs (a) and samples calcined at 400 ℃ (b), 500 ℃ (c) and 600 ℃ (d)

2.5  样品前驱体及其焙烧后样品的光催化性能

图8所示为不同n(Zn):n(Cu):n(Al)所得Zn-Cu- Al-LDHs前驱体经500 ℃焙烧后样品的光催化降解效果。由图8可知，不同投料摩尔比所得多元复合氧化物的降解活性不同，其中n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1时所得样品的光催化降解活性最强，60 min内对25 mg/L甲基橙溶液的脱色率达到93.1%。由于在合适投料摩尔比下，ZnO、CuO以及ZnAl₂O₄共同构建的复合物能够形成理想的异质结构，比表面积较大，孔结构合理，有利于增加对染料分子的吸附以及不同半导体间发挥最佳的协同作用^[20]，验证了选择最佳金属离子摩尔比的推断。ZnO和ZnAl₂O₄属于宽带隙半导体，而CuO是窄带隙半导体，将Cu²⁺引入Zn-Al-LDHs中，形成三元LDHs，相当于用窄带隙半导体修饰宽带隙半导体。这样，随着层板上Cu含量的增加，复合样品的过渡禁带宽度也逐渐降低，可见光响应更强。Cu的添加也能增大样品的比表面积和孔隙容积^[12]，提高样品对被降解物的吸附性能。另外，当Zn-Al-LDHs引入Cu之后，由于金属离子半径的差异，取代后    M—O八面体均会出现一定的畸变现象^[21]，出现轨道能级分裂，而大部分价电子能级降低。晶体场理论认为，中心金属原子价电子能级降低将导致中心原子的电子与配体的电子间斥力减小，各配位键将更加牢固，形成的八面体更稳定，这正是制备稳定、高活性光催化材料所需要的。因此，在一定范围内，随着Cu²⁺在LDHs 层板中含量的增加，表现出光催化活性的提高，实验表明n(Zn):n(Cu):n(Al)比为1:2:1时是最佳含铜比。结合图2可知，此比例下样品衍射峰较尖锐，结晶状况较好，催化活性中心能均匀分布，光催化降解时溶液中有机物与活性中心的接触点较多，降解活性也高。

图8  n(Zn):n(Cu):n(Al)对甲基橙降解的影响

Fig. 8  Effect of different molar ratios of n(Zn):n(Cu):n(Al) on methyl orange degradation

图9(a)所示为n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1所得Zn-Cu-Al-LDHs前驱体及不同温度焙烧后样品的降解效果。由图9(a)可知，未焙烧的Zn-Cu-Al-LDHs光催化活性不佳，这与文献[22-23]报道的结果相符。前驱体水滑石结构本身就无光催化活性，实验中表现出甲基橙浓度的降低主要是水热反应过程中，将会生成一些小颗粒的ZnO^[24]和CuO^[25]而表现出光催化活性，同时也包含样品的吸附性能。随着焙烧温度的增加，光催化活性先增强后降低。这是因为由水滑石前驱体向复合氧化物转化的过程中，无定形氧化铝对粒子生长起到限域作用，金属氧化物的形成及半导体间构成异质结，能够有效提高所得复合氧化物的光催化活性^[26]。其中500 ℃焙烧样品的光催化活性优于400和600 ℃焙烧样品的。尽管400 ℃焙烧所得样品的比表面最大，但光催化活性却不高，说明在此焙烧温度下半导体的结晶程度和半导体间异质结形成还没有达到最佳的效果。只有500 ℃焙烧样品的晶型相对完整，且该温度下已经生成一定量晶尖石相ZnAl₂O₄，新相的生成有利于三元异质结的形成^[27]，光催化活性将进一步提高。另外，500 ℃焙烧样品的平均孔径和总孔容积均较大(见表1)，大的孔径和孔容积能够顺利通过孔隙完成对有机分子的吸附、脱附、传质，这样的孔结构有利于光催化反应的进行。继续升高焙烧温度，光催化活性迅速降低。一方面由于高温焙烧团聚引起粉体颗粒变大、比表面积减小、光催化活性点减少，进而影响其光催化性能。另一方面，温度变化时，样品的物相也发生了变化，如当焙烧温度升至800 ℃时，除了ZnO、CuO和ZnAl₂O₄外，同时还出现了大量低活性的CuAl₂O₄相^[28]，从而影响复合光催化剂的活性。

图9  焙烧温度、实验条件对甲基橙降解的影响

Fig. 9  Effect of calcination temperature (a) and experimental conditions (b) on methyl orange degradation

为了证明光催化材料的吸附性能和光分解性能，选择最佳样品进行了空白、对照实验(见图9(b))。有光催化剂无光照情况下，60min内甲基橙浓度降低了17.7%，证明500 ℃焙烧样品具有一定的吸附性能。在无光催化剂仅有光照情况下，60 min内甲基橙浓度降低了6.8%，表明模拟太阳光对甲基橙的结构有一定破坏作用，使甲基橙溶液有一定的脱色。

3  结论

1) 球磨-水热法制备的三元Zn-Cu-Al-LDHs前驱体，具有典型的水滑石片层状结构。

2) n(Zn):n(Cu):n(Al)为1:2:1所得前驱体经500 ℃焙烧后，样品中出现了ZnO、CuO和ZnAl₂O₄ 3种氧化物的特征衍射峰，具有较好的结晶度，比表面积 为70.1 m²/g，孔体积为0.26 cm³/g。所得ZnO-CuO-ZnAl₂O₄三元复合物光催化活性最佳，模拟太阳光照60 min后，0.5 g/L催化剂用量对浓度为25 mg/L甲基橙的脱色率达93. 1%。

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(编辑  王  超)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21271071)；国家自然科学青年基金资助项目(21306041)；湖南省高校创新平台开放基金项目(12K117)

收稿日期：2014-09-24；修订日期：2015-05-12

通信作者：张 丽，副教授，博士；电话：0730-8640436；E-mail：hgx.zl@163.com