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相似文献
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1.
近年来,卤氧铋(BiOX,X=Cl,Br,I)作为多功能半导体光催化材料,因其具有独特的层状结构和电子结构,吸引了广泛关注.然而,相对低的导带(CB)和高的价带(VB)位置导致其氧化还原能力弱,从而限制了其实际应用.研究表明,通过富铋策略调控BiOX中元素化学计量比,可以实现对其能带结构的可控调控.尽管富铋半导体材料被视为有效的可见光光催化剂的候选材料之一,但是单一组分的富铋光催化剂不利于光生载流子的分离和迁移.具有匹配能带结构的富铋基复合光催化剂的构建已被证实可以加速光生电子-空穴对的分离和迁移.与传统的Ⅱ型异质结构相比,S型异质结既可以有效地分离光生载流子,又可以增强其氧化还原能力.如果双富铋基半导体之间能形成S型异质结,不仅可以拓展可见光响应,而且还可以增强光生电荷的氧化还原能力.基于Bi4O5I2/Bi4O5Br2的匹配能带,制备具有强氧化还原能力的S型Bi4O5I2/Bi4O5Br2异质结是可行的.除了电子结构外,表面缺陷的引入也对改善光催化性能起到了重要作用.氧空位(OVs)作为一种典型的缺陷,可以捕获电子来抑制光诱导载流子的复合,并加速这些捕获载流子向吸附剂的转移.此外,它们还可以充当有机污染物和分子氧的吸附位点,促进吸附和降解效率.目前,光催化材料中OVs的形成通常需要复杂、苛刻的条件,如高温、高压、惰性或还原气氛处理等,因此寻找简便有效的方法生成OVs仍然具有挑战性.此外,在无惰性或还原气氛下对有机前驱体进行热处理被认为是形成OVs的有效方法.鉴于此,本文通过低温煅烧二维纳米片有机前驱体BiOAc0.6Br0.2I0.2(Ac-=CH3COO-)固溶体,成功合成了表面富有氧空位的一维纳米棒状的S型Bi4O5I2/Bi4O5Br2异质结(Bi4O5I2/Bi4O5Br2-OV).X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜电子顺磁共振以及X射线光电子能谱分析(XPS)等结果均证实了表面氧空位的存在.同时,根据吸收光谱图和肖特基曲线计算出Bi4O5I2和Bi4O5Br2的能带结构,而且通过XPS价带谱进一步证实了所计算的价带的可靠性.根据捕获剂实验、氯化硝基四氮唑蓝(NBT)转移以及对苯二甲酸荧光均证实了h+、·OH和·O2-是参与光催化降解的主要活性物种.再结合上述能带结构以及活性物种的类型推断出光生载流子的迁移方式将遵循S型机制,而不是传统的II型异质结.而且,通过光电流、阻抗和稳态荧光均证实了表面OVs和S型异质结的协同效应,有利于提高Bi4O5I2/Bi4O5Br2-OV的光生电子空穴对的分离效率,并延长其寿命,从而有效地提高其光催化性能.在可见光照射下,OVs和S型异质结的协同效应赋予Bi4O5I2/Bi4O5Br2-OV显著的可见光光催化性能,对抗生素四环素和染料罗丹明B的去除率分别高达90.2%和97.0%,均高于Bi4O5I2(56.8%和71.8%)、Bi4O5Br2(47.4%和68.4%)、固溶体BiOAc0.6Br0.2I0.2(67.0%和84.0%)以及表面具有低氧空位浓度的Bi4O5I2/Bi4O5Br2-P(30.6%和40.4%).此外,在实际废水或电解质存在下,S型Bi4O5I2/Bi4O5Br2-OV异质结仍呈现出优异的光催化性能.本文不仅为OVs修饰的富铋基异质结的设计提供了有效策略,也为界面载流子的分离和迁移提供了切实可行的途径.  相似文献   

2.
利用光催化剂中产生的光生电荷活化过一硫酸盐(PMS)用于抗生素等污染物的去除,由于结合了光催化反应和PMS活化的独特优势,近年来引起了广泛的关注。然而,对于单一光催化剂,严重的光生电子空穴对的复合限制了其活化PMS的效率。于此,本文构建了CuWO4-x/Bi12O17Cl2光催化剂,通过梯型异质结促进电荷分离,实现高效PMS活化。通过X射线衍射仪技术(XRD)、高分辨透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见漫反射光谱(UVVis)等分析手段对所制备催化剂的形貌和结构进行了详细的表征。另外,通过在可见光照射下降解四环素(TC),系统地研究了CuWO4-x/Bi12O17Cl2的催化活性。结果发现,与CuWO4-x和Bi12O17Cl2相比,CuWO4-x/Bi12  相似文献   

