Ag-BiVO_4复合光催化剂的制备及其可见光光催化机理的研究

BiVO4是一种优良的可见光光催化剂,但是低电荷分离效率和表面吸附性差能严重地制约了其光催化活性的提高.我们通过简单易行的一步水热法制备了银-钒酸铋复合光催化剂(Ag-BiVO4).通过XRD、EDS、XPS、SEM、DRS、PL和BET等手段对其结构和光化学性质进行了详细表征.结果表明,银以Ag和Ag2O的形态存在于催化剂表面.在可见光照射下(λ≥420nm),以染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子水杨酸(Salicylic acid,SA)为模型污染物,考察了Ag-BiVO4和BiVO4的光催化活性.结果表明:Ag的引入能有效提高BiVO4的可见光催化活性,当Ag掺杂量为1.44%时,其光催化效率最高.吸附实验表明Ag的存在极大地加强了RhB在光催化剂表面的吸附.进一步实验表明Ag2O和Ag的相互协同作用使Ag/Ag2O-BiVO4可见光催化活性得到显著提高,其中Ag2O因与BiVO4形成p-n型异质结对其催化活性起到主导作用.     

SiO2负载的TiO2光催化剂可见光催化降解染料污染物

 采用酸催化溶胶-凝胶法制备了SiO2负载的TiO2光催化剂,考察了制备条件对负载型TiO2光催化剂的晶相、结构、比表面积和可见光催化活性的影响. 结果表明,采用SiO2为载体时,TiO2以纳米颗粒的形态分散在载体表面,负载型TiO2/SiO2催化剂的比表面积大、等电点低而且热稳定性能良好. 偶氮染料酸性橙7的可见光催化降解实验结果表明,染料污染物在催化剂表面的吸附是影响催化剂可见光催化活性的重要因素. 与试剂TiO2样品相比,负载型TiO2/SiO2光催化剂具有更好的光催化活性和沉降性能.     

Ag/BiOX (X=Cl,Br, I)复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能

采用光化学沉积法制备了一系列不同Ag含量的新型Ag/BiOX(X=Cl,Br,I)复合光催化剂,应用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱和N2物理吸附等手段对催化剂进行表征,并以420nm<λ<660nm的可见光为光源,评价了该催化剂光催化降解酸性橙II的活性,考察了不同含量的Ag沉积对BiOX样品光催化性能的影响.N2物理吸附测试结果表明,沉积银在一定程度降低了催化剂的比表面积.UV-Vis测试结果表明,Ag能产生表面等离子共振吸收,有效增强BiOCl和BiOBr对可见光的吸收能力.PL测试结果则表明,Ag能显著抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合.Ag的存在大幅度提高了BiOX对染料的光催化降解活性.当负载Ag的质量分数(w)为1%-2%时,可使BiOCl、BiOBr和BiOI光催化活性分别提高了10、13和2倍.Ag/BiOX复合光催化剂具有更高催化活性的原因是复合光催化剂对可见光有很强的吸收能力,同时产生了银等离子体光催化作用和银抑制了Ag/BiOX(X=Cl,Br,I)的光生电子-空穴的复合.     

微波载银对纳米二氧化钛相变及光催化性能的增效作用

用微波法制备系列载Ag纳米TiO2,发现微波载Ag对纳米TiO2的相变和光催化活性具有增效作用。采用X-射线粉末衍射(XRD),透射电镜(TEM),X-射线光电子能谱仪(XPS),激光Raman光谱及漫反射光谱(DRS)方法对比研究纳米TiO2与载Ag纳米TiO2的性质。结果表明,所制得载Ag纳米TiO2是以锐钛矿为主相的混晶,平均粒径约为10 nm,负载Ag促进纳米TiO2中锐钛矿相转化金红石相相变,减小纳米晶尺寸,并使纳米TiO2光响应范围向可见光区移动 6 nm。在低浓度范围,微波法能均匀地将Ag负载于纳米TiO2表面,并以Ag0/Ag+的形式存在,抑制光生电子与光生空穴复合,大大地提高了纳米TiO2光催化活性。在近紫外-可见光照射下,载Ag量为0.05 mol %的纳米TiO2对罗丹明B的光催化降解效果最好。     

