g-C_3N_4/BiOBr异质结光催化剂的制备与可见光催化活性

以三聚氰胺作为合成g-C_3N_4纳米片的前躯体,以Bi(NO3)3·5H2O和KBr作为合成BiOBr的原料,采用水热法构建g-C_3N_4/Bi OBr二维异质结可见光催化剂,有效的晶面复合和合适的能带组合有助于增强g-C_3N_4和BiOBr的可见光催化活性。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UVvis DRS)等方法表征其结构、光学性质以及组成结构。在可见光(λ420 nm)下以光催化降解RhB来评价合成催化剂的光催化活性,结果表明,g-C_3N_4/BiOBr光催化降解罗丹明B(Rh B)的效率高于单体g-C_3N_4和BiOBr,并对g-C_3N_4/BiOBr增强可见光催化RhB机理进行解释。     

石墨烯-溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究

采用超声-水热法在溴氧化铋(BiOBr)上负载不同含量氧化石墨来制备石墨烯-溴氧化铋(Gre-BiOBr)复合物,利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)、荧光分光光度计(PL)、比表面积仪(BET)及红外光谱仪(FT-IR)对不同负载量的Gre-BiOBr进行初步表征.发现BiOBr负载石墨烯前后均为斜四方晶型(JCPDS:78-0348),均为大小500~1 000 nm片层状.在可见光照射下(λ≥420 nm),以罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和水杨酸(Salicylicacid,SA)作为降解底物,发现经过负载石墨烯后BiOBr的可见光活性有明显提高,且当负载质量比为10%时,Gre-BiOBr复合物表现出最好的可见光活性,此时光降解RhB反应速率(k10%Gre-BiOBr=0.046 min-1)约为单纯BiOBr(kBiOBr=0.02 min-1)的两倍.经测定10%Gre-BiOBr复合物的比表面积为10.50 m2/g,禁带宽度为2.61 eV,能吸收λ≥475 nm可见光.结合自由基捕获实验,发现该催化体系主要涉及超氧自由基(O2·-)和空穴(h+)的共同氧化作用.10%Gre-BiOBr催化剂循环使用5次,仍保持着良好光催化活性,表明该催化剂稳定性较好.     

Hg掺杂CdS的制备及可见光降解有毒有机污染物

采用镉硫共沉淀方法制备了Hg掺杂CdS(Hg_xCd_1-xS)光催化剂,运用X射线衍射法(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱对所制备的催化剂进行了表征;利用可见光催化降解罗丹明B(Rhodi-amine B,RhB)和2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,2,4-DCP)为探针反应,对Hg_xCd_1-xS可见光催化活性进行了研究,通过跟踪RhB降解过程中吸收光谱的变化和总有机碳(TOC),评价了Hg_xCd_1-xS对有机物的氧化降解及深度矿化能力.结果表明:Hg_xCd_1-xS催化剂为立方晶型,Hg的最佳掺杂量为5%,其禁带宽度约为2.15 eV,对RhB和2,4-DCP均有较好的降解效果,实验条件下30 min RhB褪色率为100%,RhB的30 h矿化率为45.5%,2,4-DCP的16 h降解率达55%.Hg_xCd_1-xS可见光光催化降解RhB具有较高的稳定性,Hg的掺杂能有效降低CdS光腐蚀问题.通过ESR跟踪测定光催化反应过程中产生的自由基,表明降解过程涉及·OH机理.     

溶剂对BiOBr结构和光催化降解RhB的影响

以水热法合成了不同形貌的BiOBr样品.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附曲线和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究溶剂对BiOBr样品的晶形、形貌、孔径分布和比表面积、光学性质的影响;以罗丹明B(RhB)为目标降解物,研究溶剂对BiOBr的可见光催化性能的影响.实验结果表明,采用EG为溶剂的BiOBr在可见光降解RhB中表现出最佳的降解效果,因其较采用HNO_3、GL和PVP为溶剂的样品具有更高I_((001))/I_((102)),更小的禁带宽度和更均一的纳米片形貌.此外,阐述了溶剂对光催化降解RhB的影响机理.     

