BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合光催化剂的制备及光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和NH_4VO_3为原料,控制水溶液介质p H及反应时间,采用水热合成法制备钒酸铋(BiVO_4)及其复合物(BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3).利用X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见漫反射吸收光谱等手段对制备的样品进行了物理表征,结果表明,在控制反应时间为1 h,介质p H值在1.14~9.01之间时,制备的样品为BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合物,当p H值增加至10.92时为纯BiVO_4;控制介质p H为7.17,反应时间在1~12 h之间时得到BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合光催化剂,反应时间为18 h时为纯BiVO_4.在可见光(λ≥400 nm)照射下,以有机染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为底物,研究不同条件制备的BiVO_4或者复合物为光催化剂的光催化特性,发现p H=7.17,水热反应12 h得到的催化剂(BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3)光催化降解活性高于对照制备的纯BiVO_4.同时在可见光照射下,BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3亦可以有效降解无色小分子2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP),说明氧化过程涉及到光催化过程.分析BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合光催化剂对Rh B光催化降解过程中活性物种,表明在降解过程中主要涉及空穴和超氧氧化,O_2·~-起主要作用.     

Bi/BiVO4&Bi4V2O11复合催化剂的制备及其光催化性能

经由溶剂热反应、光辅助还原过程制备Bi/Bi VO_4Bi_4V_2O_(11)纳米复合光催化材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、N_2吸附-脱附等温线和光致发光(PL)等手段对该复合物进行表征。实验结果表明当金属Bi与BiVO_4Bi_4V_2O_(11)的质量比值为0.8,可见光照射30 min时,Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)复合催化剂对罗丹明B(RhB)的降解率可达95.6%。此外,Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)对四环素(TC)的降解也表现出增强的光催化性能。Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)复合材料提升的光催化性能可能归因于金属Bi的表面等离子体共振(SPR)效应、拓宽的可见光吸收范围和增大的比表面积。此外,提出了复合光催化剂可能的光催化机理。     

二元ZnCo-LDH助催化剂对BiVO4光电化学性能的促进

钒酸铋(BiVO_4)是最有前景的将太阳能转化为氢能(STH)的光阳极材料之一,但其本身严重的电子-空穴复合严重影响了其实用性。本文中,我们报道了用一步电沉积法将高效的二元ZnCo-LDH助催化剂沉积在钒酸铋(BiVO_4)光阳极上,大大提升了钒酸铋(Bi VO4)的光吸收能力,并且加速了水氧化反应动力学,显著促进了光生空穴向半导体表面的转移,减轻了表面电荷复合。BiVO_4/ZnCo-LDH光阳极在1.23 V(vs RHE)偏压下,0.5 mol·L-1磷酸钾(KPi)电解液中的光电流密度达到2.85 mA·cm~(-2),是纯BiVO_4的2.59倍,且起始电位(Von)从930 m V下降到270 m V。BiVO_4/ZnCo-LDH复合光阳极表现出65%的高表面电荷分离效率(1.23 V(vs RHE)),而纯BiVO_4的仅为30%。     

g-C3N4/Bi2O2CO32D纳米片复合材料的制备及可见光催化性能研究

采用自组装和化学沉淀法分别制得两种可见光驱动复合材料石墨相氮化碳/碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3).采用X射线衍射光谱(XRD),紫外可见光谱、扫描电镜(SEM)、N_2吸附、电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,制备方法对纳米复合材料的晶相、形态及光学性能没有影响,但是影响g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3之间的相互作用力,导致光生电子-空穴对的分离速率存在显著差异.以可见光驱动苯酚和罗丹明B的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能.实验结果表明自组装法得到的异质结催化剂中相互作用力更强,催化效果最高.O_2-是罗丹明B降解反应的主要活性物种,染料的光敏化、Bi_2O_2CO_3与g-C_3N_4综合效应,导致光生载流子电荷分离效率更高.     

