Sb2O3/BiVO4/WO3异质结构建及光电催化合成过氧化氢

采用溶剂热法-旋涂法构建了Sb₂O₃/BiVO₄/WO₃半导体异质结,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等手段表征了其物化性质。在1.23 V(vs RHE)电位下,BiVO₄/WO₃的光电流密度相对于BiVO₄提高了2倍。进一步复合Sb₂O₃之后,虽然Sb₂O₃/BiVO₄/WO₃薄膜的光电流密度有所下降,但其光电催化产H₂O₂的法拉第效率和产生速率得到明显提升。在1.89V(vs RHE)电位下,3c-Sb₂O₃/BiVO₄/WO₃薄膜产 H₂O₂的法拉第效率提高到约 19%;1c-Sb₂O₃/BiVO₄/WO₃薄膜 H₂O₂产生速率从约2.1 μmol·h^-1·cm^-2提高到约3.6 μmol·h^-1·cm^-2。此外,Sb₂O₃的复合显著提高了BiVO₄/WO₃电极材料的光电催化稳定性。     

ITO/g-C3N4异质结催化剂的制备及其光解水产氢性能

采用低温热解法合成出g-C₃N₄和In₂O₃:Sn(ITO)催化剂粉体,通过静电引力作用将少量ITO纳米粉体分散在g-C₃N₄粉体颗粒表面制成ITO/g-C₃N₄异质结光催化剂。在可见光模拟系统中以乙醇为牺牲剂,检测氢气生成速率表征催化剂的光催化性能, 并借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis)等对催化剂粉体进行了表征。实验结果表明, ITO附着在g-C₃N₄颗粒表面有利于光生电子的转移和光解水析氢反应。ITO/g-C₃N₄催化剂较之纯g-C₃N₄催化剂活性显著提高。当ITO附着量为4%时,析氢速率可稳定在350 μmol·g^-1·h^-1。     

Se掺杂WO3·0.5H2O/g-C3N4光电催化剂的析氢反应性能

以二氰二胺、硒粉和钨酸钠为前驱体,采用一锅法成功制备出Se掺杂WO₃·0.5H₂O/g-C₃N₄(Se/WCN)催化剂。并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的物相结构、形貌及化学组成进行表征。与原始的WO₃和g-C₃N₄相比,Se/WCN催化剂的起始电位降到了-0.75 V(vs RHE),电流密度高达70 mA·cm^-2,表现出更高的电催化活性。而光照后,Se/WCN的催化性能进一步提升,起始电位从-0.75 V(vs RHE)降至-0.65 V(vs RHE),电荷转移电阻由371.4Ω减小到310.0Ω。     

单分散g-C3N4量子点修饰一维棒状BiPO4微晶的合成及其对光催化活性增强机理

利用水热法合成了一维棒状BiPO₄微晶,在此基础上采用浸渍-被烧法进行g-C₃N₄量子点表面修饰获得新颖的g-C₃N₄/BiPO₄异质结。借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(HRTEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis-DRS)等测试手段对所得样品的相组成、形貌和谱学特征进行了表征。选择罗丹明B(RhB)和苯酚作为模型污染物研究了所得在可见光下的催化活性。结果表明,样品16%(w/w) g-C₃N₄/BiPO₄对RhB降解的速率常数分别是纯和的g-C₃N₄和BiPO₄的16倍和4.6倍。g-C₃N₄量子点与BiPO₄之间形成异质结,抑制了光生电子-空穴对的复合,从而提高了催化剂的活性。自由基捕获实验进一步表明,超氧负离子自由基(·O₂-)是催化降解RhB和苯酚的主要活性物种。     

中空管状g-C3N4/Ag3PO4复合催化剂的制备及其可见光催化性能

采用化学沉淀法制备中空管状 g-C₃N₄/Ag₃PO₄复合催化剂。通过 X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱对其结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明：Ag₃PO₄纳米颗粒均匀地分散在中空管状g-C₃N₄表面,两者紧密结合形成异质结。研究复合催化剂在可见光照射下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。结果显示：复合催化剂在80 min内对TC的降解率为98%,其降解反应速率常数是纯相Ag₃PO₄的3倍。经过5次循环实验后复合催化剂对于TC的降解率仍保持87%,具有优良的循环稳定性。捕获实验表明空穴(h⁺)和超氧负离子(·O₂^ˉ)是光催化反应过程中的主要活性物种。根据能带理论,提出了复合催化剂异质结的Z型光催化机理。     

中空花状可见光响应催化剂g-C3N4@BiOCl的制备及其光催化活性

以g-C₃N₄/H₂SO₄溶液和硝酸铋为前驱体,采用自组装法制备了中空花状且具有可见光响应能力的异质结光催化剂g-C₃N₄@BiOCl。利用X射线衍射、电子扫描显微镜、高分辨透射电镜、X射线能谱、紫外可见漫反射光谱及X射线光电子能谱等表征手段确证了催化剂的结构。该催化剂能够有效地实现光生电子-空穴的分离,表现出优异的可见光催化活性。通过对50 mg·L^-1罗丹明B的降解实验验证了g-C₃N₄@BiOCl的光催化活性,在可见光条件下（λ≥420 nm）的降解效率优良,12 min即可达到99%。     