不同溴源制备铁掺杂BiOBr及其可见光光催化活性研究

采用不同溴源制备铁改性溴氧化铋(Fe-BiOBr)并结合X-射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、紫外可见漫反射和荧光分光光度计对催化剂进行表征。发现以NaBr作溴源能成功得到Fe掺杂BiOBr,Fe进入BiOBr晶格内部形成了Bi-O-Fe或Br-O-Fe键,Fe含量约为0.20(Fe与Bi原子比),禁带宽度为1.92 eV。相同制备条件下以CTAB为溴源只能得到单纯的BiOBr,禁带宽度为2.78 eV,按其含Fe量将两种溴源制备的BiOBr分别命名为Fe0.2-BiOBr和Fe0-BiOBr。在可见光下(λ≥420 nm)降解罗丹明B发现Fe0.2-BiOBr具有更优越的可见光活性。结合电子自旋共振及自由基捕获等实验,推测Fe 3d轨道参与了BiOBr的价带和导带形成,使其禁带宽度减少,电子空穴复合率降低,其光催化氧化机理主要涉及超氧自由基(O2??)。     

ZnO修饰提升花状BiOBr的可见光催化降解罗丹明B性能

以Bi(NO₃)₃·5H₂O、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O和NaBr为前驱体,采用简单溶剂热法制备BiOBr/ZnO三维花状微纳米复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光子能谱、N₂吸附-脱附、光致发光和电子顺磁共振等分析技术对其理化性质进行了表征。通过可见光催化降解罗丹明B(RhB)的实验测试了复合材料的光催化性能。结果表明ZnO含量为5%的BiOBr/ZnO光催化活性最优,RhB降解率在50 min后达到98.3%,其降解速率常数是纯ZnO和BiOBr的6.3倍和3.4倍,并且具有较高的稳定性。复合材料光催化性能增强的可能原因为ZnO的引入增强了可见光的吸收和光生载流子的电荷分离效率。     

pH调控合成溴氧铋纳米片的底物依赖光催化特性

近年来,半导体光催化技术已广泛用于去除水中有机污染物.在各类光催化剂中,具有合适禁带宽度的溴氧铋(BiOBr,2.7 eV)材料吸引了众多研究者兴趣.通常情况下,半导体光催化降解有机污染物性能主要与光催化材料的结构性质,如物相组成、颗粒粒径、材料表面结构等相关.研究已经证实了TiO2光催化降解有机污染物具有底物依赖的特性,但是BiOBr的有机物降解特性与底物性质的关系研究尚未见文献报道.为发展高效的BiOBr太阳光催化污染净化技术,研究有机底物与BiOBr光催化降解性能的关系具有重要意义.本文分别在pH =1和pH =3条件下采用水热法合成了BiOBr纳米片(BOB-1和BOB-3),并通过X射线粉末衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),紫外-可见漫反射(DRS)等技术表征了所制备半导体光催化材料.结果表明,在不同pH条件下均能合成具有高结晶度的四方相BiOBr, BOB-1和BOB-3均由不规则的纳米片组成, BOB-3纳米片宽度大约为0.6–1.5μm,厚度大约27–44 nm,而BOB-1纳米片宽度大约为0.7–2.0μm,厚度大约50 nm.选区电子衍射观察到了BOB-1和BOB-3清晰的晶格条纹,晶格间距为0.20和0.28 nm,分别对应着四方晶系的(020)面和(110)面.选取罗丹明B(RhB)和水杨酸(SA)为典型有机底物分子,研究了BOB-1和BOB-3纳米片的底物依赖光催化特性.结果表明, BOB-1吸附SA和RhB 1 h后,吸附率分别仅为0.2%和0.8%,而BOB-3对SA和RhB的效率分别可达9.1%和12.7%;光催化降解两种底物分子的结果表明, BOB-1和BOB-3降解RhB的速率分别为4.00以及16.10 g·min–1·m2,而降解SA的速率分别为和2.35 g·min–1·m2.可见, BOB-1显示了高效降解SA的能力,而, BOB-3则表现出更强的降解RhB活性.电化学Mott-Schottky和电动电位测试结果表明, BOB-1比BOB-3有更正的价带电位和更低的表面电荷.捕获实验(KI捕获空穴, K2Cr2O7捕获电子,氩气捕获超氧负离子,异丙醇捕获羟基自由基)表明光生空穴与超氧负离子是BOB-3降解RhB的主要活性物种,而BOB-1降解SA主要是光生空穴作用,电子顺磁共振(ESR)测试进一步证实了以上结果.光电流密度测试结果表明,可见光作用下RhB可被激发到RhB*,导致BOB-3的电子空穴对分离效率高;而当电解质中存在SA时,催化剂的表面羟基与SA形成氢键,致使光生电子与空穴分离效果变差,因而光电流减少.本文提出了pH调控合成溴氧铋纳米片的底物依赖光催化降解RhB和SA机理,与BiOBr导带电位、底物分子吸附量、底物分子物理化学性质相关. BOB-1和BOB-3纳米片催化剂在可见光激发下能产生光生导带电子和价带空穴,这些光生载流子可迁移到催化剂表面.染料分子RhB在可见光作用下能发生光敏化作用生成激发态RhB*, RhB*可以将电子注入BOB-3催化剂的导带,导带上的光生电子与RhB*注入电子与吸附在其表面的氧气共同作用生成更多的超氧负离子,从而高效降解RhB.由于BOB-1比BOB-3有更正导带电势,导带电子无法直接还原氧气生成超氧负离子,仅能依靠光生空穴直接氧化RhB,导致BOB-1表现出降解RhB性能弱;对于无色的底物SA,吸附较多SA的BOB-3催化剂上的表面羟基与SA之间形成氢键作用,抑制了光生电子与空穴对的分离,导致BOB-3在可见光光催化降解SA活性弱,而BOB-1表面吸附SA较少,同时BOB-1有更负的价带电位,利用光生空穴与吸附在催化剂表面的SA反应,从而表现出高效降解SA的性能.     

