Cu1.94S-SnS纳米异质结的合成及其光催化降解研究

为提高光催化降解有害染料的活性,采用热注入-阳离子交换法合成了Cu_1.94S-SnS单颗粒纳米异质结构材料.探究在不同温度下(80, 120和160℃), Sn²⁺作为客体离子进行阳离子部分交换所得产物的差异.通过高分辨率透射电子显微镜(HRTRM)图像、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像、扫描透射电子显微镜能量色散光谱(STEM-EDS)、X射线衍射和X射线光电子能谱仪等分析手段对样品进行表征.紫外-可见-近红外吸收光谱表明,合成的Cu_1.94S-SnS纳米异质结构在可见光范围内具有更高的光吸收度.通过光催化降解亚甲基蓝和四环素,对产物的光催化性能进行表征,发现异质结结构有效提高了单一硫化物的光催化活性,亚甲基蓝(MB)的光降解率从56%(母体材料Cu_1.94S)提高到98%(Cu_1.94S-SnS纳米异质结),四环素(TC)的光降解速率也提高了约5倍,合成的异质结结构具有更高的光催化活性.     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能.光催化实验证明,随着催化剂中金红石含量减少,催化剂的光催化活性逐渐提高.X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明,催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构,并随着金红石含量减少,催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(-O-)的含量逐渐增加,而且费米能级逐渐提高.表面羟基和桥氧是有利于光催化的"活性物种";费米能级的提高使TiO2/H2O界面处TiO2的表面带弯增大,导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大,有效地促进了光生载流子的分离;这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能. 光催化实验证明, 随着催化剂中金红石含量减少, 催化剂的光催化活性逐渐提高. X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明, 催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构, 并随着金红石含量减少, 催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(—O—)的含量逐渐增加, 而且费米能级逐渐提高. 表面羟基和桥氧是有利于光催化的“活性物种”; 费米能级的提高使TiO2/H2O 面处TiO2的表面带弯增大, 导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大, 有效地促进了光生载流子的分离; 这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

单晶MoO3纳米片：静电纺丝法制备及光催化活性

以聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和钼酸铵((NH4)6Mo7O24.4H2O)为原料,利用静电纺丝技术结合溶胶过程制备了PVP/(NH4)6Mo7O24.4H2O前躯体,对前躯体缓慢控温处理制备MoO3纳米材料。通过X-射线光电子能谱(XPS)﹑红外光谱(FTIR)﹑X射线粉末衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等表征手段研究了热处理温度对MoO3晶体生长和结构的影响。以亚甲基蓝(MB)的光降解为模型反应,研究了MoO3微纳米材料的光催化性能。结果表明,热处理温度500℃时生成的MoO3纳米片光催化活性最好,并探讨了其光催化机理。     

纳米复合材料Ag/TiO_2-ZrO_2的制备及其微波增强光催化降解甲基橙

采用EO20PO70EO20(P123)作模板剂,通过溶胶-凝胶-程序升温溶剂热一步法,并经萃取处理制备了具有光催化活性的纳米复合材料Ag/TiO2-ZrO2.用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附测定和扫描电子显微镜配合X射线能量色谱仪(SEM-EDS)等测试手段对其组成、结构及形貌等进行了表征.结果表明,复合材料Ag/TiO2-ZrO2中Ag以单质形式存在,材料具有双孔结构,颗粒分布较均匀,结构也较规整,平均孔径约为3.6和9.0nm.通过微波增强光催化降解染料甲基橙的实验,对复合材料Ag/TiO2-ZrO2的光催化活性进行了探究.实验结果表明,微波辅助光催化效果优于紫外辐射,并且萃取后的合成产物Ag/TiO2-ZrO2在90min内对甲基橙的降解率可达81.5%,其活性高于市售P25以及TiO2-ZrO2.     

