兰州化物所半导体光催化纳米材料的形貌及晶面效应研究获进展

在中国科学院"百人计划"项目支持下,中国科学院兰州化学物理研究所能源与环境纳米催化材料课题组在半导体光催化材料形貌及晶面设计合成研究领域取得新进展。     

Ag3PO4/ATP纳米复合材料的制备及可见光催化性能研究

以天然矿物凹凸棒石(简称ATP)为载体,在其表面原位生成纳米Ag3PO4,制备Ag3POJATP复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(Uv-vis DRS)等测试方法对复合材料的表面结构、形貌、光响应性能进行了研究.结果表明:Ag3PO4/ATP复合光催化剂中Ag3PO4-以纳米微球均匀分布在ATP表面,平均直径12.5 nm.进一步通过150 W碘钨灯下降解甲基橙(MO)的实验,研究了光催化材料的可见光催化性能.实验结果表明,Ag3PO4、Ag3PO4/ATP在可见光下具有光催化活性,Ag3PO4/ATP的光催化性能优于Ag3PO4,2.5h对甲基橙的降解率达到93.4;.     

g-C3N4基异质结的光催化应用研究进展

半导体异质结光催化剂因其在太阳能利用和转化方面广阔的应用前景而备受关注。合理构建两种或两种以上半导体材料的异质结构,可以集成多种组分的优点,改善光生电荷分离,扩大对可见光的吸收范围,保持光催化剂的高氧化还原能力。近年来,由于g-C₃N₄具有合成简单、稳定性高、独特的光学和电学特性等诸多优点,g-C₃N₄基异质结构的构建成为研究热点。本文针对近年来g-C₃N₄基异质结改性的研究现状,依据g-C₃N₄与其他半导体电荷转移路径的不同综述了三种异质结结构(g-C₃N₄基Ⅱ型异质结、g-C₃N₄基Z型异质结和g-C₃N₄基S型异质结),以及其在环境修复和能源方面的应用。最后对g-C₃N₄基异质结光催化剂存在的问题进行总结和展望。     

Ag3PO4/TiO2复合催化剂的制备及光催化性能研究

为提高纳米TiO2的光催化降解性能和稳定性,采用两步水热法制备具有高催化性能的Ag3PO4/TiO2复合催化剂,采用XRD、SEM、EDS、XPS、TEM等仪器对其表面微观形貌和形态大小、表面元素组成、物相结构等进行表征,并研究了TiO2的比表面积和Ag3PO4颗粒尺寸大小对Ag3PO4/TiO2光催化性能的影响.以亚甲基蓝(MB)和苯酚为目标降解物来考察复合光催化剂的光催化性能.结果表明:1h后Ag3PO4、TiO2、Ag3PO4/TiO2对亚甲基蓝的降解率为25;、42;、92;;复合光催化剂Ag3PO4/TiO2经过5次光催化降解实验后,对亚甲基蓝的降解率仍可达78;.     

Ag3PO4/Ag/ZIF-8复合光催化剂的合成及其光催化性能研究

以ZIF-8,NaH2PO4和AgNO3为原料,在室温条件下成功制备出一系列Ag3PO4/Ag/ZIF-8复合光催化剂.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)以及扫描电子显微镜(SEM)等手段对Ag3PO4/Ag/ZIF-8复合催化剂进行了表征分析.通过模拟太阳光下罗丹明B(RhB)降解实验来评价样品的光催化活性.结果表明:Ag3PO4/Ag/15;ZIF-8复合光催化剂的光催化活性最好,经过四次循环实验后RhB的降解率仍能达到87;,这归因于Ag3PO4与ZIF-8构成的异质结结构的协同作用以及单质Ag的电子传递作用.     

