Ag-TiO2/蒙脱土复合纳米光催化剂的研究

本文以蒙脱土(简称MMT)为载体,利用四氯化钛水解法将纳米TiO2引入到蒙脱土层间,经500℃煅烧后得到稳定结构的TiO2柱撑蒙脱土,再通过化学还原法将金属银负载于其上,合成出载银/二氧化钛柱撑蒙脱土复合光催化剂(Ag-TiO2/MMT).通过XRD、IR、BET、AAS等分析方法对复合光催化剂的物相组成、键合状况、比表面积、元素含量等物化性质进行了表征.对降解亚甲基蓝的光催化活性测试表明具有如下的光催化活性序列:Ag-TiO2/MMT>TiO2/MMT>TiO2(P25),其中Ag-TiO2/MMT由于柱化后具有较大的比表面积和Ag的负载改性而具有最高的光催化活性.     

羟基铁柱撑蒙脱土-δ-MnO_2复合体Fenton催化降解亚甲基蓝

制备了一系列羟基铁柱撑蒙脱土-δ-MnO2复合材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面积(SBET)及扫描电子显微镜(SEM)研究其结构特征。结果显示:钙基蒙脱土的层间距为1.47 nm,经过柱撑之后,羟基铁撑蒙脱土的层间距增大到1.51 nm,羟基铁柱撑蒙脱土-δ-MnO2复合体为1.55 nm左右,并且比表面积较原土也有明显的增大。以亚甲基蓝为目标污染物,研究了其作为异相催化剂的催化性能,考察了溶液H2O2加入量、δ-MnO2含量及p H值等对亚甲基蓝降解性能的影响。结果表明,在实验条件下,催化剂的催化活性随H2O2浓度的增加而升高,当nFe/nMn=0.241时,催化活性最好,且有较大的p H适用范围。亚甲基蓝的异相催化降解过程符合准一级动力学方程。催化剂循环使用3次,仍然具有良好的活性。     

不同溶剂对TiO2/SiO2结构及光催化性能的影响

分别采用去离子水、3%尿素水溶液和3%糠醇-乙醇溶液作为溶剂,通过溶胶凝胶及溶剂热过程制备了TiO_2/SiO_2复合材料。对不同溶剂条件下得到的TiO_2/SiO_2进行X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附和比表面积分析测试。结果表明:用去离子水作为水热溶剂制备的TiO_2/SiO_2材料为孔径分布较窄的介孔材料,其材料是由锐钛矿相TiO_2组成,颗粒表面粗糙,疏松多孔,比表面积最大,该材料在实验条件下可降解约90%的亚甲基蓝,且光降解亚甲基蓝的速率常数最大为0.04708 min~(-1)。光催化过程产生的·OH是降解亚甲基蓝最主要的活性物种。     

介孔AgBr/TiO_2-SiO_2光催化剂的制备及其可见光催化活性

通过沉积法将光活性AgBr半导体负载到介孔TiO_2-SiO_2载体上合成了新型的AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂.采用X射线衍射仪、高分辨透射电镜、紫外-可见吸收光谱仪等分析了AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂的结构和光谱性质;并采用BET法测定了样品的比表面积和孔分布.结果表明,介孔TiO_2-SiO_2载体的比表面积为135.5m2/g,平均孔径约为3.8nm,AgBr的负载可以有效地将AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂的吸收光谱从紫外光区扩展到可见光区,且AgBr和TiO_2形成了异质结结构,强化了AgBr与介孔TiO_2-SiO_2载体的协同作用.以罗丹明B作为探针分子,评价了AgBr负载量对复合光催化剂可见光催化活性的影响.结果发现,当AgBr∶TiO_2=0.1,0.2,0.3和0.4(物质的量之比,下同)时,复合光催化剂的光催化反应速率常数分别为0.008 5、0.028 6、0.024 6和0.019 3min-1,活性先增加后减小,当AgBr∶TiO_2=0.2时,复合光催化剂表现出最高的光催化活性,并且在5次循环测试中均表现出较高的光催化活性.     