贵金属负载光催化剂在丙炔光催化水解反应中的研究(Ⅲ)

利用三种不同负载方法制备了含有不同贵金属的TiO2光催化剂,通过测试其XPS和光催化活性和选择性发现,TiO2光催化剂在丙炔和水的光催化水解反应中,由于贵金属的存在,有利于促进发生加氢反应,导致丙烯的生成量增加.Pt,Ru,Rh,Pd和Ag负载在TiO2上,在紫外线照射下(λ>270nm),Pd负载的TiO2光催化剂表现出最高的光催化活性.光催化活性和负载贵金属所处的氧化状态有密切的关系,贵金属完全被还原到0价是提高光催化活性的必要条件.     

Cu负载TiO_2及其CdS复合物的光解水性能

光解水制氢技术是解决能源环境问题的重要手段.本研究通过负载非贵金属Cu于TiO_2表面,提高光催化活性,并与CdS进行复合从而获得高活性的可见光催化材料.利用X射线衍射、紫外-可见漫反射和高分辨透射电镜手段表征了Cu的物种、催化材料的光吸收性能及复合物的形貌和复合状态.活性测试显示Cu的负载可以显著提高TiO_2的光催化活性,当Cu负载量为2%(质量分数)时光催化活性产氢最高,为未负载的29倍.Cu/TiO_2与CdS复合后,CdS的电子可以快速的传递到TiO_2表面的Cu上,从而达到电子和空穴的分离,提高了CdS在可见光下的产氢活性.     

纳米Ag/ZnO光催化剂及其催化降解壬基酚聚氧乙烯醚性能

采用氨浸法制备了不同Ag负载量的纳米Ag/ZnO光催化剂,并用X射线衍射、比表面积测定、X射线光电子能谱和漫反射紫外-可见光谱测定了Ag/ZnO的晶型结构、比表面积、表面组成和光谱特征.以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE-10)为模型污染物,分别在紫外光和可见光照射下考察了纳米Ag/ZnO的光催化活性.结果表明,Ag能成功地负载到ZnO表面,且随着Ag负载量的增加,ZnO的粒径逐渐增大,比表面积逐渐减小.与纳米ZnO样品相比,Ag/ZnO中Ag 3d5/2结合能减小,而Zn 2p和O 1s结合能增大,ZnO表面的羟基氧和吸附氧含量增加.当Ag负载量大于0.5%时,Ag/ZnO样品的吸收光谱发生红移,在可见光区出现吸收.光催化降解结果表明,0.5%Ag/ZnO样品的光催化活性最高,在紫外光和可见光照射3 h后NPE-10降解率分别约为77%和56%,而ZnO样品的光催化活性仅约为61%和40%.     

Ag改性提高TiO_2对Cr(VI)的光催化还原活性机理

在消除了质子缺乏、光生电子-空穴复合对Cr6 光催化还原负效应影响下,比较了TiO2和Ag/TiO2(Ag质量分数1.0％)光催化还原活性.结果表明,相同条件下Ag/TiO2表现出比TiO2更高的催化活性.EPR分析表明,对于Ag/TiO2,UV照射后Ag表面有活性物种O2生成,在TiO2上有活性中心表相Ti3 生成.光生电子通过表相Ti3 向Cr6 传递电子是cr6 光催化还原的速度控制步骤.较多的表相Ti3 参与还原反应是Ag/TiO2表现出较高催化活性的主要原因,担载Ag上积聚光生电子的较强流动性对反应也起到一定促进作用.     

