沉积Pt对Ag2CO3纳米晶的物理化学性质和光催化性能影响

采用NaBH_4还原法合成了系列Pt沉积的Ag_2CO_3复合光催化剂。通过在可见光照射下降解甲基橙研究沉积不同含量的Pt对Ag_2CO_3光催化性能的影响。应用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、光致发光光谱(PL)、紫外可见漫反射吸收光谱(DRS)、光电流(PC)和N_2物理吸附等研究了沉积Pt纳米颗粒对Ag_2CO_3纳米晶的物理化学性质的影响。结果表明,沉积质量分数为0.1%～0.5%的Pt,可使Ag_2CO_3的活性提升3倍以上,同时光催化剂的稳定性得到极大改善。Pt/Ag_2CO_3光催化性能大幅提升的主要原因是,沉积少量的Pt可以增强Ag_2CO_3对可见光的吸收,同时增大Ag_2CO_3的比表面积和表面羟基的数量;另外,沉积在Ag_2CO_3表面的Pt粒子可以承担电子俘获中心的作用,使Ag_2CO_3中光激发产生的电子(e~-)有效地转移到Pt上,加速光生电子-空穴对的分离速率,产生更多的光催化活性自由基,在提升光催化活性的同时,减少Ag_2CO_3中的Ag~+被光生电子(e~-)还原的几率,增强Ag_2CO_3的抗光腐蚀能力。     

CQDs/TNS复合光催化剂的制备及其可见光催化活性

以明胶为原料用水热法一步合成了碳量子点(CQDs),经过聚乙二醇表面修饰后,在乙醇溶液中与二氧化钛纳米片(TNS)复合形成了碳量子点高分散负载的CQDs/TNS复合光催化剂.对复合光催化剂进行了XRD、FT-IR、HRTEM和XPS表征,结果表明合成的碳量子点的平均粒径为4nm且具有较好的荧光性能.与纯TNS相比,CQDs/TNS复合光催化剂在可见光下对罗丹明B表现出很好的光催化降解活性.当CQDs/TNS复合光催化剂中CQDs含量为7.5%时光催化活性最好,并且在3次循环降解后活性仍保持不变.其优异的光催化活性来自于碳量子点的独特上转换荧光性能和二氧化钛纳米片高活性{001}晶面的共同作用.     

Ag_2CO_3/BiVO_4复合微米片光催化剂的制备、表征及光催化机理

采用水热法制备粒径为1~2μm的BiVO_4微米片,然后在微米片表面沉积不同含量的Ag_2CO_3颗粒,制备Ag_2CO_3/BiVO_4复合微米片光催化剂。利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光(PL)光谱、瞬态光电流-时间响应对催化剂进行表征。以可见光为光源,罗丹明B为降解对象进行光催化活性测试。结果表明,复合适量Ag_2CO_3有利于提高光催化剂的比表面积,改善催化剂的表面性能。活性测试结果表明,当复合10%(w/w)Ag_2CO_3时,Ag_2CO_3/BiVO_4光催化活性最佳,比纯BiVO_4提高4.4倍。光致发光(PL)光谱、瞬态光电流-时间响应测试结果表明,复合Ag_2CO_3能有效抑制光生电子与空穴的复合。自由基捕获实验结果表明,该体系的活性氧物质为空穴和羟基自由基。Ag_2CO_3/BiVO_4复合光催化剂活性提高的原因,是较宽带隙的Ag_2CO_3与较窄带隙的BiVO_4形成的异质结有效抑制了光生电子与空穴的复合,同时两者适宜的能带结构保证产生更多的空穴,从而具有更强的氧化能力。     