3.
光催化氧化是一种应用前景良好的环境治理技术.与絮凝、物理吸附和化学氧化等常见的方法相比,光催化氧化具有环境友好、氧化完全、方便和廉价等优势.特别是可见光光催化氧化,可利用太阳能中占比最高的可见光,在应用中更具优势.因而,探索可见光响应性能优异的光催化剂一直是光催化氧化领域的一个重要研究内容.硒化铋(Bi2Se3)是一种带隙(带隙宽度在0.3~1.3 e V)非常窄的半导体,能吸收全部波长范围的可见光和近红外光.此外,Bi2Se3还具有独特的金属表面态,其表面具有良好的导电性.这些特性使其在可见光光催化氧化领域具有很大的应用潜力.然而,由于Bi2Se3价带位置高,氧化能力很弱,其价带上的空穴在光催化反应中难以被消耗,导致空穴大量累积,并迅速与光生电子复合,大幅降低了Bi2Se3的光催化性能.因此,一直以来,Bi2Se3很少被用于光催化反应.如何充分利用Bi2Se3的光响应优势,制备出性能优异的光催化剂,仍是具有挑战性和吸引力的研究方向.本文采用预先制备的Bi2O3/g-C3N4复合物作为前驱体,通过原位转化的方法,将前驱体置于热的Se蒸汽中,使前驱体上的Bi2O3与Se蒸汽反应,完全转化为Bi2Se3纳米颗粒,从而制得Bi2Se3/g-C3N4复合光催化剂(Bi2Se3含量约为4 wt%).透射电镜结果表明,所形成的Bi2Se3纳米颗粒较均匀地分布在g-C3N4表面.表面功函数分析发现,Bi2Se3与g-C3N4结合后,它们的费米能级分别由原来的-0.55和-0.18 e V变为平衡时的-0.22 e V,可形成指向g-C3N4的内建电场,有利于形成梯型(S型)异质结.在此基础上,能级位移、荧光分析、结构计算和反应自由基测试等结果表明,Bi2Se3和g-C3N4之间形成了S型异质结.在可见光光催化降解苯酚的实验中,所制备的Bi2Se3/g-C3N4复合物的光催化活性明显优于单一的Bi2Se3和g-C3N4.结合比表面、孔结构、光吸收和荧光等对比分析,认为Bi2Se3/g-C3N4的这种S型异质结构在其光催化活性增强中起到了关键作用.在光照条件下,其g-C3N4导带中光生电子向Bi2Se3的价带迁移,并与光生空穴复合,从而使Bi2Se3导带上可保留更多的高活性光生电子参与光催化反应,由此Bi2Se3/g-C3N4的光催化活性增强.循环性能测试和光还原实验结果表明,所制备的Bi2Se3/g-C3N4复合光催化剂具有良好的稳定性.本文工作为高可见光吸收的光催化剂制备和性能增强提供了新途径和新视野.  相似文献   

4.
首先采用相分离的水解-溶剂热法制备了Bi2O3纳米粒子,然后利用简单的湿化学法在Bi2O3表面负载不同比例的TiO2纳米颗粒,进而得到TiO2/Bi2O3纳米复合体。通过气氛调控的表面光电压谱(SPS)等测试表明,表面负载适量的TiO2后能够提高Bi2O3光生电荷分离。可见光催化产氢和降解污染物测试结果进一步证明,表面负载适量的TiO2后可显著提高其可见光催化活性,其中Ti/Bi摩尔比为7%时具有最高的光催化活性。这主要归因于TiO2具有较为合适的导带能级位置,可以接收Bi2O3在可见光激发下所产生的高能级电子,从而抑制光生电子-空穴对复合,并且维持了高能级电子较高的还原能力。  相似文献   