纳米复合Y2O3／TiO2的制备、表征及其光催化性能研究

采用溶胶－凝胶法制备复合半导体Y2O3／TiO2,掺入Y2O3会阻碍锐钛矿晶相的出现,掺入浓度越大,TiO2锐钛矿（101）峰强度减小越大,平均晶粒直径与颗粒直径减小,比表面积增大;Y2O3／TiO2具有高热稳定性与高比表面积,由于量子尺寸效应,掺入Y2O3使光催化剂的拉曼峰发生微小位移,在380－460nm范围内,使反射率增强,以亚甲基蓝与甲基橙溶液光 经降解为模型反应,掺入Y2O3,复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的光催化脱色降解一级动力学常数明显低于纯TiO2的;掺入5％的10％Y2O3,复合光催化剂对甲基橙溶液的光催化脱色降解一有动力学均常数高于纯TiO2的,掺入浓度太高反而有害,讨论了掺入Y2O3后光物理性质的变化与其光催化活性的关系。     

高光活性纳晶二氧化钛粉末的溶剂蒸发诱导结晶方法制备与表征

高光活性双相纳晶二氧化钛光催化剂通过溶剂蒸发诱导结晶方法制备, 然后在不同温度下对其进行热处理. 用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和BET比表面分析对二氧化钛光催化剂的结构进行了表征. 通过空气中丙酮的光催化降解对二氧化钛的光催化活性进行了表征. 结果显示: 溶剂蒸发能够促进二氧化钛在100℃晶化和相变. 当煅烧温度小于600℃, 二氧化钛粉末的孔径大小分布为双峰分布, 在700℃, 由于团聚体颗粒内的孔的坍塌, 其孔径大小分布为单峰分布, 它对应于团聚体颗粒间的孔. 所获得的二氧化钛光催化剂在100℃显示出高的光催化活性, 在400℃, 其光催化活性超过Degussa P25的光催化活性. 这可能是由于该方法所制备的二氧化钛光催化剂具有高的比表面积、小的晶粒尺寸和双峰孔径大小分布引起的.     

Ag-ZnO/凹凸棒石复合光催化剂的制备及性能研究

以凹凸棒石(ATP)为载体,二水合乙酸锌、硝酸银为原料,采用溶胶凝胶法结合超临界干燥技术制备了Ag-ZnO/ATP复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、UV-Vis对复合光催化剂的结构进行表征,并通过降解亚甲基蓝溶液评估光催化活性。研究结果表明:该方法制得的Ag-ZnO/ATP复合光催化剂颗粒均匀,分散性良好,具有较高的光催化活性。Ag负载量为3wt%,煅烧温度为400℃时制备的复合光催化剂,在紫外灯下降解亚甲基蓝溶液3h后,降解率达98. 2%,COD去除率为96. 8%。制备的复合光催化剂稳定性良好,三次循环回收后,亚甲基蓝溶液的降解率达89. 7%。     

中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC_2纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC_2/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)及N2物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀(20~30 nm),碳化物主要以TaTiC_2晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO_2与Ta2O5通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。nTi∶nTa=2.5∶1.5时,相应的中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

AgBr@ZnO复合光催化剂的制备及光催化性能和反应动力学模拟

利用原位生长法制备了一系列不同AgBr含量的AgBr@ZnO复合光催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等手段对所制备的光催化剂进行了表征,并考察了AgBr@ZnO在可见光下光催化降解亚甲基蓝溶液的光催化性能。研究表明,AgBr均匀负载在ZnO表面,且复合光催化剂表现出比纯ZnO更高的光催化活性。当复合AgBr含量为10%时,所制备的复合光催化剂的光催化活性最佳,光反应240 min后对MB的降解率可达82.3%。所制备的复合光催化剂可见光下降解亚甲基蓝遵循一级反应动力学。     

可磁回收CoFe2O4/RGO/BiOBr复合光催化剂的制备及性能

通过溶剂热法制备了一种可磁回收CoFe₂O₄/RGO/BiOBr（CRB）三元复合光催化剂。利用TEM、XRD表征了该光催化剂的微观形貌和晶体结构。在可见光驱动下降解亚甲基蓝（MB）和诺氟沙星（NFX）,探讨了光催化剂的光催化活性与稳定性,结果表明,制备得到的CRB复合光催化剂具有最佳的光催化性能,对MB（20 mg/L）的降解率在30 min能达到82.2%,光照60 min能降解81.7%的NFX（5 mg/L）。利用外加磁场将CRB复合光催化剂分离后进行了五次循环实验,该复合光催化剂对MB和NFX的降解率仍能分别达到80.2%和78.8%。结合UV-vis DRS、PL和EIS,研究了其光催化性能变化的原因。最后基于能带结构理论公式,推导出了磁性CRB体系的光催化降解机理。      