Mn_3O_4/金属有机骨架材料活化过一硫酸盐降解水中难降解有机污染物罗丹明B（英文）

锰氧化物是一类环境友好型材料,可以有效活化过一硫酸盐(PMS)降解水中难降解有机污染物.但是锰氧化物在单独使用时容易出现严重的团聚现象,进而降低其对PMS的催化活性,不利于水中污染物的降解.因此,人们通常将锰氧化物负载于多孔的载体材料上.金属有机骨架材料(MOFs)因具有巨大的比表面积和温和的制备条件而广受关注.本文采用温和的溶剂热法首次成功制备了Mn_3O_4与MOF的复合材料Mn_3O_4/ZIF-8,并通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱和红外光谱等手段对其进行了表征,探究了Mn_3O_4/ZIF-8的形成机理.考察了Mn_3O_4负载量对Mn_3O_4/ZIF-8催化性能的影响,以及Mn_3O_4/ZIF-8投加量、PMS投加量、初始罗丹明B(RhB)浓度和反应温度对RhB去除效果的影响,同时探究了Mn_3O_4/ZIF-8的重复使用性能,分析了RhB的降解途径、去除机理以及最终的降解副产物.结果表明,边长为50-150 nm的片状Mn_3O_4均匀分散在粒径为250 nm的六边形ZIF-8的外表面;当Mn_3O_4负载量为0.5时,所制备的复合材料0.5-Mn/ZIF-120活化PMS对RhB的降解效果最好,反应60 min时RhB降解率可达到99.4%,且Mn的浸出量可以忽略不计.在该体系中,RhB的降解过程符合一级动力学反应方程,其降解速率常数随催化剂和PMS投加量的增加、反应温度的提高和初始RhB浓度的减小而增大.在0.5-Mn/ZIF-120催化剂投加量为0.4 g/L、PMS投加量为0.3 g/L、初始RhB浓度为10 mg/L、初始溶液pH为5.18及室温(23oC)条件下,水中RhB的降解率在40 min时即可达到98%.淬灭实验表明,该体系中HO·起主导作用,而其主要来源于活化PMS所产生的SO_4–·.此外,通过简单的二次水冲洗方式对0.5-Mn/ZIF-120催化剂进行回收使用,在连续5次循环使用后仍然可见较高的催化活性和稳定性,RhB的去除率保持在96%以上,且Mn的浸出百分率始终低于5%.     