5.
以静电纺丝技术制备的TiO2纳米纤维为基质,硝酸铋为铋源,KOH为矿化剂,成功制备了多异质结Bi4Ti3O12/TiO2/Bi2Ti2O7复合纳米纤维光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等一系列表征,对其物相组成、微观形貌和光学性质等进行分析。结果表明: TiO2纳米纤维的介入,将Ⅰ型异质结Bi2Ti2O7/Bi4Ti3O12分离为2个Ⅱ型异质结Bi2Ti2O7/TiO2和Bi4Ti3O12/TiO2。Bi2Ti2O7、Bi4Ti3O12和TiO2三者的协同作用,有效提高了可见光吸收能力,改变了光生载流子的传输路径,降低了光生电子与空穴的复合几率,从而获得高效的光催化降解CH3CHO性能。可见光照8 h,Bi4Ti3O12/TiO2/Bi2Ti2O7复合纳米纤维对CH3CHO的降解率达到87.1%。  相似文献   

6.
采用溶剂热法制备了三维花状CeO2/TiO2异质结光催化剂,然后以甲基橙(MO)为模拟有机污染物,在氙灯照射下考察了其光催化活性。结果表明,花状结构由纳米片和纳米颗粒复合而成,纳米片上均匀地附着CeO2颗粒。Ce/Ti的物质的量之比(nCe/nTi)和溶剂热时间影响异质结的光催化性能,当nCe/nTi=0.1、溶剂热时间为6 h时,CeO2/TiO2的光催化活性达到最佳,氙灯照射50 min的降解率达95%,光催化活性优于纯TiO2,这主要是CeO2和TiO2形成了异质结,有利于光生电子和空穴的分离。  相似文献   

7.
采用溶胶凝胶法制备了不同γ-Al2O3含量的钛铝复合载体,以此为载体采用浸渍法负载V2O5和WO3制备了一系列催化剂。采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、程序升温还原(H2-TPR)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等表征技术对催化剂表面形态进行分析,同时在模拟氨气选择性催化还原NO(NH3-SCR)的反应条件下,对催化剂的脱硝反应活性和SO2抗中毒进行考察。结果发现,TiO2和γ-Al2O3之间的协同作用使得V2O5-WO3/TiO2-γ-Al2O3催化剂的脱硝效率及活性窗口明显优于单一载体制备的催化剂,表现出了良好的热稳定性和抗SO2毒化能力,特别是V2O5-WO3/TiO2-15% γ-Al2O3在310~460 ℃,NO的转化率均在80%以上,反应窗口最宽。各种表征结果表明,TiO2-γ-Al2O3复合载体中γ-Al2O3高度分散在TiO2上,复合载体具有较大的比表面积,同时具有较强的还原能力。  相似文献   

8.
采用溶胶凝胶法制备了一系列不同TiO2含量的TiO2-Al2O3复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/TiO2-Al2O3催化剂。分别考察了不同TiO2含量的NiO/TiO2-Al2O3催化剂及反应温度对CO甲烷化催化性能的影响。实验结果表明,当复合载体中TiO2质量分数为30%,反应温度为350~450 ℃时,催化剂催化活性较高。利用N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)及H2程序升温还原(H2-TPR)等手段对催化剂物化性能进行了表征。结果表明,加入适量的TiO2能抑制镍铝尖晶石NiAl2O4物种的生成,改善NiO的表面分散性能,避免大晶粒NiO的形成,也改善了催化剂的还原性能,从而提高催化剂的CO甲烷化活性。  相似文献   

9.
人工光合作用可直接将二氧化碳转化为一系列碳氢化合物,实现大气中的碳循环,被视为一种既能解决能源短缺又能减少温室气体,进而改善人类生存环境的新型绿色技术.光催化二氧化碳还原体系需要合适的耦合氧化还原反应,以及对外界光源的有效利用以产生足够电子参与反应,因此构建高催化活性和高选择性的催化体系仍然面临着巨大挑战.此外,二维纳米结构(2D)由于具有比表面积大、离子的迁移路径短以及独特的平层电子转移轨道等特性,被证实有利于光催化还原CO2过程.其中,Bi3NbO7特殊的片层结构和合适的能带位置,使其在光催化还原CO2反应中表现出良好的催化性能.然而,Bi3NbO7的光生载流子易复合及反应中光腐蚀严重等缺陷导致其光利用率较低,限制了其实际应用.因此,构建S-型异质结是提高复合材料光催化活性的一种有前途的策略.S-型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且这一电子转移过程赋予了复合物最大的氧化还原能力.同时,S-型光催化体系不仅拥有同样的强氧化和强还原能力,还可显著抑制副反应的发生及副产物的产生,有利于CO2还原反应的高选择性进行.本文利用简易的溶剂热法制备了一系列S-型Bi3NbO7/g-C3N4(BNO/UCN)异质结光催化剂,与其纯组分催化剂相比,表现出优异的光催化还原CO2活性,g-C3N4含量为80wt%的BNO/UCN-3光催化剂催化CO2生成CH4产率为37.59μmol·g-1h-1,是g-C3N4的15倍,CH4选择性为90%;且循环反应10次后仍保持较高的活性及CH4选择性.光催化活性及选择性的显著增强是由于二维分布的纳米结构和S-型电荷转移路径.在可见光照射下,界面内建电场、带边缘弯曲和库仑相互作用协同促进了复合物相对无用的电子和空穴的复合.因此,剩余的电子和空穴具有较高的还原性和氧化性,使复合材料具有较高的氧化还原能力.自由基捕获实验、电子顺磁共振实验和原位X射线光电子能谱实验结果表明,光催化剂中的电子迁移遵循S-型异质结机理.综上,本文不仅为新型S-型异质结CO2还原光催化剂的设计和制备提供了新方法,而且为未来解决能源短缺及实现碳中和目标提供一定的实验及理论依据.  相似文献   

