TiO2光催化剂的光谱研究

采用sol-gel法制备了纳米TiO2光催化剂,运用FTIR,FT－Ranam,DSR等光谱技术对催化剂进行了表征,以光催化解油酸作为模型反应考察光催化活性。实验结果表明,催化剂的烧结温度对催化剂的晶相结构、半导体能带结构、光吸收性能及光催化活性均产生显著的影响,当烧结温度为400℃时,TiO2光催化剂具有最好的表观吸光度,最大的吸收带边,以及最佳的光催化活性。     

不同干燥法制备纳米TiO2光催化剂的光谱研究

本文分别用常态、超临界乙醇和超临界CO2干燥法干燥钛酸正丁酯的醇凝胶，制备纳米TiO2光催化剂。应用XRD，FTIR，FT－Raman和Fluorescent spectrum(FS)等光谱技术对催化剂进行了表征。以光催化降解罗丹明B为模型反应，比较所得样品光催化活性。实验结果表明，不同干燥方法对催化剂的晶相结构、半导体能带结构、光吸收性能、表面性质及光催化活性均产生显著的影响，用超临界CO2干燥法制备的TiO2光催化剂具有较好的光催化活性。     

半导体量子点和碳点基零维/二维异质结光催化剂构筑及应用

半导体量子点因其具有精准的尺寸调控、独特的光电特性、丰富的表面活性位点等优势,在光催化剂设计和机理研究中获得了广泛关注。与传统半导体量子点主要作为光吸收单元不同,新兴的碳点更是在增加光吸收、促进电荷分离和增加表面反应位点等光催化不同环节均展现出优异的应用潜力。然而,量子点光催化剂由于小尺寸带来电荷复合严重、易团聚、稳定性差等问题而限制了其光催化性能。解决这些问题的主要途径之一是将零维(0D)量子点负载到超薄的二维(2D)纳米片上,形成0D/2D纳米复合材料,使量子点更加分散和稳定,且2D纳米材料促进的加速电荷转移能够抑制光生电荷的复合,从而可以有效地改善量子点基光催化剂的催化活性和稳定性。本文系统阐述了半导体量子点和碳点基0D/2D异质结光催化剂的构筑及应用,着重讨论了不同类型0D/2D异质结的光催化作用机理及面临的挑战,最后对其未来发展进行了分析和展望。     

二氧化钛负载光纤型光催化反应器的研究进展

详解了纳米二氧化钛光催化降解有机污染物的反应机理,综述了为了提高光催化效率,在光纤型光催化反应器的设计、改进、研制及应用方面所做的工作,同时讨论了光催化剂负载技术和光催化剂重复利用问题。最后,简述了近年来光纤型光催化反应器在国内外的研究进展,针对目前光催化反应器存在的技术瓶颈,对该项技术未来的发展进行了简要分析并提出了改进建议。     

Pt／TiO2粉末的结构和性能

TiO2半导体光催化技术是一种新型的环境污染物净化技术。传统的TiO2光催化剂太阳能利用率和光量子利用率低，限制了光催化技术的工业化应用。因此缩短催化剂的禁带宽度使吸收光谱向可见光谱扩展和抑制TiO2光生电子与空穴的复合是提高太阳能利用率的技术关键。掺杂可在半导体表面引入缺陷位置或改变结晶度，影响电子与空穴的复合或拓展光的吸收波段，从而影响TiO2的光催化活性。由于金属元素掺杂TiO2的催化活性强烈地依赖于TiO2的价态、结构以及金属元素与TiO2之间的细微作用，文中采用溶胶凝胶法制备纳米Pt/TiO2粉末，     

Cu-Fe-TiO2/膨润土复合光催化剂的表征及性能

以膨润土为载体,用溶胶-凝胶法制备了不同焙烧温度的Cu-Fe双金属掺杂的TiO2/膨润土复合光催化剂,采用XRD、TG-DSC和N2吸附技术对其结构进行了表征,通过光催化降解直接天蓝染料废水,考察了焙烧温度对催化剂光催化性能的影响.结果表明,当焙烧温度高于300℃时,催化剂中出现了锐钛矿型TiO2,掺杂的Cu2+、Fe3+可能进入了TiO2晶格取代了部分Ti4+,使其晶格产生了一定程度的畸变,形成了复合半导体,拓宽了TiO2的光谱响应范围,并且Cu2+、Fe3+掺杂的TiO2复合半导体进入了蒙脱石层间,与膨润土成功复合,增大了催化剂的比表面积并改善了催化剂的孔体积,提高了光催化剂活性和再生性.     