Ag3 PO4量子点修饰Ag3 PO4/Bi2 WO6异质光催化剂的构筑及其可见响应活性增强机制

采用水热法制备了三维分级球形结构的Bi2 WO6,在此基础上采用沉淀-沉积法将Ag3 PO4量子点(QDs)沉积在Bi2 WO6的表面,成功获得Ag3 PO4/Bi2 WO6异质复合材料光催化剂.借助XRD、FE-SEM、TEM、UV-Vis-DRS等技术对所得Ag3 PO4/Bi2 WO6异质复合材料光吸收性能、形貌和组成进行了系统表征,并以次甲基蓝(MB)和苯酚(Ph)的光催化降解为探针反应,探讨了Ag3 PO4 QDs表面沉积对Bi2 WO6光催化性能的影响.结果表明,尺寸约为10 nm左右的Ag3 PO4 QDs均匀的沉积在Bi2 WO6的表面,二者形成新颖的Ag3 PO4/Bi2 WO6异质结构.活性实验结果表明,与纯Bi2 WO6相比异质催化剂的活性显著增强,当Ag3 PO4与Bi2 WO6复合比为1:1时催化活性最高,其降解Ph的表观速率常数(kapp/min-1)约为纯Bi2 WO6的7倍.     

n-n异质结Ag3PO4/Bi2WO6的制备及其增强的可见光活性

以片状Bi2 WO6为前驱体,采用沉淀法制备n-n异质结Ag3 PO4/Bi2 WO6复合材料.通过多种技术,像X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis/DRS)考察所制备样品的组成、结构、形貌和光吸收性质.Ag3 PO4/Bi2 WO6复合材料由球形Ag3 PO4和片层Bi2 WO6相互交织组成,形成n-n异质结.随后,以染料罗丹明B(RhB)和苯酚(Phen)为模型分子来评价光催化剂Ag3 PO4/Bi2 WO6的可见光催化性能.与单体相比,Ag3 PO4/Bi2 WO6复合材料显示出增强的可见光催化活性.n-n异质结的形成可扩宽可见光吸收范围,促进光生电子-空穴对的分离,进而提高复合材料的可见光催化效率.     

Bi4Ti3O12/Ag/AgCl复合纤维的制备及可见光催化性能

本文合成了钛酸铋/银/氯化银(Bi4 Ti3O12/Ag/AgC1,BTO/Ag/AgCl)复合纳米纤维,并研究了其可见光催化性能.通过静电纺丝技术和高温煅烧制备了BTO纳米纤维,采用沉淀-光照还原法在BTO纳米纤维表面负载了Ag/AgC1纳米颗粒获得BTO/Ag/AgC1复合纤维.结果 表明,BTO和Ag/AgC1均具有良好的结晶性能,BTO/Ag/AgC1比单纯的BTO纳米纤维具有更强的可见光吸收.光催化测试表明,由于Ag/AgC1对可见光吸收的增加,以及与BTO间形成的半导体异质结,BTO/Ag/AgC1复合纳米纤维对染料RhB的光催化降解效率均高于纯的BTO纳米纤维,经100 min光照后可由29;提高到80;.     

聚乙烯醇改性磷酸银的光催化活性研究

在制备的磷酸银表面吸附少量的聚乙烯醇(PVA),并通过热处理制备了DPVA/Ag3 PO4复合材料.使用傅立叶红外光谱法(FT-IR)和荧光光谱法(PL)对DPVA/Ag3 PO4复合材料进行表征.分析得知,经聚乙烯醇复合改性的DPVA/Ag3 PO4复合微粒中存在共轭结构,光生电子-空穴对复合率降低,光催化活性得到显著提高.研究了不同条件(复合比例、热处理温度、热处理时间)下制备的复合光催化剂在可见光下催化降解甲基橙的光催化性能.当PVA与Ag3 PO4质量比为1:4000,热处理温度为190℃,热处理1 h时光催化效果最好.     

Ag/ZnS核壳结构纳米棒的制备及其光催化性能分析

在制备的Ag纳米线的基础上,用水热法合成了Ag/ZnS核壳结构纳米棒.使用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱仪(EDS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见双光束分光光度计(UV-vis)、光致发光扫描仪(PL)等检测设备对样品的成分、形貌、微结构及光学性能进行了表征.结果显示,制备的Ag/ZnS复合材料为ZnS纳米颗粒包覆Ag纳米线的核壳结构,其紫外吸收峰位于350 nm处,相对于ZnS纳米颗粒变宽并发生红移,PL发射峰位于462 nm处,相对于ZnS纳米颗粒发生了蓝移,强度明显降低.光催化结果显示,Ag/ZnS核壳结构纳米棒的光催化性能优于ZnS纳米颗粒,分析了光催化反应机理.     