离子交换法制备廉价而高效的可见光驱动CaMg(CO_3)_2@Ag_2CO_3微球光催化剂（英文）

Ag_2CO_3是一种典型的银基半导体,可在可见光照射下降解各种有机染料,但制备成本高,光腐蚀严重,稳定性差,难以循环利用等,因而限制了它的实际应用.针对这些问题,目前多数的改进措施是构建异质结,有效的分离光生电子与空穴来提高Ag_2CO_3的光催化性能.比如典型的异质结光催化剂有TiO_2/Ag_2CO_3,Ag_2CO_3/Zn O,Ag_2O/Ag_2CO_3和Ag X/Ag_2CO_3等.也有在表面化学沉积,光化学还原Ag等贵金属形成等离子体等方式提高其光催化性能,但是很少通过特殊形貌控制以提高Ag_2CO_3的光催化性能.最近的研究表明,由于多尺度微球结构催化剂具有高效的光捕能力,同时具有比表面积大、易沉降,良好的物质传输能力和表面的渗透性,因而在液相光催化反应中具有明显的优势.因此,我们期望制备出一个多尺度微球结构Ag_2CO_3光催化剂.CaMg(CO_3)_2是一种具有微球结构的半导体,它与Ag_2CO_3有相同的阴离子结构,但是两者在水溶液中的溶解度相差较大,利用这个特性理论上可以将两个不同的半导体结合在一起,得到一种新型的复合微球.本文以CaMg(CO_3)_2微球为硬模板,通过简单的离子交换成功制备了粒径约为10mm的CaMg(CO_3)_2@Ag_2CO_3微球.利用X射线衍射、N_2物理吸附、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见漫反射吸收光谱、光电流等手段对在不同反应时间与温度下制得的CaMg(CO_3)_2与Ag_2CO_3的复合物进行了表征.结果表明,在40°C下Ag~+与Ca~(2+)、Mg~(2+)离子交换4 h后,得到了一种多尺度CaMg(CO_3)_2@Ag_2CO_3复合微球.此时,微球中Ag_2CO_3的含量约为2.56%.结果表明,这种具有多尺度结构的复合微球能够增强可见光的吸收.电化学阻抗测试和光电流测试表明,CaMg(CO_3)_2核的存在可以降低光生载流子的迁移阻力,进而促进光生电子与空穴的分离.在光降解酸性橙II的测试中,核壳结构的CaMg(CO_3)_2@Ag_2CO_3复合微球表现出了更高的催化活性,而且具有更好的循环使用性能.同时,相对于纯Ag_2CO_3光催化剂来说,CaMg(CO_3)_2@Ag_2CO_3复合微球制备的成本大幅度降低.ESR测试证明了?OH为CaMg(CO_3)_2@Ag_2CO_3复合微球光催化过程中的主要活性物质.     

MoSe_2/Ag_3PO_4复合材料的制备及其可见光降解罗丹明B的光催化性能（英文）

通过原位沉积法合成了一种光催化活性强、稳定性高的MoSe_2/Ag_3PO_4复合材料。MoSe_2/Ag_3PO_4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Ag_3PO_4表面向MoSe_2的转移降低了Ag~+向金属Ag的可能性。当MoSe_2和Ag_3PO_4的质量分数为1∶5(最优组合)时,MoSe_2/Ag_3PO_4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MoSe_2/Ag_3PO_4光催化降解RhB的途径。     