Z型光催化材料的研究进展

与植物光合作用相似, Z型光催化材料体系是由电子传输介质、光还原剂和光氧化剂组成的双光子体系, 其应用于光催化反应具有很大的优势: 借助双光子激发过程, 在不同光催化剂上分别完成氧化反应和还原反应, 有效促进了光生电荷的分离和迁移. Z型反应体系中的光催化剂只需分别满足各自的光激发过程和对应的半反应, 为光催化材料的选择和设计提供了很大的空间. 光催化还原位点和氧化位点分别在两个光催化半导体上, 还原和氧化过程相互分离, 可以有效抑制逆反应的发生. 同时, 催化材料光还原剂中的光生空穴被来自光氧化剂中的光生电子复合, 光催化体系的稳定性随之增强. Z型光催化材料体系, 表现出了宽光谱响应, 高稳定性, 高光生载流子的分离效率, 强氧化还原能力, 具有广阔的应用前景.     

基于电子顺磁共振的锌卟啉敏化TiO2光催化性机理的研究

为了研究锌卟啉/TiO₂复合光催化剂的光催化效率及电子转移问题, 本文采用溶胶凝胶法制备了锌卟啉/TiO₂的混合光催化材料, 并利用紫外可见光谱、电子顺磁共振谱对锌卟啉/TiO₂复合光催化剂进行了表征与分析. 采用溶胶凝胶法制备了锌卟啉-TiO₂的混合光催化材料, 通过比较纯P25型TiO₂和掺入质量比分别为0.2%, 0.5%, 0.9%锌卟啉敏化剂的锌卟啉/TiO₂混合光催化材料的紫外可见光谱图可知, 加入适量锌卟啉敏化剂可提高TiO₂对甲基橙溶液的降解效率, 过多的掺入锌卟啉敏化剂会导致TiO₂表面被敏化剂覆盖, 从而影响了其对光子的吸收, 降低TiO₂的光催化效率, 降低TiO₂的光降解率, 甚至低于纯TiO₂的光降解率. 应用电子顺磁共振技术对锌卟啉敏化TiO₂光催化剂的光催化机理进行了合理的解释, 当使用紫外可见光源对粉末样品进行辐照时, 锌卟啉受光辐照产生的激发态电子促进具有强氧化性的Ti³⁺和超氧根自由基的生成, 从而有效的促进了光生空穴-电子对的分离, 提高了TiO₂的光催化性能.     

Bi2S3/BiOCl复合光催化剂的水热合成及其高活性

采用一种简便的水热法在433 K的温度下成功合成了具有不同Bi2S3质量分数的Bi2S3/BiOCl复合光催化剂,利用各种技术对其进行了表征.在紫外光照射下,以甲基橙水溶液的光催化降解为模型反应,评价了Bi2S3/BiOCl复合光催化剂的活性.研究结果表明:与纯Bi2S3和纯BiOCl相比,Bi2S3/BiOCl样品明显具有更高的光催化性能,尤其当Bi2S3在Bi2SJBiOCl中的质量分数为26.5％时,Bi2 SJBiOCl复合催化剂的光催化活性与商业P25(TiO2)的活性非常接近,而这种商业P25在紫外光照射下是公认的高效光催化剂.这种明显提高的光催化活性主要归功于光生电子和空穴在Bi2S3和BiOCl形成异质结界面上的有效转移,降低了电子-空穴对的复合.     

铁镧复合氧化物纳米米微粒的制备及其光催化性能

以溶胶-凝胶法制备了纳米铁镧复合氧化物.通过了XRD、TG-DTA等手段,对该氧化物进行了分析.研究了焙烧温度、光催化剂的用量、光照等因素对催化剂光催化降解活性染料的影响.并用红外光谱分析方法验证光催化降解效果.结果表明在适当的用量和700C焙烧并在紫外光照射下铁镧复合氧化物对活性翠蓝KGL和活性B-GFF黑有较强的光催化降解活性.     