Ag2O/TiO2异质结的光催化活性及耐光腐蚀性研究

以钛酸丁酯、硝酸铋和硝酸银为原料,FTO为基底,采用水热法结合超声沉积法合成了Ag2 O/TiO2异质结光催化剂.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析测试手段对样品的形貌和结构进行了表征.结果表明,Ag2O/TiO2异质结是由直径约200 ～ 300 nm的TiO2纳米棒镶嵌着Ag2O纳米颗粒组成,与TiO2纳米棒阵列相比,Ag2O/TiO2异质结在可见光区有明显的光吸收.Ag2O/TiO2异质结的光催化效率明显提高.尤为重要的是,经光处理后,最终得到稳定的Ag-Ag2O/TiO2三元体系,并对Ag-Ag2 O/TiO2三元体系提高光催化稳定性和活性的机理进行了分析.     

纳米材料塑性变形机制研究获新进展

纳米结构材料由于特殊的微观结构和塑性变形机制，使其具有优异的力学性能，因此，纳米材料的塑性变形机制、拉伸延伸率内禀特性及影响因素、塑性变形诱导纳米组织的形成机理等成为力学和材料科学共同关注的前沿课题。近期，中国科学院力学所洪友士研究员课题组与金属所卢柯研究员课题组在纳米材料塑性变形机制的合作研究方面取得了新进展。     

载Ag二氧化钛纳米线的制备及其光催化性能

利用水热合成法,制备出了二氧化钛纳米线,通过葡萄糖还原Ag(NH3)+2,在制备出的二氧化钛纳米线表面负载了 Ag纳米颗粒.利用透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见光谱(UV-Vis)对产物进行了表征.结果表明:该Ag/TiO2纳米线在可见光区域表现出较强的吸收性能.测试了样品降解酸性红3R溶液的活性.结果表明,TiO2纳米线表面负载Ag纳米颗粒对提高其光催化性能具有积极的作用.     

兰州化物所金属硫化物纳米薄膜设计制备和性能研究获进展

金属硫化物纳米材料因其具有优异的光电特性而成为太阳能量转换、光电器件、催化等前沿领域的研究热点。通过对金属硫化物纳米结构的设计及其薄膜材料的可控合成和组装,可使其在太阳能利用和光电子集成器件等应用上发挥更大作用。中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室贾均红研究员带领的课题组,在对金属硫化物纳米材料及其功能薄膜的设计、制备和性能研究方面,取得了一系列突破和重要进展。他们利用化学浴沉     

纳米Ag颗粒掺杂方式对NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光材料发光性能的影响

利用水热法制备了Yb3+,Er3+共掺杂NaYF4上转换发光材料.在实验中引入Ag纳米溶胶,研究了Ag纳米颗粒对NaYF4∶ Yb3+/Er3上转换发光材料结构、形貌和光学性质的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对样品的结构、形貌和光学性能进行了研究.结果表明,生成NaYF4∶ Yb3 +/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒可使NaYF4∶ Yb3+/Er3+粉末的衍射峰强度增强;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应后加入Ag纳米颗粒会使六方相样品部分转变成立方相.生成NaYF4:Yb3+/Er3+发光材料前引入Ag纳米溶胶可以大大提升晶体的结晶质量;生成NaYF4∶Yb3+ /Er3+发光材料后引入Ag纳米溶胶,原有六棱柱直径变小,产物有新的球状晶体生成.生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒,可使NaYF4∶ Yb3+/Er3+上转换材料的发光强度显著增强,与未掺杂Ag纳米颗粒相比发光强度增加约36;.     