Z型Ag_3PO_4/Ag_2MoO_4异质结光催化剂构建和光催化降解有机污染物（英文）

作为一种绿色技术,半导体光催化氧化广泛应用于环境污染物治理和太阳能转化领域.高效、稳定、可回收利用催化剂的开发是光催化技术发展的一个重要方向.Ag系半导体光催化剂因在可见光分解水制氢及降解有机污染物等方面表现出优异的催化性能而广受关注.然而,该催化剂失活快,制约了其应用.因此,提高Ag系半导体材料的光催化稳定性成为近年研究热点.在各种Ag基光催化剂中,Ag_3PO_4光催化剂因其在可见光下光氧化水产生O_2以及有机染料的光催化分解中有着高的量子效率,引起了人们广泛关注.如何进一步提升Ag_3PO_4光催化剂性能及在光催化过程中的稳定性成为研究焦点,包括Ag_3PO_4光催化剂的特殊形貌和晶体结构控制生长以及复合材料控制制备.但是Z型Ag_3PO_4基可见光催化剂的构筑仍然是一个挑战.本文利用Ag_2MoO_4和Ag_3PO_4的溶液相反应法合成了Z型Ag_3PO_4/Ag_2MoO_4复合光催化剂,通过Ag_3PO_4/Ag_2MoO_4异质结光催化剂在可见光下降解罗丹明B(RhB)、亚甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)和苯酚研究了其光催化性能,采用X射线衍射(XRD)、能谱、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)以及紫外可见漫反射光谱(UV-vis)等手段表征了该催化剂.XRD,FTIR和拉曼光谱结果表明,复合材料由Ag_3PO_4,Ag_2MoO_4和单质银组成,表面成功合成了Z构型Ag_3PO_4/Ag/Ag_2MoO_4复合材料.SEM结果发现纯Ag_3PO_4是规则的球状,纯Ag_2MoO_4则是多面体状块的颗粒,在Ag_3PO_4/Ag_2MoO_4复合材料中可以看到规则的球状体Ag_3PO_4和Ag_2MoO_4纳米颗粒,并且随着Ag_2MoO_4含量的增加,Ag_3PO_4颗粒的尺寸逐渐减小.UV-vis结果发现Ag_2MoO_4的加入拓展了复合材料对可见光的吸收范围.光催化性能测试结果表明,8%Ag_2MoO_4/Ag_3PO_4在可见光下具有优异的光催化性能:可见光照射5 min,RhB,MO和MB的降解效率分别可达95%,97%和90%.复合材料样品经过4个循环实验后,其降解RhB的效率仍然保持在84%,证明了其具有较高的稳定性.为了进一步研究Ag_3PO_4/Ag_2MoO_4的光催化机理,我们用对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和丁醇进行了捕捉剂实验.结果表明,超氧自由基和光生空穴在降解有机染料过程中起主要作用.通过光电流测试、复合材料价带导带位置计算以及循环过程样品XRD分析并结合文献结果认为,Z构型Ag_3PO_4/Ag/Ag_2MoO_4异质结光催化体系以及可见光照射初期金属Ag纳米颗粒的生成是其具有高光催化活性和稳定性的原因.     

三元NiS/CQDs/ZnIn2S4光催化体系的合理设计及其产氢性能

氢气是一种清洁能源,利用半导体光催化技术将水转化成氢气是解决全球能源危机和环境污染问题的有效途径之一.开发高效的光催化体系以实现水分解产氢是目前能源领域中的一个研究热点.六方相的ZnIn_2S_4 是一种三元金属硫化物,因其具有能够吸收可见光的窄带隙(约2.4 eV)和良好的化学稳定性,在光催化产氢方面得到了较好应用.在半导体光催化产氢体系中,往往需要加入助催化剂来提供产氢活性位并降低产氢反应的过电位,这种半导体/助催化剂体系中光催化产氢效率不仅取决于助催化剂的组成和结构,还受二者界面之间光生电子传输效率的影响.我们课题组前期研究发现,NiS作为一种廉价的非贵金属助催化剂能够提高ZnIn_2S_4 在可见光下的光催化产氢活性.考虑到碳量子点(CQDs)是一种具有良好导电能力的纳米材料,并已被负载于半导体光催化剂上来促进半导体表面光生电子的传输,本文将CQDs作为光生电子传输的"桥梁"引入到NiS/ZnIn_2S_4 体系中,用来促进光生电子从ZnIn_2S_4 到NiS的定向传输,从而提高其光催化产氢效率.实验首先合成Ni S/CQDs复合材料,然后在其存在下进行ZnIn_2S_4 的自组装制得Ni S/CQDs/ZnIn_2S_4 .利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、傅立叶红外光谱、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱对催化剂的组成、结构及光学性质进行了详细表征,考察了其在可见光下以三乙醇胺(TEOA)为牺牲剂时的光催化分解水产氢性能.结果表明,含有CQDs的NiS/CQDs/ZnIn_2S_4 光催化剂在光照5 h后的产氢总量达到142μmol,分别为相同条件下ZnIn_2S_4 和NiS/ZnIn_2S_4 产氢总量的5.5和1.6倍.相比于通过将Ni S沉积在预先合成的CQDs/ZnIn_2S_4 上所获得的CQDs/NiS/ZnIn_2S_4 光催化剂, NiS/CQDs/ZnIn_2S_4 显示出更优越的光催化产氢活性.TEM观测发现,在NiS/CQDs/ZnIn_2S_4 中CQDs与ZnIn_2S_4 和NiS均有明显的接触,表明CQDs作为"桥梁"连接了ZnIn_2S_4 和NiS,这种结构有利于光生电子由ZnIn_2S_4 至NiS定向传输.而CQDs/NiS/ZnIn_2S_4 光催化剂中的CQDs和NiS没有直接接触.电化学交流阻抗实验发现, NiS/CQDs/ZnIn_2S_4 中电子的传导能力比CQDs/NiS/ZnIn_2S_4 中的强,说明相比于CQDs/NiS/ZnIn_2S_4 ,在NiS/CQDs/ZnIn_2S_4 中的CQDs更有效地促进了光生电子由ZnIn_2S_4 至NiS定向传输.该研究提供了一种以CQDs作为促进光生电子定向传输的"桥梁"来构筑高效产氢光催化体系的方法.     