10.
采用一步水热法制备了Bi12O17Br2光催化剂,其平均微片尺寸为1.2μm,比表面积约为29 m2·g-1。Bi12O17Br2的禁带宽度为2.42 eV,能够响应可见光。值得注意的是,在光照条件下Bi12O17Br2表面能够产生氧空位;光诱导氧空位不仅能促进氮气在催化剂表面的吸附,而且对吸附的氮气分子的活化起到至关重要的作用。实验结果表明在可见光照射下,Bi12O17Br2光催化剂上的氨生成速率为337.6μmol·g-1·h-1。在可见光的驱动下,Bi12O17Br2光催化剂能够实现氮气与水反应生成氨的过程。  相似文献   

11.
The ferroelectric ceramics of Bi4Ti3O12, SrBi4Ti4O15, and lanthanum-doped Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15 were synthesized, and their Raman spectra were investigated. La-doping resulted in the enlargement of remnant polarization of Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15. The structure of the Bi2O2 layers and TiO6 octahedra of the intergrowth was found to be different from those of Bi4Ti3O12 and SrBi4Ti4O15. La3+ ions exhibit pronounced selectivity for the occupation of A site as La content is lower than 0.50, and tend to be incorporated into Bi2O2 layers when the La content is higher than 0.50. Lanthanum substitution brings about the structural phase transition in Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15. The variation of ferroelectric property may be attributed to combined contribution from the decreasing of the oxygen vacancies, the relaxation of the lattice distortion, the destroying of the insulation and the space charge compensation effects of the Bi2O2 slabs.  相似文献   

12.
以Bi(NO3)3·5H2O和Ti(OC4H9)4为原料,采用自组装单层膜技术,在负载有功能化三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane,OTS)的FTO基板上制备了Bi2Ti2O7薄膜。基板表面的亲水性测试表明,紫外照射使OTS自组装单层膜表面由疏水转变为亲水,实现功能化。借助X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析分别对Bi2Ti2O7薄膜的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,沉积溶液浓度为0.02 mol·L-1时,所得Bi2Ti2O7薄膜均匀致密。560℃热处理1 h、厚度为0.4μm的Bi2Ti2O7薄膜在100 kHz的介电常数为153,介电损耗为0.089。  相似文献   

13.
采用静电纺丝技术制备的TiO2纤维作为模板和反应物,通过原位水热合成了具有异质结构的Bi2Ti2O7/TiO2复合纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段对样品的结构和形貌进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物进行光催化降解实验。结果表明:花状Bi2Ti2O7纳米结构均匀地生长在TiO2纤维上,制备了Bi2Ti2O7与TiO2相复合的光催化材料,其光谱响应范围拓宽至可见光区,与纯TiO2纤维相比可见光催化活性显著提高,且易于分离、回收和循环使用。初步探讨了Bi2Ti2O7/TiO2异质结的生长机制和光催化活性提高机理。  相似文献   

14.
采用水热法合成球形钛酸铋复合氧化物光催化剂,利用SEM、XRD和UV-Vis DRS等表征手段对复合氧化物的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,结果表明,制备的钛酸铋复合氧化物为10 nm的球形颗粒,具有良好的晶型结构,禁带宽度为2.7 nm,有较好的可见光吸收能力。以亚甲基蓝、甲基橙及酸性品红为目标污染物,研究了复合氧化物在可见光下的光催化降解有机污染物的性能,并对光催化降解机理进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,该复合氧化物对酸性品红降解效果明显优于亚甲基蓝和甲基橙,光照150 min下,降解率可达91%。  相似文献   