Ag改性提高TiO2对Cr(Ⅵ)的光催化还原活性机理

在消除了质子缺乏、光生电子-空穴复合对Cr6+光催化还原负效应影响下,比较了TiO2和Ag/TiO2(Ag质量分数1.0%)光催化还原活性.结果表明,相同条件下Ag/TiO2表现出比TiO2更高的催化活性.EPR分析表明,对于Ag/TiO2,UV照射后Ag表面有活性物种O-2生成,在TiO2上有活性中心表相Ti3+生成.光生电子通过表相Ti3+向Cr6+传递电子是Cr6+光催化还原的速度控制步骤.较多的表相Ti3+参与还原反应是Ag/TiO2表现出较高催化活性的主要原因,担载Ag上积聚光生电子的较强流动性对反应也起到一定促进作用.     

Ag改性提高TiO2对Cr(VI)的光催化还原活性机理

在消除了质子缺乏、光生电子-空穴复合对Cr6＋光催化还原负效应影响下，比较了TiO2和Ag/TiO2（Ag质量分数 1.0％）光催化还原活性.结果表明，相同条件下Ag/TiO2表现出比TiO2更高的催化活性. EPR分析表明，对于Ag/TiO2，UV照射后Ag表面有活性物种生成，在TiO2上有活性中心表相Ti3＋生成.光生电子通过表相Ti3＋向Cr6＋传递电子是Cr6＋光催化还原的速度控制步骤.较多的表相Ti3＋参与还原反应是Ag/TiO2表现出较高催化活性的主要原因，担载Ag上积聚光生电子的较强流动性对反应也起到一定促进作用.     

TiO2薄膜的Ag改性及光催化活性

 用光化学沉积法对纳米TiO2薄膜进行了Ag改性,用漫反射紫外-可见光谱、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析了Ag-TiO2薄膜的光谱特征、表面形貌和表面组成. 以苯酚为模拟污染物,在不同波长光源及有氧和无氧条件下考察了Ag-TiO2薄膜的光催化活性. 结果表明,当银沉积量大于 0.0150 mg/cm2时, Ag-TiO2薄膜对紫外光的吸收发生了明显的蓝移,同时在346 nm附近出现了小的吸收峰且该峰随着银沉积量的增加逐渐向长波方向移动. 沉积在TiO2薄膜表面的银颗粒大小不均匀,主要以单质银的形式存在,也生成了部分Ag2O; 相对于TiO2薄膜, Ag-TiO2薄膜表面吸附氧的含量明显增大. Ag-TiO2薄膜的光吸收特性对其催化活性影响较大. 在低压汞灯及有氧参与的条件下,银沉积量为0.0523 mg/cm2的Ag-TiO2薄膜的催化活性最高, 其反应速率常数是TiO2薄膜的1.16倍. Ag+更易沉积在较大n值的Ag簇上,其颗粒大小不可能完全均匀. Ag-TiO2薄膜的光吸收特性、 Ag簇的大小以及Ag对O2的吸附作用是决定Ag-TiO2薄膜催化活性的主要因素.     

Fe掺杂与天然沸石载体对TiO2光催化活性的影响

以具有多孔结构的天然斜发沸石为载体, FeCl₃和TiCl₄为前驱物制备铁离子掺杂TiO₂光催化剂. 分别在紫外光和太阳光照射下, 研究了Fe-TiO₂, TiO₂/沸石和Fe-TiO₂/沸石对甲基橙溶液(MO)的光催化分解过程, 并通过XRD, AFM, FTIR和吸收光谱等手段, 探讨了Fe和沸石对TiO2的光催化活性的影响. 结果表明, 适当浓度的Fe不仅可以提高TiO₂的光催化效率, 而且能够拓展TiO₂的吸收波长范围至可见光区. 而沸石的引入不仅提高了光催化剂的效率, 而且也增强了光催化剂的抗失活性能.     

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.     