花状微球Znln_2S_4/碳量子点复合物用于光催化还原Cr(Ⅵ)（英文）

六价铬Cr(Ⅵ)是废水中常见的重金属污染物,广泛应用于电镀、皮革制造、金属表面处理、纺织制造等领域.传统的处理方法有吸附、超滤、反渗透和凝固等.但是,这些方法均具有一定的缺陷,比如膜污染、高功耗、高运行和维护成本.Cr(Ⅲ)有较低毒性且易在水溶液中沉淀形成Cr(OH)_3,因此,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)被认为是一种有效去除Cr(Ⅵ)的策略.近年来,半导体光催化技术广受关注,被用于去除有毒污染物、还原二氧化碳和分解水,并在光催化还原Cr(Ⅵ)领域取得一系列进展.但是,探索开发可见光响应的高效光催化剂仍是挑战.三元金属硫属元素化合物半导体具有独特的光电特性和催化活性,备受关注.尤其是窄带Znln_2S_4被认为是一种有潜力的可见光催化剂.但是,由于其较窄的光响应范围以及光生载流子短的寿命,使得它的催化活性很低.研究表明,控制形貌、掺杂贵金属和构筑异质结复合物能够提高Znln_2S_4的光催化活性.不幸的是,有关Znln_2S_4在光催化还原Cr(Ⅵ)中的应用还鲜有报道.本文通过构筑花状微球Znln_2S_4和碳量子点(CQDs)异质结,合成Znln_2S_4/CQDs复合物,获得高效光催化还原Cr(Ⅵ)活性的复合光催化剂.扫描电子显微镜和高分辨投射电子显微镜结果显示, Znln_2S_4/CQDs复合物是由花瓣自组装的花状微球结构, CQDs分散在Znln_2S_4花瓣上,形成很好的界面接触,有利于光催化过程的进行.紫外可见吸收光谱结果表明, Znln_2S_4/CQDs复合物在可见光区域展现了很好的吸收.随着CQDs含量的增加, Znln_2S_4/CQDs复合物的光吸收能力增加,有利于提高其催化活性.电化学阻抗谱、光电流响应曲线和原位电子顺磁共振谱结果表明, CQDs可以作为电子受体材料,促进光生载流子的转移,抑制其复合,从而延长光生载流子的寿命.通过光催化还原Cr(Ⅵ)的实验发现,与纯Znln_2S_4相比, Znln_2S_4/CQDs复合物具有增强的光催化活性,并且与CQDs的掺杂比例有关.在可见光照射40 min后,当CQDs的掺杂比例为0.5 wt%时, Znln_2S_4/CQDs复合物对Cr(Ⅵ)的还原率达到93%.Znln_2S_4/CQDs复合物优异的催化活性归因于其优异的光吸收,良好的界面电荷转移,和CQDs的下转换特性.另外,光催化还原Cr(Ⅵ)实验被循环3次后发现, Cr(Ⅵ)的还原率没有明显降低.同时, X射线衍射、扫描电子显微镜和光电子能谱结果表明,催化反应之后的Znln_2S_4/CQDs复合物的结构、形貌和组分均未发生变化,说明Znln_2S_4/CQDs复合物具有良好的稳定性.本工作以期为进一步设计具有理想功能的CQDs基复合材料提供有价值的信息.     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