一锅法合成在可见光下具有高效降解草甘膦的牡丹状Bi2S3/BiVO4(040)复合光催化剂

草甘膦是一种广谱除草剂, 2015年世界卫生组织国际癌症研究机构宣布草甘膦可能对人类致癌(2A类).单斜白钨矿型BiVO_4是一种较广泛研究的可见光光催化剂,但由于其光生电子和空穴迁移慢且容易复合而导致其光催化活性低.此外,有研究表明, BiVO_4的(040)晶面易于光生载流子分离,从而提高其光催化性能.Bi_2S_3的带隙能为1.27 eV,能被全可见光(400-800 nm)激发.Bi_2S_3的导带和价带位置与BiVO_4匹配,能形成异质结,从而提高其光催化活性.本文以EDTA为导向剂, L-半胱氨酸为硫源和软模板,采用一锅水热法制备了单斜白钨矿型BiVO_4,主要以(040)晶面为暴露面的Bi_2S_3/BiVO_4复合光催化剂.采用钼锑抗分光光度法测定草甘膦最终光催化降解产物之一PO_4~(3-)浓度,来计算草甘膦的降解率.X射线衍射(XRD)结果表明, Bi_2S_3/BiVO_4复合光催化剂只含Bi_2S_3和BiVO_4两种成分,没有其他晶相存在.场发射扫描电子显微镜(FESEM)显示,纯BiVO_4为片状结构,随着Bi_2S_3复合量增加, Bi_2S_3/BiVO_4的形貌为小片组成的牡丹状;但Bi_2S_3复合量进一步增加, Bi_2S_3/BiVO_4颗粒聚集严重.XRD, FESEM和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结果表明, Bi_2S_3复合量对Bi_2S_3/BiVO4样品(040)和(121)面晶生长及形貌有显著影响.Bi_2S_3的复合提高了Bi_2S_3/BiVO_4对可见光的吸收能力,经计算BiVO_4和Bi_2S_3带隙能分别为2.42和1.27 eV.随着Bi_2S_3复合量增加, Bi_2S_3/BiVO_4的光催化活性逐渐提高,至1 mmol时最高,对草甘膦的降解率为纯BiVO_4的2.2倍;但随着Bi2S3复合量进一步增加, Bi_2S_3/BiVO_4的光催化活性反而下降,可能是由于Bi_2S_3量太多包覆在BiVO_4表面而Bi_2S_3光催化性能很差的缘故.瞬态光电流测试和电化学阻抗谱的结果证实, Bi_2S_3/BiVO_4比BiVO_4具有更有效的电荷分离和更快的界面电荷转移能力.活性成分捕获剂实验表明,加入空穴捕获剂EDTA或电子捕获剂K_2Cr_2O_7完全抑制了草甘膦的降解.ESR谱证明羟基自由基·OH的存在.通过计算,得出BiVO_4的价带电位(EVB=2.87 eV vs. NHE)比Bi_2S_3 (EVB=1.69 eV vs. NHE)正,而Bi_2S_3 (EVB=0.42 eV vs. NHE)的导带电位比BiVO_4 (EVB=0.45 eV vs. NHE)负,能带匹配,即光生电子从Bi2S3迁移至Bi VO4,光生空穴从BiVO_4迁移至Bi_2S_3,从而将光生电子与空穴有效分离利用,达到提高其光催化性能的目的.Bi_2S_3/BiVO_4样品对草甘膦的光催化降解活性提高,主要是由于Bi_2S_3/BiVO_4异质结结构的形成提高了其对可见光的吸收能力和电子空穴对的分离效率.此外, Bi_2S_3/BiVO_4具有相对稳定性和可重复使用性.该方法简单,可制备用于光催化降解有机污染、光催化裂解水和光催化还原二氧化碳等不同领域的高活性复合光催化剂.     

一步法制备Bi2MoO6/CoMoO4绣花球结构及其光催化性能

以五水硝酸铋为铋源,采用简易的一步水热法合成出Bi_2MoO_6/CoMoO_4绣花球结构。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)和电化学测试等表征对所制备催化剂的物相组成、微观形貌、光学性质以及光生电荷复合效率进行了分析。研究结果表明,引入Bi_2MoO_6之后,Bi_2MoO_6/CoMoO_4复合异质结的光吸收范围明显被拓宽,其光生电荷的分离率也得到了提升。以亚甲基蓝和头孢曲松钠为污染物来模拟废水,在可见光的条件下评估催化剂样品的光催化降解活性。在可见光下光照60 min后,Bi_2MoO_6负载量为30%(w/w)的复合物具有最佳的光催化性能,其降解速率常数约为纯CoMoO_4的2倍。基于实验的所有表征,进一步地研究了Bi_2MoO_6/CoMoO_4体系相应的光催化机理。     

四角星形BiVO4/Bi2O3催化剂的制备及性能研究

采用水热法合成具有四角星形貌的钒酸铋,再将钒酸铋浸渍在碱溶液里二次水热,制备出BiVO₄/Bi₂O₃催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-射(UV-Vis DRS)等方法征。可见光下,BiVO₄/Bi₂O₃复合物的光催化降解丹明B性能及光电优于纯BiVO₄。BiVO₄/Bi₂O₃复合材料形成了异质结构,有效抑制了光电子与空穴的复合效率。     