水热法合成LaPO_4/TiO_2异质结复合光催化材料及性能研究

以静电纺丝技术制备的锐钛矿相TiO_2纳米纤维为基质,尿素为碱源,环己烷六羧酸为小分子模板剂,采用水热法合成了LaPO_4/TiO_2异质结复合纳米纤维。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高倍透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对产物形貌和结构进行了表征,并以甲基橙为模拟污染物,紫外光为光源,评价了样品光催化降解活性。结果表明:LaPO_4纳米棒均匀地构筑在TiO_2纳米纤维表面,制备了LaPO_4/TiO_2异质结复合纳米纤维光催化材料,其具有比纯TiO_2纳米纤维和Degussa P-25更强的光催化活性,降解率达到89.4%。     

TiO2/LaFeO3微纳米纤维的可控制备及光催化性能简

利用静电纺丝技术及水热合成法制备了TiO2/LaFeO3异质结构. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对TiO2/LaFeO3微纳米纤维的结构和表面形态进行表征. 通过亚甲基蓝(MB)光降解反应研究了其光催化性能. 结果表明,不完全碳化TiO2纤维表面的缺陷位点是LaFeO3纳米粒子的有利生长点. TiO2/LaFeO3异质结材料的带隙明显窄于TiO2,光催化活性得到提高;经140 min紫外光照射后,TiO2/LaFeO3异质结催化剂对MB的降解率为65.34%,分析和探讨了其光催化机理.     

TiO_2/LaFeO_3微纳米纤维的可控制备及光催化性能

利用静电纺丝技术及水热合成法制备了TiO2/LaFeO3异质结构.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对TiO2/LaFeO3微纳米纤维的结构和表面形态进行表征.通过亚甲基蓝(MB)光降解反应研究了其光催化性能.结果表明,不完全碳化TiO2纤维表面的缺陷位点是LaFeO3纳米粒子的有利生长点.TiO2/LaFeO3异质结材料的带隙明显窄于TiO2,光催化活性得到提高;经140 min紫外光照射后,TiO2/LaFeO3异质结催化剂对MB的降解率为65.34%,分析和探讨了其光催化机理.     

Ag/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能

采用静电纺丝技术及煅烧法制备了氧化锌纳米纤维, 然后采用水热法将银纳米颗粒负载到了氧化锌纳米纤维表面. 利用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 能量色散X射线光谱(EDX)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等技术对合成的Ag/ZnO纳米纤维的结构和组成进行了表征. SEM结果表明, 直径在5~100 nm之间的银纳米颗粒附着在直径在80~330 nm之间的氧化锌纤维表面形成了异质结构. 以常见的有机污染物甲基橙、 亚甲基蓝和罗丹明B等为降解底物, 对Ag/ZnO纳米纤维的光催化性能进行了表征. 结果表明, 负载银纳米颗粒后, 复合催化剂的光催化性能明显提高.     

单个LiCoO_2纳米粒子充放电过程的实时光学成像

<正>含锂纳米材料已经被广泛用作锂离子电池的电极材料。研究单个纳米粒子电化学活性,可以"Bottom up"地建立起纳米材料结构-器件性能关系,有助于新型、高效电极材料的设计和优化。因此,发展可用于单个纳米粒子实时构效分析的原位分析方法极为重要。目前,透射电子显微镜(TEM)和透射X射线显微镜(TXM)等成像技术的高分辨率精细地反映了纳米粒子的原子结构在电化学过程中的演变过程,然而此类形貌和结构表征     

三元Ho3+-TiO2/Bi等离子体复合纤维制备及其可见光催化产氢性能

以电纺Ho³⁺-TiO₂纳米纤维为基质,葡萄糖酸钠为还原剂,采用水热法制备Ho³⁺-TiO₂/Bi等离子体复合纤维光催化剂。 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和瞬时光电流(IP)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光电性能等进行表征。 以三乙醇胺为电子给体,研究了Ho³⁺-TiO₂/Bi光催化分解水产氢的反应过程。 结果表明:在水热过程中,Bi³⁺被葡萄糖酸钠还原成单质Bi纳米颗粒,复合在Ho³⁺-TiO₂纳米纤维表面形成肖特基结。 金属Bi通过局域表面等离子体共振效应结合稀土元素丰富的能级结构和4f电子跃迁特性,对TiO₂进行双重修饰改性,有效提高了TiO₂的光催化活性和稳定性,可见光下产氢速率最大为43.6 μmol/(g·h)。     

Ag2O/TiO2纳米线异质结的制备及可见光催化性能

采用化学沉积法制得了氧化银/二氧化钛纳米线异质结(Ag₂O/TNWs)可见光催化剂. 应用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行表征, 并以甲基橙降解为模型反应研究了其光催化性能. 结果表明, 与负载等量氧化银的二氧化钛纳米粒子(Ag₂O/P25)催化剂相比, Ag₂O/TNWs纳米线异质结具有优异的一维增强可见光催化性能.     