Mxene量子点增强磷掺杂氮化碳光催化降解污染物的性能

为了提高石墨相氮化碳的光催化性能,在合成磷掺杂氮化碳和Mxene量子点的基础上,构建具有0D-2D复合结构的Mxene/P-C₃N₄复合光催化剂。采用XRD、IR、TEM、AFM、BET、XPS、吸收光谱等技术对Mxene/P-C₃N₄的结构进行了分析,并详细评估了它们在可见光下光催化降解污水的性能,包括降解有机染料茜素红、降解抗生素盐酸四环素和还原重金属离子Cr(VI)。结果表明,磷的掺杂可以拓宽氮化碳的光吸收范围、降低其禁带宽度;Mxene量子点的负载不仅可以增加比表面积,还能有效抑制光生载流子的复合,促进光生载流子在界面处的分离和传输。磷和Mxene量子点的协同作用可以显著增强氮化碳的光催化性能。当磷的掺杂量为2%、Mxene量子点的负载量为5%时,得到的M5/PCN复合光催化剂表现出最好的光催化性能,60 min将初始浓度20 mg/L的茜素红降解94%,表观一级反应速率常数为0.0475 min^-1,分别是C₃N₄和P-C<...     

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。     

高光催化活性的磷氧桥连TiO2/g-C3N4纳米复合体的合成

石墨型氮化碳(g-C3N4)是一种新型非金属聚合物半导体材料,具有合理的能带结构、较好的稳定性及卓越的表面性质,因而受到了人们的广泛关注.目前,它作为光催化剂在降解污染物、光催化分解水产氢和光催化还原CO2方面正呈现出巨大的应用潜力.然而,g-C3N4可见光响应范围窄、比表面积较小、尤其是光生载流子易复合等缺陷制约着其光催化活性的进一步提高.针对以上问题,人们对g-C3N4进行了大量的改性研究,其中构建能级匹配的纳米半导体/g-C3N4异质结复合体是常用的有效改善g-C3N4光生电荷分离进而提高其光催化活性的手段.但现有相关文献往往忽略了复合体界面接触情况对光生电荷转移和分离的影响,从而在一定程度上影响对光催化性能的改善.本课题组前期工作表明,通过磷氧、硅氧功能桥的建立可加强TiO2/Fe2O3,ZnO/BiVO4纳米复合物的界面接触,从而促进光生电荷的迁移和分离,进而进一步提高纳米复合体的光催化活性.这样,通过构建磷氧桥有望改善TiO2和g-C3N4的紧密连接,以促进光生电子由g-C3N4向TiO2的迁移、改善光生载流子的分离,进而更加显著地提高g-C3N4的光催化活性.但是相关工作至今尚未见到报道.为此,本文通过简单的湿化学法成功地合成了磷氧(P–O)桥连的TiO2/g-C3N4纳米复合体,并研究了P–O功能桥对TiO2/g-C3N4纳米复合体光生电荷分离及其对光催化降解污染物及还原CO2活性的影响.结果表明,g-C3N4与适量的纳米TiO2复合,尤其是g-C3N4与适量P–O桥连TiO2的复合可进一步提高g-C3N4的光催化活性.基于气氛调控的表面光电压谱和光致发光谱等的分析,P-O桥连可促使g-C3N4的光生电子由g-C3N4向TiO2转移,极大地促进了g-C3N4的光生电荷分离,因而使纳米复合体光催化活性大幅提高,其光催化降解2,4-DCP及还原CO2活性均为g-C3N4的3倍.此外,自由基捕获实验表明,·OH作为空穴调控的直接中间产物,其对2,4-DCP的降解起主导作用.     