石墨相氮化碳/蒙脱石复合材料的制备及其可见光催化性能

为提高石墨相氮化碳(g-C₃N₄)对可见光的利用率及光催化效率,采用热聚合与直接负载等方法,将g-C₃N₄负载于蒙脱石表面,制备了g-C₃N₄/蒙脱石复合光催化材料,其结构经SEM, FT-IR及XRD表征。以罗丹明B(RhB)为目标污染物,研究了不同负载量g-C₃N₄/蒙脱石复合光催化剂的可见光催化性能。并分别以对苯醌、碘化钾和异丙醇为自由基捕获剂,研究了复合材料的光催化机理。结果表明：当g-C₃N₄的质量分数为83%(CN/M-83%)时,RhB经可见光照射1 h后,降解率达到99.2%。光催化速率常数为纯g-C₃N₄光催化速率常数的3.2倍。     

高比表面积多孔Si层柱蒙脱土材料的合成和表征

汽车排放是大气的重要污染源之一。柴油中的含硫分子燃烧后产生的硫氧化物直接导致酸雨,也是城市氮氧化物和颗粒物排放的主要来源。为减少柴油中硫对环境的危害,世界各国相继颁布了严格的柴油含硫标准,加之市场对超低硫柴油的需求,使得各种柴油脱硫技术的开发成为一大热点。而开发高活性的加氢脱硫催化剂则是既经济又简单的方法。     

聚合物调控氧化钛层柱蒙脱石的结构和性能研究

为了改善氧化钛层柱蒙脱石的结构性能,以长链聚合物-端氨基聚甲基环氧乙烷(PPO-D-2000)为结构调节剂,调控合成了聚合物-氧化钛层柱蒙脱石材料。采用X射线粉末衍射、红外、拉曼光谱、TG/DSC、TEM和BET等手段进行了结构表征。结果表明,相比于小分子量表面活性剂而言,长链聚合物不仅能显著提高氧化钛层柱蒙脱石中的二氧化钛含量,而且比表面积比单独氧化钛柱撑蒙脱石增加了约13%,达到241.52m2/g,尤其是孔径、孔体积等孔道结构参数增加一倍左右。将合成的柱撑蒙脱石材料应用于对水中甲基橙的吸附和光催化性能研究表明,聚合物的调控作用能提高氧化钛层柱蒙脱石的吸附能力,光催化效率也有所改善。因此,聚合物对优化无机层柱粘土材料结构、改善吸附和催化性能具有良好的调控作用,为发展环境催化材料提供了新的途径。     

二维复合光催化剂的合成及其性能研究

摘要：通过超声辅助溶剂热法制备一种新型的二维类复合光催化剂BiOCl/MOF-5。运用XRD、SEM、BET、TEM、PL 等手段对催化剂的特殊结构和性能进行表征。在该光催化剂体系中,选取MOF-5为载体,通过与光催化剂BiOCl复合来合成一种新型的二维复合光催化剂。 结果表明,制备的催化剂均呈现出较为明显的二维形貌,且相对与单一BiOCl (3.15 mg2?g-1 )来说,该复合催化剂 (110.16 mg2?g-1 ) 的比表面积得到了明显的提高。由于催化剂的光催化性能与其比表面积和孔隙体积密切相关。复合催化剂相对较大的比表面积和适当的能带隙,有利于为反应物提供更多的活性位点和有效的传输路径,而且得益于MOF-5独特的形貌和结构,光催化剂聚集和比表面积小的问题也得到了解决。因此,该复合材料在降解有机物方面呈现出优异的光催化活性,且与纯BiOCl相比,催化剂的光催化活性得到了明显的提高。     

Graphene-based semiconductor photocatalysts

Graphene, a single layer of graphite, possesses a unique two-dimensional structure, high conductivity, superior electron mobility and extremely high specific surface area, and can be produced on a large scale at low cost. Thus, it has been regarded as an important component for making various functional composite materials. Especially, graphene-based semiconductor photocatalysts have attracted extensive attention because of their usefulness in environmental and energy applications. This critical review summarizes the recent progress in the design and fabrication of graphene-based semiconductor photocatalysts via various strategies including in situ growth, solution mixing, hydrothermal and/or solvothermal methods. Furthermore, the photocatalytic properties of the resulting graphene-based composite systems are also discussed in relation to the environmental and energy applications such as photocatalytic degradation of pollutants, photocatalytic hydrogen generation and photocatalytic disinfection. This critical review ends with a summary and some perspectives on the challenges and new directions in this emerging area of research (158 references).     