三维网状Dy3+:YVO4/TiO2复合纤维的制备及光催化产氢性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质, 柠檬酸为软模板, 采用一步水热法制备了具有三维立体网状结构的稀土Dy ³⁺掺杂YVO₄/TiO₂复合纤维. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜、 X射线光电子能谱、 N₂吸附-脱附、 紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱等手段对材料的组成、 表面形貌和性能进行表征, 以光分解水产氢实验考察其光催化活性. 结果表明, Dy ³⁺∶YVO₄纳米枝与TiO₂纳米纤维相互交联构筑的纳米纤维网具有大比表面积, 可提供更多活性位点, 改善了多相光催化反应的传递过程; 稀土Dy ³⁺掺杂的YVO₄与TiO₂复合形成异质结相互促进, 在拓宽光谱响应范围、 提高太阳光利用率的同时使光生电子-空穴对得到较好分离, 从而提高了样品的光催化活性. 模拟太阳光照射下, Dy ³⁺∶YVO₄/TiO₂复合纤维光催化产氢速率达到8.63 mmol· h ^-1·g ^-1, 是纯TiO₂纳米纤维的10倍.     

混合相二氧化钛石墨烯复合物的制备及光催化性能

采用水热法制备了一系列混合相二氧化钛-石墨烯(TrG)的复合物, 并考察了石墨烯的用量对降解污染物甲基蓝的影响. 采用X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 高分辨透射电镜(HRTEM), 拉曼光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS), X射线光电子能谱(XPS)和比表面积(BET)等测试手段对复合材料进行表征. 结果表明, 复合材料中TiO₂为棒状的混合相, 且均匀分散在石墨烯表面. 由于石墨烯良好的吸光性能,混合相中的异质结和复合物的良好光电子传递能力以及高比表面积, 复合材料具有较高的光催化活性. 所制备的TrG复合材料在紫外光下降解甲基蓝的催化活性均高于纯TiO₂, 且当氧化石墨烯负载量为0.8% (质量分数,w)时, 复合材料TrG具有较好的光催化效果.     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO2纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu2O纳米颗粒修饰改性TiO2纳米管阵列,形成Cu2O/TiO2纳米管异质结复合材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,重点研究了Cu2O/TiO2纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能.结果表明,Cu2O纳米颗粒均匀附着在TiO2纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu2O/TiO2纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol?L-1的CuSO4溶液中制得的Cu2O/TiO2纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu2O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

量子点自修饰TiO2p-n同质结的构建及光催化性能

在n型TiO₂纳米片表面原位沉积p型TiO₂量子点构建了量子点自修饰的TiO₂ p-n同质结(PNT-x), 并利用透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 稳态荧光光谱(PL)、 拉曼光谱(Raman)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、 电化学测试及电化学交流阻抗谱(EIS)对复合物的组成、 结构和光催化性能进行了表征和研究. 结果表明, PNT-x具有TiO₂量子点自修饰的结构, 量子点和纳米片中分别含有金属缺陷和氧缺陷, 其含量随组成变化可控, 并使得PNT-x表现出p-n同质结的典型特征, 与n-n Ⅱ型同质结以及块状p-n同质结相比, PNT-x中费米能级相差更大, 界面内电场更强, 具有更高的电荷分离和传递效率. 光照下, 样品的光催化活性顺序为PNT-400>p-25>PNT-600>PNT-200>p-TiO₂>n-TiO₂, 其中PNT-400的光催化产氢速率高达41.7 mmol·g^-1·h^-1, 分别为n-TiO₂纳米片、 Ⅱ型同质结和块状p-n同质结的4.3倍、 3.6倍和2.3倍, 并表现出优异的催化稳定性.     