Ag/TiO2对含酚废水的光电催化降解

Ag/TiO2对含酚废水的光电催化降解;Ag/TiO2; 光电催化; 苯酚;电解质     

Ag3PO4/Ag2CO3 p-n异质结复合光催化剂的制备及增强的可见光催化性能

半导体光催化氧化技术作为一种“绿色技术”,被广泛应用于环境污染物治理和太阳能转化领域.高效、稳定、可回收利用的催化剂的开发是光催化技术发展的一个重要方向. Ag系半导体光催化剂因在可见光分解水制氢及降解有机污染物等方面表现出优异的催化性能而广受关注.然而,该催化剂失活快制约了其应用.因此,提高Ag系半导体材料的光催化稳定性成为近年来研究的一个热点.研究发现,在半导体的表面或者界面形成p–n异质结是提高催化剂光催化性能和稳定性的有效途径.理论上讲,当p型半导体和n型半导体形成p–n结以后,在两种半导体接触边缘的附近处存在着正、负空间电荷分列两边的偶极层,产生了从n型半导体指向p型半导体的内建电场.内建电场的存在使得p型半导体与n型半导体之间产生了电位差,即内建电势差.这种电势差能够有效促进电子和空穴的分离,达到光生电子和空穴对分离、转移和传递的目的,从而抑制电子和空穴的复合,提高光催化效率. Ag2CO3是p型半导体,其导带为0.21 eV,价带为2.83 eV; Ag3PO4是n型半导体,其导带为0.43 eV,价带为2.86 eV.两者能带结构匹配,能形成p–n异质结.因此,本文采用简单的共沉淀法,制备了不同比例的Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂,并通过X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱以及瞬态光电压谱等对其进行了表征.透射电镜照片显示,粒径较小的Ag3PO4颗粒均匀的分布在粒径较大的Ag2CO3周围. P元素和C元素的摩尔比接近于投料比. Ag3PO4/Ag2CO3复合催化剂的吸收光谱体现出两种催化剂的混合特征,在可见光区的吸收强度增加.瞬态光电压表征不仅证实了Ag2CO3是p型半导体, Ag3PO4是n型半导体,更说明了40%-Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂的载流子寿命较长.罗丹明B(RhB)的降解实验证实40%-Ag3PO4/Ag2CO3(Ag3PO4与Ag2CO3的摩尔比为40%：60%)复合催化剂的光催化效率最高,500 W氙灯(附加420 nm截止波长的滤光片)照射15 min后, RhB就能被完全降解,而纯的Ag3PO4和Ag2CO3对RhB的降解率只有40%和10%.循环实验发现,前两次循环中由于单质银的生成导致催化剂活性下降,但从第三次循环开始其催化活性趋于稳定.此外,还通过添加草酸钠(空穴的清除剂)、异丙醇(羟基自由基的清除剂)和对苯醌(超氧自由基的淬灭剂)等来判断光催化过程中起主要作用的活性自由基.实验证实空穴是Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂在降解RhB过程中产生的主要活性自由基物种. Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂相对于单纯的Ag3PO4和Ag2CO3有更高的空穴产生能力.当可见光照射到复合催化剂表面时, Ag2CO3导带上的激发电子能够快速转移到Ag3PO4的导带上,同时Ag3PO4价带上的光生空穴能够快速转移到Ag2CO3的价带上. p–n结的形成提高了光生电子和空穴的分离效率,抑制了电子和空穴的再结合,因此,复合光催化剂光催化降解效率提高.综上所述, Ag3PO4/Ag2CO3之间能形成有效p–n结,40%-Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂表现出最佳的光催化性能.     

Improved Photocatalytic Activity of Porous In2O3 by co-Modifying Nanosized CuO and Ag with Synergistic Effects

Charge separation and oxygen activation are two crucial factors in the photocatalytic oxidation of pollutants, and it is meaningful to simultaneously enhance charge separation and promote O₂ activation. Herein, it is demonstrated that the photocatalytic activity of porous In₂O₃ is greatly improved after co-modifying nanosized CuO and Ag for oxidizing 2,4-dichlorophenol(2,4-DCP) and CO compared with that of individual In₂O₃. Based on the surface photovoltage spectroscopy, O₂ temperature-programmed desorption, electron paramagnetic resonance spectroscopy and electrochemical results, the improved photoactivity is mainly attributed to the synergistic effects of enhancing photogenerated charge separation and promoting oxygen activation by respectively coupled nanosized CuO and Ag. It is confirmed that the produced ^·O₂^- radicals are dominant to induce the photocatalytic oxidation of 2,4-DCP. This work offers an effective way to develop high-activity In₂O₃-based nanophotocatalysts for oxidizing pollutants.     