Ru掺杂BiOBr空心微球的原位合成及其光催化CO_2还原和有机污染物降解性能研究

采用水热法原位合成了Ru掺杂BiOBr空心微球(Ru/BiOBr)复合光催化剂,并对其进行了XRD、 SEM、 TEM、 EDS、 DRS、 EIS等表征.结果表明,所合成的BiOBr材料是由许多小厚度的交错纳米片自组装而成的,同时Ru纳米颗粒成功负载到BiOBr表面,该复合材料对还原CO_2和降解有机模拟污染物(罗丹明B, RhB)具有良好的光催化性能.当Ru的掺杂量为0.4%时复合材料的光催化活性最佳, 4 h后甲醇产量可达1103μmol/g_(cat),并且60 min内对RhB的降解率达到98%.除此之外,还讨论了复合材料的光催化机理和稳定性.     

BiOBr的可控制备及对废水中卡马西平的有效降解

以Bi(NO₃)₃·5H₂O为原料, 乙醇为介质, KBr和/或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为溴源, 采用溶剂热法合成了不同结构和性能的BiOBr微纳米材料, 通过 X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外光谱仪(FTIR)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及比表面积和孔隙度分析仪对产物进行了表征. 结果表明, 溴源(KBr, CTAB)对BiOBr的结晶特性和形貌有重要影响, 其中采用双溴源且KBr与CTAB摩尔比为3∶7时制得的BiOBr(K∶C=3∶7)光催化剂在模拟太阳光下具有最优的光催化性能, 光照20 min后对废水中卡马西平的降解速率常数是以KBr为溴源制备的BiOBr(K)的4.10倍和以CTAB为溴源制备的BiOBr(C)的2.14倍. BiOBr(K∶C=3∶7)优异的光催化活性可归因于其高暴露的(110)晶面、 表面羟基、 疏松的片层状形貌及较大的比表面积和孔体积. 活性物种淬灭实验结果表明, BiOBr(K∶C=3∶7)的光催化活性主要源于光生空穴、 羟基自由基和电子.     

Constructing recyclable photocatalytic BiOBr/Ag nanowires/cotton fabric for efficient dye degradation under visible light

In this study, a highly-efficient photocatalytic and recyclable BiOBr/Ag nanowires (AgNW)/cotton fabric (CF) composite was fabricated by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) for rapid treatment of dye wastewater. The integration of AgNW and BiOBr aims to establish a channel for faster and easier charge transfer to enhance the photocatalytic performance. The chemical structure and morphology of BiOBr/AgNW/CF, as well as its photo-degradation of Rhodamine B (RhB) under visible light radiation were explored. Results reveal that BiOBr/AgNW/CF exhibits remarkably enhanced photocatalytic activity over BiOBr/CF, which degrades 97 % of RhB within 90 min. BiOBr/AgNW/CF still maintains 88 % of photocatalytic degradation capacity after five reusing cycles due to the effective encapsulation of BiOBr that protects AgNW from oxidation. Photoluminescence, electron spin resonance, and free radical trapping experiments confirm that the separation efficiency of photo-generated electron-hole pairs plays an important role in improving photocatalytic performance. In all, this work exhibits great potential in the development of textile-based photocatalytic materials that integrates two significant merits, the high degradation efficiency and easy recovery.     

BiOBr/HPW/Au的制备及其光催化性能的研究

采用水热法和光还原法制备了BiOBr/HPW/Au光催化剂。表征结果表明，BiOBr/HPW/Au光催化剂成功制备，在可见光照射下，BiOBr/HPW/Au具有良好的光催化降解罗丹明B活性，其一级反应动力学速率常数是BiOBr的3.55倍。捕获剂实验结果表明，该反应过程中主要的活性物种是·O₂^-，BiOBr/HPW/Au具有高光催化活性的主要因为是BiOBr、HPW和Au纳米粒子三者的相互作用，提高了BiOBr对可见光的吸收以及电子-空穴对的分离效率，进而提高BiOBr的可见光催化活性。     

Enhanced photocatalytic performance of carbon quantum dots/BiOBr composite and mechanism investigation

Novel CQDs/BiOBr composite photocatalysts are constructed via a simple hydrothermal synthesis and show superior activity in photocatalytic degradation of organic pollutants.     