Bi@Bi2Sn2O7/TiO2等离子体复合纤维的制备及增强的光催化产氢活性

以电纺TiO_2纳米纤维为基质,采用一步水热法合成了Bi@Bi_2Sn_2O_7/TiO_2等离子体复合纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)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Bi@Bi_2Sn_2O_7/TiO_2复合纤维光催化裂解水制氢的反应过程。结果表明:在水热过程中,Bi_2Sn_2O_7构筑在TiO_2纳米纤维表面形成p-n结的同时,部分Bi3+被葡萄糖还原成金属Bi沉积在Bi_2Sn_2O_7上。金属Bi的等离子体共振效应与p-n结的协同作用,有效提高了样品的光催化活性,产氢速率达到7.26 mmol·h~(-1)·g~(-1)。     

二氧化铈/钼酸铋复合光催化剂的制备及光催化性能

采用水热法一步合成二氧化铈/钼酸铋复合材料,进一步探究了不同酸碱性反应体系溶液中二氧化铈与钼酸铋的组成、结构和光催化性能的关系。运用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪等对样品进行表征。研究发现CeO_2的加入与钼酸铋在不同酸碱性合成体系合成产物的形态、组成、结构及光催化性能息息相关。未加Ce~(3+)前,在酸性条件下反应生成的是Bi_2MoO_6;在碱性条件下的反应产物是Bi_(3.64)Mo_(0.36)O_(6.55)/Bi_2MoO_6复合材料。当合成的反应溶液体系中引入CeO_2之后,在酸性条件下反应生成的Bi_2MoO_6催化性能最好;在碱性条件下,反应生成的是Bi_(3.64)Mo_(0.36)O_(6.55)。因此,在碱性条件下,CeO_2的加入能够促进Bi_2MoO_6转化Bi_(3.64)Mo_(0.36)O_(6.55)。     

球磨法制备异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)及催化性能

本文用水作为分散介质,掺杂一定量的ZnO于Bi_4Ti_3O_(12)中,采用高能球磨法制备了异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12).利用UV-Vis、XRD、SEM和PL等仪器对样品进行了分析与表征.以375 W中压汞灯为光源,通过对亚甲基蓝的氧化来研究其光催化活性.结果表明,对于光氧化亚甲基蓝(MB),异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)光催化活性高于钛酸铋的光催化活性.当ZnO的掺杂量分别是0.0和0.5wt.%,异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)对亚甲基蓝光氧化率分别达到50.2和80.3 %.     

Bi2MoO6/BiVO4异质结的水热合成和可见光催化活性

采用一步水热法制备Bi₂MoO₆/BiVO₄复合光催化剂. 利用X 射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段对其晶体结构和微观结构进行了表征. 结果表明, Bi₂MoO₆纳米粒子沉积在BiVO₄纳米片表面从而形成异质结结构. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明所制备的Bi₂MoO₆/BiVO₄异质结较纯相Bi₂MoO₆和BiVO₄对可见光吸收更强. 由于形成异质结结构及其光吸收性能使Bi₂MoO₆/BiVO₄ 光催化活性有较大提高. 可见光下(λ>420 nm)光催化降解罗丹明B (RhB)实验结果表明,Bi₂MoO₆/BiVO₄光催化活性较纯相Bi₂MoO₆和BiVO₄高. Bi₂MoO₆/BiVO₄样品光催化性能提高的原因是Bi₂MoO₆和BiVO₄形成异质结, 从而有效抑制光生电子-空穴对的复合, 增大了可见光吸收范围及比表面积.     

球形Bi_4Ti_3O_(12)制备及其可见光催化性能

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%。     

球形Bi4Ti3O12制备及其可见光催化性能

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%。     

Bi2Fe4O9/g-C3N4/UiO-66三元复合材料的协同光催化作用

通过水热法合成具有协同机制的三元复合材料Bi₂Fe₄O₉/g-C₃N₄/UiO-66,研究表明三元复合光催化剂的催化活性要高于二元材料和纯材料。这主要是由于Bi₂Fe₄O₉更易于和g-C₃N₄结合形成稳定的Z-scheme异质结结构,使三元复合材料增强了可见光响应能力,提高了电子-空穴分离能力,增强了空穴和电子的氧化还原能力。     

Bi2Fe4O9/g-C3N4/UiO-66三元复合材料的协同光催化作用

通过水热法合成具有协同机制的三元复合材料Bi₂Fe₄O₉/g-C₃N₄/UiO-66,研究表明三元复合光催化剂的催化活性要高于二元材料和纯材料。这主要是由于Bi₂Fe₄O₉更易于和g-C₃N₄结合形成稳定的Z-scheme异质结结构,使三元复合材料增强了可见光响应能力,提高了电子-空穴分离能力,增强了空穴和电子的氧化还原能力。     

Bi2Ti2O7/TiO2复合纤维：原位水热合成及光催化性能

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。