离子交换法制备廉价而高效的可见光驱动CaMg(CO3)2@Ag2CO3微球光催化剂

Ag2CO3是一种典型的银基半导体,可在可见光照射下降解各种有机染料,但制备成本高,光腐蚀严重,稳定性差,难以循环利用等,因而限制了它的实际应用.针对这些问题,目前多数的改进措施是构建异质结,有效的分离光生电子与空穴来提高Ag2CO3的光催化性能.比如典型的异质结光催化剂有TiO2/Ag2CO3,Ag2CO3/ZnO,Ag2O/Ag2CO3和AgX/Ag2CO3等.也有在表面化学沉积,光化学还原Ag等贵金属形成等离子体等方式提高其光催化性能,但是很少通过特殊形貌控制以提高Ag2CO3的光催化性能.最近的研究表明,由于多尺度微球结构催化剂具有高效的光捕能力,同时具有比表面积大、易沉降,良好的物质传输能力和表面的渗透性,因而在液相光催化反应中具有明显的优势.因此,我们期望制备出一个多尺度微球结构Ag2CO3光催化剂.CaMg(CO3)2是一种具有微球结构的半导体,它与Ag2CO3有相同的阴离子结构,但是两者在水溶液中的溶解度相差较大,利用这个特性理论上可以将两个不同的半导体结合在一起,得到一种新型的复合微球.本文以CaMg(CO3)2微球为硬模板,通过简单的离子交换成功制备了粒径约为10μm的CaMg(CO3)2@Ag2CO3微球.利用X射线衍射、N2物理吸附、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见漫反射吸收光谱、光电流等手段对在不同反应时间与温度下制得的CaMg(CO3)2与Ag2CO3的复合物进行了表征.结果表明,在40°C下Ag+与Ca2+、Mg2+离子交换4 h后,得到了一种多尺度CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球.此时,微球中Ag2CO3的含量约为2.56%.结果表明,这种具有多尺度结构的复合微球能够增强可见光的吸收.电化学阻抗测试和光电流测试表明,CaMg(CO3)2核的存在可以降低光生载流子的迁移阻力,进而促进光生电子与空穴的分离.在光降解酸性橙II的测试中,核壳结构的CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球表现出了更高的催化活性,而且具有更好的循环使用性能.同时,相对于纯Ag2CO3光催化剂来说,CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球制备的成本大幅度降低.ESR测试证明了·OH为CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球光催化过程中的主要活性物质.     

Improved Photocatalytic Activity and Stability of Nano‐sized Ag/Ag2CO3 Plasmonic Photocatalyst by Surface Modification of Fe(III) Nanocluster

The surface modification of Ag/Ag₂CO₃ with Fe(III) ions has been achieved through simply photoreduction‐impregnation method. The obtained products were characterized by means of X‐ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), and UV‐vis absorption spectroscopy. Under visible‐light irradiation (γ>420 nm), the Fe(III)/Ag/Ag₂CO₃ sample displays a higher photocatalytic activity and stability than pure Ag₂CO₃ and Ag/Ag₂CO₃ samples for the degradation of methyl orange (MO). The improved photocatalytic activity and stability of this ternary system could be ascribed to the synergetic effect between Ag nanoparticles and Fe(III) nanocluster. The metallic Ag nanoparticles cause an obviously enhanced visible‐light absorption to produce more photogenerated charges, while the Fe(III) works as an active site for the following oxygen reduction to reduce the recombination rate of photogenerated electrons and holes.     

Silver-Loaded Bio-Structured Carbon/Cadmium Sulfide Lamellar Composites with Enhanced Photocatalysis under Visible Light

A silver (Ag)-loaded biostructured carbon/cadmium sulfide (CdS) lamellar composite photocatalyst was synthesized using a hydrothermal and photodeposition method. Camellia petals functioned both as a biological layered template and as a source of carbon. The prepared composite photocatalyst demonstrated good absorption under visible light and exhibited excellent photocatalytic degradation performance. The photocatalytic degradation efficiency of the obtained composites substantially improved compared with pure CdS. The 5 wt.-% Ag-loaded C/CdS sample exhibited the highest photocatalytic activity, reaching 96.5 % after 180 min, which was 8.7 times that of pure CdS. Specifically, the biocarbon sheet enhanced the absorption of visible light. Furthermore, the high electrical conductivity of Ag can effectively transfer and separate photogenerated electrons and holes, thus enhancing both photocatalytic performance and stability.     