太阳能光催化制氢的科学机遇和挑战

面对人类对能源的需求持续增长,以及化石能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题,太阳能成为主要的可再生清洁能源的来源。讨论了利用太阳能催化生氢或消耗二氧化碳,探索在半导体基光催化剂表面的光催化反应和光化学反应。半导体材料被认为是最有前景的光催化剂,其材料合成是发展先进催化剂的核心。减少电荷重新复合,是提高太阳能转化为化学能的关键,关系到太阳能的转换效率。研究结果发现了提高光催化制氢的关键因素,通过Pt-PdS/CdS催化体系使其量子效率提高到93%,提供了发展高效催化剂体系的方法。     

Sonophotocatalytic decomposition of water using TiO(2) photocatalyst

Sonophotocatalytic reaction is a photocatalytic reaction with ultrasonic irradiation or the simultaneous irradiation of ultrasound and light with a photocatalyst. The possibility of the effect of hybrid of sonochemical and photocatalytic reactions was examined. Liquid water was hardly decomposed to H(2) and O(2) by photocatalysis or sonolysis, independently. In order to decompose water, powdered TiO(2) photocatalyst suspended in distilled water should be simultaneously irradiated by light and ultrasound. This sonophotocatalytic reaction was effective on the decomposition of water to H(2) and O(2).     

Sonophotocatalysis in advanced oxidation process: A short review

Sonophotocatalysis involves the use of a combination of ultrasonic sound waves, ultraviolet radiation and a semiconductor photocatalyst to enhance a chemical reaction by the formation of free radicals in aqueous systems. Researchers have used sonophotocatalysis in a variety of investigations i.e. from water decontamination to direct pollutant degradation. This degradation process provides an excellent opportunity to reduce reaction time and the amount of reagents used without the need for extreme physical conditions. Given its advantages, the sonophotocatalysis process has a futuristic application from an engineering and fundamental aspect in commercial applications. A detailed search of published reports was done and analyzed in this paper with respect to sonication, photocatalysis and advanced oxidation processes.     

Graphitic carbon nitride based single-atom photocatalysts

Single-atom photocatalysts, due to their high catalysis activity, selectivity and stability, become a hotspot in the field of photocatalysis. Graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) is known as both a good support for single atoms and a star photocatalyst. Developing g-C₃N₄-based single-atom photocatalysts exhibits great potential in improving the photocatalytic performance. In this review, we summarize the recent progress in g-C₃N₄-based single-atom photocatalysts, mainly including preparation strategies, characterizations, and their photocatalytic applications. The significant roles of single atoms and catalysis mechanism in g-C₃N₄-based single-atom photocatalysts are analyzed. At last, the challenges and perspectives for exploring high-efficient g-C₃N₄-based single-atom photocatalysts are presented.     

Role of Nanoparticles in Photocatalysis

The aim of this review paper is to give an overview of the development and implications of nanotechnology in photocatalysis. The topics covered include a detailed look at the unique properties of nanoparticles and their relation to photocatalytic properties. Current applications of and research into the use of nanoparticles as photocatalysts has also been reviewed. Also covered is the utilization of nanoparticles in doped, coupled, capped, sensitized and organic–inorganic nanocomposite semiconductor systems, with an effort to enhance photocatalytic and/or optical properties of commonly used semiconductor materials. The use of nanocrystalline thin films in electrochemically assisted photocatalytic processes has been included. Finally, the use of nanoparticles has made a significant contribution in providing definitive mechanistic information regarding the photocatalytic process.     

Degradation of organic water pollutants through sonophotocatalysis in the presence of TiO(2)

The degradation of 2-chlorophenol and of the two azo dyes acid orange 8 and acid red 1 in aqueous solution was investigated kinetically under sonolysis at 20 kHz and under photocatalysis in the presence of titanium dioxide particles, as well as under simultaneous sonolysis and photocatalysis, i.e. sonophotocatalysis. The influence on the degradation and mineralisation rates of the initial substrate concentration and of the photocatalyst amount was systematically investigated to ascertain the origin of the synergistic effect observed between the two degradation techniques. The evolution of hydrogen peroxide during kinetic runs was also monitored. Small amounts of Fe(III) were found to affect both the adsorption equilibria on the semiconductor and the degradation paths. Ultrasound may modify the rate of photocatalytic degradation by promoting the deaggregation of the photocatalyst, by inducing the desorption of organic substrates and degradation intermediates from the photocatalyst surface and, mainly, by favouring the scission of the photocatalytically and sonolytically produced H(2)O(2), with a consequent increase of oxidising species in the aqueous phase.     