GO/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能

以水热法制备的20% g-C₃N₄/TiO₂（20%为质量分数）为基,将其与不同质量分数的氧化石墨烯（GO）复合制备出可见光催化性能优良的GO/TiO₂-g-C₃N₄三元复合材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致荧光光谱（PL）、瞬态光电流响应等分析测试手段对样品的结构、形貌和光电性能进行表征。研究了不同质量分数GO的加入对GO/TiO₂-g-C₃N₄在可见光下降解亚甲基蓝（MB）溶液的影响。结果表明： g-C₃N₄/TiO₂与GO复合后,锐钛矿相TiO₂颗粒形成小团簇附着在g-C₃N₄和GO片层表面,且当GO含量为15%时,TiO₂形成的团簇最小,对可见光的吸收最多且光生电子-空穴对的复合率最低。可见光照射下,15% GO/TiO₂-g-C₃N₄复合材料对MB的降解率在3 h内可达98.4%,且其降解速率常数（0.022 4 min^-1）分别是纯TiO₂（0.001 5 min^-1）和g-C₃N₄/TiO₂（0.002 5 min^-1）的15倍和9倍。     

单分散g-C3N4量子点修饰一维棒状BiPO4微晶的合成及其对光催化活性增强机理

利用水热法合成了一维棒状BiPO₄微晶,在此基础上采用浸渍-焙烧法进行g-C₃N₄量子点表面修饰获得新颖的g-C₃N₄/BiPO₄异质结。借助X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、透射电镜（HRTEM）、能谱（EDS）、紫外-可见漫反射（UV-Vis-DRS）等测试手段对所得样品的相组成、形貌和谱学特征进行了表征。选择罗丹明B（RhB）和苯酚作为模型污染物研究了所得在可见光下的催化活性。结果表明,样品16%（w/w） g-C₃N₄/BiPO₄对RhB降解的速率常数分别是纯g-C₃N₄和BiPO₄的4.6倍和15倍。g-C₃N₄量子点与BiPO₄之间形成异质结,抑制了光生电子-空穴对的复合,从而提高了催化剂的活性。自由基捕获实验进一步表明,超氧负离子自由基（·O₂^-）是催化降解RhB和苯酚的主要活性物种。     

MoS2/g-C3N4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS₂,将其与石墨相氮化碳（g-C₃N₄）复合,制得MoS₂/g-C₃N₄复合材料。采用X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）,X射线光电子能谱（XPS）,傅里叶变换红外光谱（FTIR）,Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱（DRS）和光致荧光（PL）技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS₂/g-C₃N₄复合材料光催化降解罗丹明B（RhB）的活性,结果表明：将少量MoS₂与g-C₃N₄复合可明显提高光催化活性,且1%（w/w）MoS₂/g-C₃N₄复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS₂和g-C₃N₄匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。     

g-C3N4/CeO2异质结材料的制备及其光催化性能的研究

以三聚氰胺,硝酸铈等为原料,通过高温煅烧法制备了不同CeO₂含量的片层状的g-C₃N₄/CeO₂,通过XRD, FT-IR,XPS,UV-Vis DRS等对系列g-C₃N₄-CeO₂材料进行了表征,考察了材料在可见光下(λ≥420nm)条件下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。与单纯的g-C₃N₄相比,g-C₃N₄/CeO₂-30%具有更优异的光催化性能,这是由于g-C₃N₄-CeO₂间的异质结作用促进了光生电子和空穴分离,同时复合材料增大的比表面积可以提供更多的反应位点。自由基捕获实验证实了.O_2^-在催化反应过程中起到主要作用,并提出了相应的光催化机理。     

Ⅱ型TiO2/g-C3N4异质结的构筑促进高效光催化U(Ⅵ)还原

采用水热法将TiO₂纳米片修饰在中空管状g-C₃N₄上制备了TiO₂/g-C₃N₄(T-CN)复合催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光电流响应等对其形貌、结构和光物理性能进行了表征。结果表明,TiO₂纳米片均匀地分散在中空管状g-C₃N₄表面,两者紧密结合形成异质结。TiO₂与g-C₃N₄的质量比为20%时制得的T-CN-20复合催化剂在60 min内对U (Ⅵ)的去除率为85.64%,是纯相g-C₃N₄的6.7倍。在10倍高浓度阳离子共存条件下的去除率仍大于69.8%,且具有优良的结构稳定性。对光催化产物分析可知,T-CN将U (Ⅵ)还原为难溶的U (Ⅳ)(63.68%)以去除铀,可有效解决含铀核废水中的U (Ⅵ)污染问题。根据能带理论分析,提出了复合催化剂异质结的Ⅱ型光催化机理。     