15.
采用水热法合成球形钛酸铋复合氧化物光催化剂,利用SEM、XRD和UV-Vis DRS等表征手段对复合氧化物的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,结果表明,制备的钛酸铋复合氧化物为10 nm的球形颗粒,具有良好的晶型结构,禁带宽度为2.7 nm,有较好的可见光吸收能力。以亚甲基蓝、甲基橙及酸性品红为目标污染物,研究了复合氧化物在可见光下的光催化降解有机污染物的性能,并对光催化降解机理进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,该复合氧化物对酸性品红降解效果明显优于亚甲基蓝和甲基橙,光照150 min下,降解率可达91%。  相似文献   

16.
用浸渍-分解法将Bi2O3纳米颗粒沉积在TiO2纳米管壁上, 制备了Bi2O3/TiO2纳米管阵列. 用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定了Bi2O3/TiO2 纳米管阵列的化学组分, 利用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品. 通过在可见光下(λ>400 nm)降解甲基橙(MO)水溶液来评价样品的光催化活性. 结果表明, Bi2O3纳米颗粒均匀地沉积在TiO2纳米管中. Bi2O3/TiO2纳米管阵列具有比纯Bi2O3膜和N-TiO2纳米管阵列高得多的可见光催化活性. Bi2O3/TiO2纳米管阵列活性的增强是其强可见光吸收和Bi2O3与TiO2之间形成的异质结的协同作用的结果.  相似文献   

17.
The Bi2O3/Bi2WO6 heterojunction photocatalysts were prepared by a two-step solvothermal process using Bi(NO3)3-ethylene glycol solution as Bi source. The catalysts were characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-vis diffuse reflection spectroscopy. The heterostructure catalysts are composed of Bi2O3 nanoparticles as modifier and 3D Bi2WO6 microspheres as substrate. Bi2O3 nanoparticles with diameters of about 10-15 nm are tightly grown on the lateral surface of the Bi2WO6 microspheres. The hierarchical Bi2O3/Bi2WO6 microspheres exhibit higher photocatalytic activity than the single phase Bi2WO6 or Bi2O3 for the degradation of rhodamine B under visible light illumination (λ>420 nm). The enhancement of the photocatalytic activity of the Bi2O3/Bi2WO6 heterojunction catalysts can be ascribed to their improved light absorption property and the reduced recombination of the photoexcited electrons and holes during the photocatalytic reaction. The effect of loading amount of Bi2O3 on the catalytic performance of the heterojunction catalysts was also investigated and the optimal content of Bi2O3 is 3 wt%. The Bi2O3/Bi2WO6 heterojunction photocatalysts are essentially stable during the photocatalytic process.  相似文献   

18.
研究了用一步水热法制备的不同形貌的钛酸铋(Bi4Ti3O12, BIT)粒子的光学和可见光催化性能, 并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征. XRD结果表明, 所制备的BIT 样品为层状钙钛矿结构. FESEM结果表明, 通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粒子. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BIT 样品的带隙能约为2.88-2.93 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙(MO)降解实验评价了BIT 样品的光催化性能. 结果表明, BIT 的光催化活性比掺氮TiO2 (N-TiO2)高得多. 研究了形貌对BIT 光催化性能的影响. 所制备的BIT纳米带光催化效率最高, 经可见光照射360 min, 甲基橙溶液的降解率可达到95.0%.  相似文献   

19.
The compound previously reported as Ba2Ti2B2O9 has been reformulated as Ba3Ti3B2O12, or Ba3Ti3O6(BO3)2, a new barium titanium oxoborate. Small single crystals have been recovered from a melt with a composition of BaTiO3:BaTiB2O6 (molar ratio) cooled between 1100°C and 850°C. The crystal structure has been determined by X-ray diffraction: hexagonal system, non-centrosymmetric space group, a=8.7377(11) Å, c=3.9147(8) Å, Z=1, wR(F2)=0.039 for 504 unique reflections. Ba3Ti3O6(BO3)2 is isostructural with K3Ta3O6(BO3)2. Preliminary measurements of nonlinear optical properties on microcrystalline samples show that the second harmonic generation efficiency of Ba3Ti3O6(BO3)2 is equal to 95% of that of LiNbO3.  相似文献   

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