卤氧化铋与半导体光催化剂偶合研究新进展

两种半导体耦合能够形成异质结而使系统的电荷分离效率得到提高,扩展对光谱吸收范围,以便提高其光催化性能。半导体耦合在制备过程中容易受到制备方法、反应温度等影响,引起耦合半导体晶体结构和表面性质发生变化,从而使得其光催化量子效率增大。主要从以下三个方面进行了论述,(1) 卤氧化铋-氧化物偶合体系, 将半导体材料与BiOX进行复合,能够形成高效异质结型结构能提高光催化降解污染物光催化性能; (2)AgX-BiOX偶合体系, 与纯净的AgI或BiOI相比,复合光催化材料AgI/BiOI在可见光下具有更高的光催化反应活性。(3)卤氧化铋与其它化合物偶合体系,Bi₂S₃与BiOX进行偶合后,光生电子在两种催化剂中进行迁移,提高了电子与空穴分离效率,因而偶合物的光催化性能得到提高。另外,本文综述了近年来国内外半导体耦合制备方法、影响其光催化性能的因素、提高可见光利用效率的最新研究进展,并提出在半导体耦合研究中所要解决的主要问题及今后努力方向。     

三氧化钨/氧化银复合材料的水热法合成及其光催化降解性能研究

染料污染是水污染中最严重的问题之一,吸引了很多科学家的关注.人们尝试了很多方法去解决该问题,如化学氧化法、物理吸附法、光催化降解法和生物降解法等.与其他几种方法相比,光催化法有着低能耗、环保以及高效等优势.三氧化钨是常见的半导体材料,具有独特的光学性能,近年来受到了广泛的研究.本文以钨酸钠和硫脲为前驱体,通过水热法制备了三氧化钨/氧化银(WO_3/Ag_2O)复合材料,并用光催化降解亚甲基蓝来分析其光催化性能.通过X射线光电子能谱、X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱等表征手段对样品的形貌、晶格结构和光催化的性能进行表征.氧化银的带宽为1.2 e V,对可见光很敏感,三氧化钨和氧化银的复合使材料在可见光下的光催化活性显著增强,在可见光下对亚甲基蓝染料的光降解率可以达到98%.实验结果表明,复合材料中的三氧化钨纳米棒为六方相,其平均直径约为200 nm,平均长度约为4μm.而复合材料中的氧化银纳米颗粒为六方相,附着在氧化钨纳米棒的表面,平均晶粒尺寸为20 nm.氧化银的存在为复合材料提供了更多的反应活性位点.相较于单一组分,复合材料在可见光下的光吸收度更高,这说明三氧化钨和氧化银的复合改变了材料的能带结构.研究发现,三氧化钨和氧化银之间形成的异质结构是其优良光催化性能的来源.此外,三氧化钨和氧化银复合材料还具有良好的催化稳定性和化学稳定性.本文结果表明,可以通过给宽带隙的半导体材料复合一些带隙合适的金属氧化物以提升其光催化活性.     

纳米TiO2光催化降解有机污染物研究与应用新进展

在参考近两年国内外大量文献基础上,对纳米TiO2的光催化机理、催化剂性能的改进方法和影响催化剂性能的环境因素进行了评述和探讨;介绍了催化剂表面声光能辐射处理以及电场、微波、超声波助催化技术等新型增效、助效技术的研究进展;并综述了最近两年纳米TiO2在水环境污染物去除、小空间空气处理和材料表面抗菌抗蚀自洁净方面的应用研究新进展。     

PATP在Ag/TiO_2纳米管基底上的表面增强拉曼散射和光催化过程研究

表面增强拉曼散射(SERS)是一种超灵敏、高选择性的分析方法,越来越受到人们的关注。对巯基苯胺(PATP)由于其易吸附在大多数SERS基底表面,并可以产生极强的SERS信号,因此常被用作SERS的探针分子。二氧化钛(TiO_2)是一种目前常用的光催化剂,但是其催化效率仍有待提高。将贵金属与TiO_2复合是提高其催化效率的有效手段。本文采用电化学阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管(TiO_2NTs),并采用光化学还原方法在表面沉积了贵金属银,制备了一种同时具有SERS和催化性能的双功能基底,即银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米管(Ag/TiO_2NTs),研究了PATP分子在该基底上的光催化过程,并与在银镜基底上的光催化过程进行了比较。我们发现,Ag/TiO_2NTs基底上的PATP在催化过程中峰强度逐渐减弱,但没有新峰的出现;而在银镜基底上PATP的峰强度随光照时间却几乎没有变化,证明了PATP分子在Ag/TiO_2 NTs上的光催化降解过程。本文还对Ag/TiO_2NTs上PATP的催化过程进行了动力学分析,结果表明PATP在该基底表面的催化反应为一级反应。