Effective synthesis of nanoscale anatase TiO2 single crystals using activated carbon template to enhance the photodegradation of crystal violet

Nanoscale anatase TiO₂ single crystals were successfully synthesized using three kinds of activated carbon (AC) templates through a simple sol–gel method. The optimal photocatalyst (T‐WOAC) was obtained using wood‐based AC template. X‐ray diffraction, transmission electron microscopy and Brunauer–Emmett–Teller analyses revealed that T‐WOAC possessed a small crystallite size of 8.7 nm and a clear mesoporous structure. The photocatalytic properties of samples were then evaluated through photodegradation of crystal violet (CV). Results implied that the photocatalysts prepared using the AC templates exhibited superior photocatalytic activity to that of the original TiO₂. This enhancement may be due to the small crystallite size, large specific surface area and pore volume of the catalysts prepared with ACs. T‐WOAC showed high photocatalytic activity, CV degradation of 99.01% after 120 min of irradiation and k = 0.03914 min^?1, which is 3.9 times higher than that of the original TiO₂ (k = 0.00994 min^?1). This result can be mainly attributed to the application of WOAC with moderate specific surface area and pore volume to produce T‐WOAC. Alkaline conditions benefitted the photodegradation of CV over photocatalysts. This work proposes a possible degradation mechanism of CV and indicates that the fabricated photocatalysts can be used to effectively remove CV from aqueous solutions.     

半导体/石墨烯复合光催化剂的制备及应用

首先分析了石墨烯和半导体光催化剂的特点,以及二者复合后可能具有的优越性质,接着介绍了石墨烯和半导体复合光催化剂的制备方法,归纳了石墨烯增强半导体光催化的机理,然后阐述了复合光催化剂在降解有机污染物、光催化分解水产氢、光催化还原CO2制有机燃料和光催化灭菌四个典型的应用,最后对半导体/石墨烯复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望.     

Facile preparation and characterization of anatase TiO2/nanocellulose composite for photocatalytic degradation of methyl orange

Anatase TiO₂/nanocellulose composite was prepared for the first time via a one-step method at a relatively low temperature by using cellulose nanofibers as carrier and tetrabutyl titanate as titanium precursor. The morphology, structure and element composition of the composite were characterized by SEM, EDS, TEM, XRD, XPS and UV–vis DRS. The specific surface area and thermal stability of the composite were investigated by N₂ adsorption–desorption and thermogravimetric analysis, respectively, and the band gaps of the prepared photocatalysts were calculated based on the UV–vis DRS results. In addition, the prepared composite was used for the photocatalytic degradation of methyl orange (aqueous solution, 40 mg L⁻¹). It was found that the composite had a good morphology and anatase crystal structure, and Ti-O-C bond was formed between TiO₂ and nanocellulose. The specific surface area of composite was increased and the thermal stability was decreased compared with the cellulose nanofiber. Moreover, the degradation rate of methyl orange was achieved as 99.72% within 30 min, and no obvious activity loss was observed after five cycles. This work might give some insights into the design of efficient photocatalysts for the treatment of organic dye wastewater.     

竹炭负载氧空位型BiOI/BiOCl复合光催化剂脱硝机理

以竹炭为载体,采用溶剂热法制备了氧空位(OV)型BiOI/BiOCl光催化剂,考察了温度和光照强度对其催化脱硝性能的影响,采用SEM、XPS、XRD、PL、Uv-vis等表征方法研究了该复合光催化剂上的脱硝机理。结果表明,在氙灯功率500 W、温度30℃时,最佳脱硝效率可达73%。氧空位改性可以增大竹炭的比表面积和孔容,提高其吸附能力,同时使C=O双键和-COO形式的酸性官能团分解为C-O官能团;OV改性还增加了光催化活性位点,减少了电子空穴对复合概率,从而提高了对NO的光催化降解效率。