BiOBr/g-C3N4 S型异质结无H2O2光-自芬顿高效催化降解RhB

通过焙烧-超声混合法成功地制备了BiOBr/g-C₃N₄ S型异质结复合光催化剂。采用多种表征手段对样品物理属性进行了表征,包括X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-VisDRS)。研究了所制备样品有/无Fe³⁺的光-自芬顿催化/光催化降解罗丹明B (RhB)性能。通过捕获实验确定了光催化反应中的主要活性物种,提出了光-自芬顿反应的降解机理。研究结果表明,BiOBr/g-C₃N₄ S型异质结能原位生成H₂O₂,添加Fe³⁺后,H₂O₂被原位活化成活性物种且光生电流和载流子分离效率获得显著提高。该光-自芬顿过程能高效降解RhB,其反应速率常数为0.208 min^-1,约为无Fe³⁺光催化反应速率常数的5.3倍,在光-自芬顿循环使用过程中表现出良好的稳定性。Fe³⁺的加入促进了光生电荷的分离和H₂O₂的活化,超氧阴离子自由基(·O₂^-)、空穴和羟基是光-自芬顿催化过程中的主要活性物种,且·O₂^-作用更大。     

球状MoS2/WO3复合半导体制备及其对RhB的光催化性能

采用水热法成功制备了MoS₂/WO₃复合半导体光催化剂,分别通过SEM、TEM、EDS、XRD、Raman和DRS对催化剂的形貌,组成及结构进行表征,并用BET模型计算比表面积。对比发现球状MoS₂/WO₃对罗丹明B（RhB）的光降解效率明显高于纯WO₃、片状MoS₂/WO₃复合半导体。针对球状MoS₂/WO₃复合半导体,分别研究了MoS₂不同负载量（0.5%,1%,2%,5%,10%）对RhB光催化降解性能的影响,结果表明MoS₂含量为2%时催化效果最佳。同时,研究了溶液的pH值（pH=1,3,6,7,11）对光催化降解反应活性的影响,结果显示pH=6时降解率最高。当催化剂量增加到1 g·L^-1时,30min后RhB降解率达到96.6%。球状MoS₂/WO₃的瞬态光电流为0.050 6 mA·cm^-2,比纯WO₃提高了2.4倍。经过5次循环实验,球状MoS₂/WO₃复合半导体催化剂仍能保持90%的高降解率。     

层状Co3O4的制备及其电化学电容行为

以P123为模板水热合成制备了Co₂(OH)₂CO₃前驱体，200 ℃热处理后得到了具有层状结构的Co₃O₄。循环伏安、恒流放电等电化学测试表明，200 ℃所得Co₃O₄电极在6 mol·L^-1 KOH溶液中和-0.1～0.5 V(vs Ag/AgCl)电位范围内，具有较好的循环稳定性能，单电极比电容达到505 F·g^-1。     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将BiOBr纳米片生长到g-C₃N₄表面,制得g-C₃N₄-BiOBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由BiOBr和g-C₃N₄两相组成,BiOBr纳米片在片状g-C₃N₄表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C₃N₄和BiOBr,g-C₃N₄-BiOBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 g-C₃N₄-BiOBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C₃N₄和BiOBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。     

氮掺杂碳纳米管负载Co3O4氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B₁₂,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂,Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V (vs RHE),超越了商业Pt/C (0.820 V (vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。     

氮掺杂碳纳米管负载Co3O4氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B₁₂,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂,Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V(vs RHE),超越了商业Pt/C(0.820 V(vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。     

碳化MoS2/掺硫g-C3N4异质结的合成及其在可见光下催化降解罗丹明B机理

为了进一步提高聚合物半导体类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）降解有机物的活性,通过简单的水热法复合得到碳化MoS₂/掺硫g-C₃N₄异质结（MoSC/S-CN）,并在可见光下研究其罗丹明B （RhB）的降解性能。结果表明,相较于纯g-C₃N₄,最优化的MoSC/S-CN样品对可见光的吸收范围得到明显拓宽,并且在100 min内对RhB的降解效率为92.5%,比纯g-C₃N₄性能提高68.83%。一系列的结构和光学性质表明,掺硫后再进一步与碳化MoS₂耦合可以协同作用于g-C₃N₄,改善g-C₃N₄的能带结构,加速光生电子空穴对的分离,有效提高光催化活性。     

氮缺陷对GaN/g-C3N4异质结电子结构和光学性能影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层GaN、g-C₃N₄、GaN/g-C₃N₄异质结及3种氮缺陷GaN/g-C₃N₄-V_XN(X=1、2、3)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性能。计算结果表明,GaN/g-C₃N₄异质结体系晶格失配率极低(0.8%),属于完全共格。与单层g-C₃N₄相比,GaN/g-C₃N₄和GaN/g-C₃N₄-V_XN(X=1、2、3)异质结的导带向低能方向偏移,价带上移,从而导致带隙减小,且态密度均显示出轨道杂化现象。GaN/g-C₃N₄和GaN/g-C₃N₄-V_XN(X=1、2、3)异质结在界面处均形成了电势差,在其内部形成了从g-C₃N₄层指向GaN层的内置电场。GaN/g-C₃N₄-V_1N异质结的界面电势差值最大且红移现象最为明显,表明GaN/g-C₃N₄-V_1N异质结相较其他2个N缺陷异质结光学性能最好。氮缺陷的引入在不同程度上提高了GaN/g-C₃N₄异质结在红外光区域的光吸收能力。     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。