Novel Bi/BiOBr/AgBr composite microspheres: Ion exchange synthesis and photocatalytic performance

Novel Bi/BiOBr/AgBr composite microspheres were prepared by a rational in situ ion exchange reaction between Bi/BiOBr microspheres and AgNO₃. The characteristic of the as-obtained ternary microspheres was tested by X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV–vis diffuse reflectance spectroscopy (UV–vis DRS) and photoluminescence (PL). Under visible light irradiation, Bi/BiOBr/AgBr microspheres exhibited an excellent photocatalytic efficiency for rhodamine B (RhB) degradation, which was about 1.4 and 4.9 times as high as that of Bi/BiOBr and BiOBr/AgBr, demonstrating that the highest separation efficiency of charge carriers in the heterostructured Bi/BiOBr/AgBr. The photocatalytic activity of Bi/BiOBr/AgBr microspheres just exhibited a slight decrease after three consecutive cycles. The photocatalytic mechanism investigation confirmed that the superoxide radicals (O₂^•−) were the dominant reactive oxygen species for RhB degradation in Bi/BiOBr/AgBr suspension.     

Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能

采用硼氢化钠还原法制备了Ag负载CdMoO₄光催化剂。运用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等测试手段对催化剂的组成和结构进行了表征;采用紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对催化剂的光响应和表面状态进行了分析,考察了不同Ag负载量对CdMoO₄紫外光降解罗丹明B和可见光选择性氧化苯甲醇性能的影响。结果表明,与CdMoO₄相比,Ag/CdMoO₄具有更高的光催化活性。利用活性物种捕获实验探讨其光催化降解过程的反应机理,实验结果显示O₂^-·和·OH是光催化降解过程的主要活性物种。     

Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能

采用硼氢化钠还原法制备了Ag负载Cd Mo O4光催化剂。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试手段对催化剂的组成和结构进行了表征;采用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的光响应和表面状态进行了分析,考察了不同Ag负载量对Cd Mo O4紫外光降解罗丹明B和可见光选择性氧化苯甲醇性能的影响。结果表明,与Cd Mo O4相比,Ag/Cd Mo O4具有更高的光催化活性。利用活性物种捕获实验探讨其光催化降解过程的反应机理,实验结果显示O2-·和·OH是光催化降解过程的主要活性物种。     

Preparation of carbon nanotubes/BiOBr composites with higher visible light photocatalytic activity

A novel flower-like photocatalyst CNTs/BiOBr was successfully prepared by a facile hydrothermal method. The morphology and the physicochemical properties of the prepared samples were investigated using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray spectrometry (EDX), and UV-visible diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis DRS). The photocatalytic activity was evaluated by degradation of Rhodamin B (RhB) dye. It was demonstrated that CNTs/BiOBr photocatalyst could effectively photodegrade RhB under visible light (VL) irradiation.     

n-p异质结型CdS/BiOBr复合光催化剂的制备及性能

采用两步水热法制备了CdS/BiOBr复合光催化剂,并通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对其物相、表面结构、光响应性等性质进行了表征.结果表明,合成的CdS/BiOBr复合材料是n-p型异质结,由CdS颗粒裹附在BiOBr纳米球的表面构成,这种结构不仅具有良好的可见光响应范围,且有利于光生电子的迁移,并有效地抑制光生电子/空穴对的复合.通过光催化降解模拟染料废水和光催化脱除模拟含硫燃料评价了CdS/BiOBr复合材料的可见光催化性能.结果表明,6%(质量分数)CdS/BiOBr降解次甲基蓝的拟一级动力学常数分别为BiOBr和CdS的5.3和9.6倍,脱除噻吩的拟一级动力学常数分别为BiOBr和CdS的1.9和3.2倍.CdS/BiOBr具有良好的光催化稳定性,循环使用5次后,降解率仍能达到90%以上.     

油水自组装制备Ag@AgBr/BiOBr高效可见光催化剂

采用油水自组装法制备Ag@Ag Br表面修饰三维花状结构Bi OBr复合光催化剂(Ag@Ag Br/Bi OBr),利用XRD、SEM、TEM、EDX、DRS、XPS、PL及EIS等手段对光催化剂的结构和性能进行了表征,并研究了可见光下降解亚甲基蓝(MB)的催化性能。研究表明:Ag@Ag Br粒径约为20 nm,均匀分散在花状微球Bi OBr表面上;贵金属Ag的表面等离子体效应可显著增强可见光利用率,并有效促进光生电子空穴对的分离,Ag@Ag Br(15wt%)/Bi OBr光催化剂展现出最优的催化活性,可见光照射30 min对MB的降解率将近90%,淬灭实验表明·O2-,h+和Br0均为活性物种。结合理论分析与实验结果提出复合光催化剂的降解机理。