A Facile One‐Pot Synthesis of Layered Protonated Titanate Nanosheets Loaded with Silver Nanoparticles with Enhanced Visible‐Light Photocatalytic Performance

Layered protonated titanate nanosheets (LPTNs) loaded with silver nanoparticles are prepared by a simple one‐pot hydrothermal route in silver‐ammonia solution. The as‐synthesized Ag‐loaded LPTNs possess large specific surface area. The Ag nanoparticles are highly dispersed on the surface of the LPTNs. They have negligible effects on the crystal structure, crystallinity, and surface area of the LPTNs but result in considerable enhancement of visible‐light absorption and in a red‐shift of the band gap for the LPTNs. The Ag‐loaded LPTNs show enhanced photocatalytic activity for both liquid‐ and gas‐phase reactions under visible‐light irradiation. Moreover, the photocatalytic activity first increases gradually with increasing Ag loading content, and then decreases after maximizing at an optimal Ag content. At the Ag loading content of 2.87 mol % and 1.57 mol %, the Ag‐loaded LPTNs exhibit the highest visible‐light photocatalytic activity for degradation of rhodamine B in water and mineralization of benzene in air, respectively. An alternative possible mechanism for the enhancement of the visible‐light photocatalytic activity is also proposed.     

Improved photocatalytic activity of TiO_2 produced by an alcohothermal approach through in-situ decomposition of NH_4HCO_3

High crystallinity of TiO_2 was prepared by a modified alcohothermal method, in which titanium isopropoxide was used as the titania precursor, absolute ethanol as the reaction medium, and NH_4HCO_3 as the raw materials for release of water, ammonia and carbon dioxides via in-situ decomposition. The X-ray powder diffraction(XRD) and transmission electron microscope(TEM) measurements showed that water and ammonia from the in-situ decomposition of NH_4HCO_3 played an important role in conducting the size, shape, crystallinity and microstructure of TiO_2. The photoluminescence spectroscopy and photocurrent measurements indicated that enhanced crystallinity could hinder the recombination and promote the separation of electron-hole pairs in TiO_2, which contribute to the improvement of photocatalytic activity.Methyl orange photodegradation under UV light confirmed that high crystallinity of TiO_2 did present a high photocatalytic activity due to the effective separation of photoinduced charges.     

MoSe2/Ag3PO4复合材料的制备及其可见光降解罗丹明B的光催化性能

通过原位沉积法合成了一种光催化活性强、稳定性高的MoSe2/Ag3PO4复合材料。MoSe2/Ag3PO4形成的异质结构能有效分离光生电子-空穴对,从而提高光催化活性。光生电子从Ag3PO4表面向MoSe2的转移降低了Ag+向金属Ag的可能性。当MoSe2和Ag3PO4的质量分数为1∶5(最优组合)时,MoSe2/Ag3PO4在可见光照射下30 min内降解RhB效率达98%,并且经过4次重复试验,其可见光照射下RhB降解效率仍可达到89%。通过液相色谱/质谱(LC/MS)技术测定光催化过程中产物的变化,提出了MoSe2/Ag3PO4光催化降解RhB的途径。     

Flower-like Au/Ag/TiO_2 nanocomposites with enhanced photocatalytic efficiency under visible light irradiation

Uniform flower-like TiO_2 coated Au nanostars and core-shell Au@Ag natiostars with different amounts of Ag coating were prepared through a facile method by hydrolysis of TiF_4 under an acidic environment.The photocatalytic capability of these flower-like nanocomposites under visible light irradiation was found to be enhanced by up to 4.7-fold compared to commercial P25 TiO_2 nanoparticles.The enhanced photocatalytic activity was ascribed to improved light absorption and hot electron injection from the photo-excited Au@Ag core to the TiO_2 shell.     

应用射线束制备可见光响应的TiO2薄膜

 由溶胶-凝胶法制备了TiO2薄膜. 为了改善TiO2对光的利用效率,采用过渡金属离子(V+和Cr+)注入和电子束辐照沉积贵金属纳米颗粒(Ag和Pt)两种射线束技术对TiO2薄膜进行改性. 紫外-可见光谱表明,两种射线束技术改性的TiO2薄膜的吸收光谱都发生了红移,说明这两种方法都是拓展TiO2吸收光谱的有效手段. 通过光催化降解甲基橙实验,比较了两种方法对TiO2可见光光催化能力的拓展情况,结果表明,两种方法均可显著提高TiO2在可见光作用下的光催化活性.     