羧基功能化石墨烯增强TiO2光催化产氢性能

The use of semiconductor photocatalysts (CdS, g-C₃N₄, TiO₂, etc.) to generate hydrogen (H₂) is a prospective strategy that can convert solar energy into hydrogen energy, thereby meeting future energy demands. Among the numerous photocatalysts, TiO₂ has attracted significant attention because of its suitable reduction potential and excellent chemical stability. However, the photoexcited electrons and holes of TiO₂ are easily quenched, leading to limited photocatalytic performance. Furthermore, graphene has been used as an effective electron cocatalyst in the accelerated transport of photoinduced electrons to enhance the H₂-production performance of TiO₂, owing to its excellent conductivity and high charge carrier mobility. For an efficient graphene-based photocatalyst, the rapid transfer of photogenerated electrons is extremely important along with an effectual interfacial H₂-production reaction on the graphene surface. Therefore, it is necessary to further optimize the graphene microstructures (functionalized graphene) to improve the H₂-production performance of graphene-based TiO₂ photocatalysts. The introduction of H₂-evolution active sites onto the graphene surface is an effective strategy for the functionalization of graphene. Compared with the noncovalent functionalization of graphene (such as loading Pt, MoS_x, and CoS_x on the graphene surface), its covalent functionalization can provide a strong interaction between graphene and organic molecules in the form of H₂-evolution active sites that are produced by chemical reactions. In this study, carboxyl-functionalized graphene (rGO-COOH) was successfully modified via ring-opening and esterification reactions on the TiO₂ surface by using an ultrasound-assisted self-assembly method to prepare a high-activity TiO₂/rGO-COOH photocatalyst. The Fourier transform infrared (FTIR) spectra, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and thermogravimetric (TG) curves revealed the successful covalent functionalization of GO to rGO-COOH by significantly enhanced ―COOH groups in FTIR and increased peak area of carboxyl groups in XPS. A series of characterizations, including X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), XPS, and UV-Vis adsorption spectra, were performed to demonstrate the successful synthesis of TiO₂/rGO-COOH photocatalysts. The experimental data for the hydrogen-evolution rate showed that the TiO₂/rGO-COOH displayed an extremely high hydrogen-generation activity (254.2 μmol∙h⁻¹∙g⁻¹), which was 2.06- and 4.48-fold higher than those of TiO₂/GO and TiO₂, respectively. The enhanced photocatalytic activity of TiO₂/rGO-COOH is ascribed to the carboxyl groups of carboxyl-functionalized graphene, which act as effective hydrogen-generation active sites and enrich hydrogen ions owing to their excellent nucleophilicity that facilitates the interfacial hydrogen production reaction of TiO₂. This study provides novel insights into the development of high-activity graphene-supported photocatalysts in the hydrogen-generation field.      

钒掺杂介孔二氧化钛的制备及可见光催化性能

以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板, 钛酸四正丁酯为钛源, 偏钒酸铵为掺杂离子前驱体, 通过液晶模板辅助溶胶-凝胶法制备钒掺杂介孔Ti\begin{array}{c}{O_2}_{}\end{array}(VMT), 采用X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附分析、 热重-差热分析(TG-DTA)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见光谱(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)等对样品结构进行表征, 选择亚甲基蓝为目标降解物, 对VMT的可见光催化性能进行了研究. 结果表明, 钒掺杂减小了介孔TiO₂(MT)的粒径和光生电子-空穴复合率, 增大了比表面积及Ti³⁺和羟基浓度, 导致VMT比纯MT和P25光催化活性高, 并且钒掺杂使MT带隙能降低, 使其具有很高的可见光催化活性. 最佳的光催化条件为: VMT的浓度为0.83 g/L, MB的浓度为1 mg/L.     

MoS_2/TiO_2复合催化剂的制备及其在紫外光下的光催化制氢活性

为了研究复合光催化剂在光催化中的制氢效率,采用水热法制备了Mo S2纳米片,然后通过水热法在Mo S2纳米片上负载了TiO_2纳米颗粒,形成了Mo S2/TiO_2异质结复合催化剂。采用冷场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和光学性能表征并进行分析。通过光催化制氢测试对光催化剂进行评价,实验结果表明,在波长为365 nm的紫外光照射下,最高光催化制氢速率为1004μmol·h-1·g-1,对应的催化剂的Mo S2含量为30%,其催化速率远大于单一的Mo S2和TiO_2,表明Mo S2/TiO_2复合催化剂在紫外光照下能显著提高光催化产氢性能。基于Mo S2/TiO_2复合光催化剂优越的光催化产氢性能,本文对复合光催化剂的产氢机理做了研究和分析。