三维Ag2O/WO3复合催化剂的制备及光催化性能研究

WO3是一种带隙约为2.7 eV的过渡金属半导体,可见光就能激发其光催化活性,这极大地提高了太阳光的利用率,但纯WO3纳米材料催化活性偏低,针对这一难题,本文选取了三维网格结构的WO3纳米材料为载体,利用化学搅拌法制备了不同摩尔比的Ag2O/WO3复合光催化剂.选择亚甲基蓝为研究对象,测定了不同摩尔比的Ag2O/WO3复合催化剂的光催化性能.实验表明,当Ag2O和WO3的摩尔配比为1∶2时,该复合催化剂的光催性能最好.过量的Ag2O纳米颗粒会增加Ag2O/WO3内部电子空穴的复合几率,反而导致光催化剂反应活性的降低.     

SnO2/石墨分级纳米异质结构的合成及其电化学性能研究

以石墨为基底,五水合四氯化锡为锡源,氢氧化钠为沉淀剂,采用一步水热法合成了SnO₂/石墨分级纳米异质结构。利用FESEM、XRD、EDS、Raman等对SnO₂/石墨分级纳米异质结构进行了形貌、结构和成分表征。研究发现,结晶良好的SnO₂纳米线首先组装成SnO₂纳米棒,纳米棒进一步组装成直径约450 nm的花状结构,并均匀生长在石墨片上,呈现分级结构。用循环伏安法、恒流充放电循环法测试了分级纳米异质结构的电化学性能,结果表明:在50 mA/g的充放电电流密度下首次放电比容量和充电比容量分别为1 567.2 mAh/g、825.9 mAh/g,同时多次循环的循环伏安曲线几乎一致,表明SnO₂/石墨分级纳米异质结构具有较高的储电容量和改善的循环稳定性。     

兰州化物所室温高效催化氧化甲醛制氢研究获进展

<正>在中国科学院"百人计划"项目和国家自然科学基金支持下,中国科学院兰州化学物理研究所能源与环境纳米催化材料课题组在高效室温催化氧化甲醛制氢研究领域取得新进展。甲醛是目前影响人类健康的主要有机污染物,给人体健康造成了很大危害。目前所报道的甲醛消除技术主要集中于室内低浓度(ppm量级)气态甲醛吸附及催化氧化,而这些传统技术难以满足工业废水中高浓度甲醛的氧化消除。此外,目前所报道的催化氧化技术将甲醛彻底氧化为CO2和水,不利于甲醛的二次合     

基于CVD自组装生长氧化锌半导体纳米结构的光电导紫外探测器研究

报道了一种基于自组装生长ZnO纳米结构的光电导型紫外探测器.首先,在石英衬底上制备银叉指电极,然后溅射ZnO纳米薄膜形成一种共面光电导型金属-半导体-金属(MSM)结构,再利用低压CVD生长方法进行ZnO纳米线的原位生长,从而在器件顶部形成了ZnO纳米线垂直阵列和其上交错排列ZnO纳米线所构成的双层ZnO纳米线结构.这种器件底部的ZnO薄膜既是MSM光电导器件的电荷传输层,也同时作为上层ZnO纳米结构自组装生长的籽晶层,顶部的ZnO纳米结构层作为紫外光敏感层,测试结果表明该器件具有光响应速度快、光响应电流大和良好的紫外响应可分辨特性.研究表明,相比于单根ZnO纳米线光电导紫外器件而言,基于ZnO纳米结构膜层的光电导紫外探测器能够大幅度提高可测光响应电流.     

半导体所在锑化物纳米线研究中取得系列进展

正III-V族半导体纳米线凭借其独特的准一维结构和物理特性在纳米晶体管、纳米传感器和纳米光电探测器等方面有着重要潜在应用,是当前国际研究的热点。特别是,三元合金InAsSb纳米线除了具有超高的载流子迁移率和极小的有效质量外,其可调的带隙以及电、光学性能使其成为红外探测器的理想材料。目前,国际上广泛采用外来Au催化的气-液-固(VLS)机制制备纳米线,但Au催化剂能在半导体材料中形成深能