Enhanced and suppressed effects of ionic liquid on the photocatalytic activity of TiO2

The effects of a room temperature ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium terafluoroborate ([Bmim]BF₄), on the photocatalytic performance of Degussa P25 TiO₂ were investigated. Also, the photocatalysis mechanism was systematically analyzed by conducting different reactive radical trapping experiments. The results showed that photogenerated electrons were the main reactive species involved in the photocatalytic degradation of methyl orange (MO), while ?OH radicals and photogenerated holes played an important role in the photocatalytic decomposition of rhodamine B (RhB). The addition of ionic liquid (IL) could slightly enhance the photocatalytic degradation rate of MO because adsorption of [Bmim]⁺ ions on the TiO₂ surface not only enhanced traping and transfer of photogenerated electrons, but also facilitated adsorption of negatively charged MO. On the contrary, IL suppressed the degradation rate of RhB because [Bmim]⁺ on the TiO₂ surface not only hindered the access of positively charged RhB to TiO₂, but also restricted the diffusion of positively charged holes to the TiO₂/solution interface.     

高活性Ag修饰TiO2空心八面体光催化剂的简易模板诱导合成

贵金属修饰的TiO2空心纳米光催化材料由于具有大的比表面积、低的质量密度、良好的表面渗透性、强的光吸收能力以及界面电荷的快速转移,因而表现出优异的光催化性能.为了制备结构可控且精良的贵金属修饰TiO2空心纳米光催化材料,人们先后采用湿化学法、高温固相法、声化学法及光化学沉积法等.由于在制备过程中涉及多种异相材料的合成和结构控制,因此上述合成方法通常需要复杂且多步过程(有些过程甚至很容易导致结构破坏),从而限制了其在光催化领域的实际应用.本文开发了一种简单的模板诱导法,成功制备了Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂.合成过程包括模板指导沉积和原位模板溶解.以Ag2O八面体为模板, TiF4水溶液为前驱体,首先通过TiF4水解形成TiO2纳米粒子沉积在Ag2O模板表面,而TiF4水解产生的酸性HF水溶液可原位溶解碱性的Ag2O模板,从而一步制得TiO2空心八面体.同时,利用Ag2O以及Ag+离子的光敏特性,在光照条件下使Ag2O和Ag+离子生成Ag纳米颗粒,直接沉积在TiO2空心八面体的内外表面,得到Ag/TiO2光催化剂.由此可见,该合成方法具有明显的步骤少的优点.扫描电镜、透射电镜、能量散射和紫外-可见光谱等表征结果表明成功制得内外Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂,其中TiO2空心八面体的壁厚约为25 nm,边长约为1μm,而修饰在其表面的Ag纳米粒子尺寸仅为5–10 nm.此外,通过控制TiF4前驱体浓度,还可制备核壳结构的Ag2O@TiO2八面体以及不同壁厚Ag修饰的TiO2空心八面体,表明该方法在Ag/TiO2形貌合成上的多样性和可控性.为了获得良好的光催化活性,对制备的Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂进行了不同温度的热处理. X射线衍射结果表明,即使在600 oC高温下,制备的Ag/TiO2空心八面体光催化剂依然能够保持原有的特殊形貌和锐钛矿TiO2晶型.该温度明显高于TiO2从锐钛矿向金红石转变的温度.这说明合成的Ag/TiO2能在保持高活性锐钛矿相的同时获得更好的结晶性.这可能是由于分散在TiO2原始晶粒周围的Ag纳米粒子能阻止其进一步长大,从而抑制了其晶型转变.不同样品光催化降解甲基橙的结果表明,经600oC高温热处理的样品表现出最高的光催化活性,相应的反应速率常数为0.11 min？1.这应得益于该光催化剂具有以下三个特点：(1) TiO2空心八面体的薄壁结构能够缩短光照条件下光生电子和空穴从内部扩散到表面的距离;(2)由于贵金属Ag纳米粒子沉积在TiO2薄壁的内外两个表面以及TiO2和Ag形成肖脱基势垒,因此在它们接触的界面上能够发生更快的界面电荷转移;(3)高温处理导致TiO2良好的晶化以及高活性锐钛矿TiO2晶型的保持.