具有SPR效应的Ag/Ag2MoO4材料在可见光区的光催化性能研究

作为一类新兴的光催化材料,钼酸盐纳米材料具有高表面能、多活性位点和高选择性等优点,在可见光催化降解污染物方面有着重要应用,近年来受到广泛关注.作为钼酸盐家族重要的一员,钼酸银在杀菌、表面增强拉曼光谱、气敏材料等方面均有重要应用,但其光催化性能却鲜见报道.这是由于它的光谱响应范围窄和广生载流子分离效率低所致.虽然近来有少量基于钼酸银的复合材料的光催化研究,但催化效果不佳.众所周知,作为自由电子体系,诸多金属纳米粒子,如贵金属、碱金属等,存在表面等离子体共振效应(SPR),使得贵金属,特别是Ag,Au等纳米粒子在可见区域有较强的吸收.利用这一特性,Awazu等将Ag纳米颗粒沉积在TiO2表面,创造性地将SPR应用于光催化反应,开发出在可见光谱区具有宽光谱吸收特征的Ag/TiO2.随后陆续合成出基于SPR效应的Ag@AgCl,Ag/Ag3PO4材料均具有良好的光催化性能.基于此,本文在十二烷基硫酸钠(SDS)的存在下,采用水热法一步合成了具有SPR效应的Ag/Ag2MoO4可见光催化材料,并利用X射线粉末衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)等技术对材料进行了表征.系统地探讨了体系pH值、反应时间、表面活性剂用量对产物的晶相和微观形貌等的影响.此外,还利用罗丹明B降解实验考察了上述合成条件对材料可见光催化活性的影响,并通过捕获剂实验深入地研究了起催化作用的活性物种.XRD结果表明,体系的pH值对材料的晶型有极大影响,随着pH由酸性变至中性、碱性,最终得到的钼酸银也由Ag2Mo2O7过渡到Ag2MoO4.SEM图显示在最优条件(pH为7,加入0.5 g SDS,160oC下水热14 h)下制得的钼酸银为八面体的Ag2MoO4,且其表面均匀地分布着Ag纳米颗粒,与XPS图谱结果一致.另外表面活性剂SDS的用量对所合成材料的形貌影响很大.本文可一步得到以八面体Ag2MoO4为主的Ag/Ag2MoO4复合材料,是因为SDS的疏水长链可以诱导Ag2MoO4的各向异性生长.DRS结果表明,Ag2MoO4八面体上Ag颗粒的引入使其在可见光区的吸收明显加强,因而它在可见光下催化降解罗丹明B降解反应活性增加.捕获剂实验结果表明,起决定性作用的活性物种是光生空穴,另外?OH也起了一定作用.     

热处理锐钛型二氧化钛催化可见光照射损伤牛血清白蛋白

利用紫外-可见（UV-Vis）光谱和荧光光谱研究了可见光照射热处理的锐钛型二氧化钛（TiO2）对牛血清白蛋白（BSA）的损伤,同时对处理前后TiO2的光催化活性进行了比较,并考察了可见光照射时间、TiO2加入量和照射功率等因素对BSA分子损伤的影响。 结果表明,经过高温处理锐钛型TiO2可以部分转晶,处理后的TiO2和可见光的联合作用能够导致BSA分子损伤。 UV-Vis光谱表现为增色效应,荧光光谱表现为荧光猝灭。 且处理后的TiO2的光催化活性好于处理前。对于体系温度为25 ℃和浓度为1.0×10-5 mol/L的BSA溶液,BSA分子的损伤程度随着可见光照射时间、TiO2加入量和照射功率的增加而增大。 同步荧光光谱证明了BSA分子中酪氨酸的损伤程度较大。