锡掺杂Bi2O3可见光响应光催化剂的制备及性能

以硝酸铋和四氯化锡为原料,采用浸渍法制备了纯Bi2O3和Sn掺杂Bi2O3光催化剂。利用X射线光电子能谱、X射线荧光光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对样品进行了表征。在可见光下,利用2,4-二氯苯酚水溶液的光催化降解作为探针反应,考察了样品的可见光催化活性。结果表明,浸渍法能较好地实现Sn的掺杂,催化剂中掺杂剂Sn的价态为+4价,以锡的氧化物形式存在于Bi2O3晶格间隙或晶粒表面。并且掺杂适量的Sn,可有效抑制Bi2O3晶相由四方相向单斜相的转变,拓宽了Bi2O3的可见光响应范围,有效阻止了光生电子和空穴的复合,从而提高了Bi2O3的可见光催化活性。当Sn的掺杂量为2%时(物质的量的分数),Bi2O3具有最好的可见光催化活性。     

Bi2O3 /TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化性能

采用溶胶与水热相结合的方法合成了具有可见光光催化活性的复合纳米颗粒Bi2O3/TiO2,并对其进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射谱、红外光谱、低温N2吸附脱附及电子顺磁共振分析。结果表明,复合少量的氧化铋可显著抑制TiO2由锐钛矿到金红石的相转移过程,并将光吸收范围扩展到可见光区。可见光照射下(λ>420 nm),利用电子顺磁共振技术检测到明显的羟基自由基(.OH)信号。铋的最佳掺杂量为Bi/Ti质量比2.0%,适量铋的掺入能显著改善锐钛矿TiO2的结晶度,抑制光生电子-空穴对的复合,提高光催化量子效率。通过可见光照射下,4-氯酚的降解实验测试Bi2O3/TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化活性。同时,利用气-质联用仪对4-氯酚降解过程的中间产物进行了测定,并提出可见光照射下的Bi2O3光敏化机理。     

Bi3.25La0.75Ti3O12纳米线的可见光催化性能

研究了用一步水热法制备的掺镧钛酸铋(Bi3.25La0.75Ti3O12, BLT)纳米线的光学和可见光催化性能,并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征.结果表明,制备的纳米线为纯相的Bi3.25La0.75Ti3O12,平均直径约为25 nm.室温光致发(PL)光谱显示BLT纳米线在433和565 nm附近有较强的发射峰,分别对应激子发射和表面缺陷发光.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BLT样品的带隙能约为2.07 eV.利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙(MO)降解实验评价了BLT样品的光催化性能.结果表明, BLT的光催化活性比商用TiO2催化剂P25、掺氮TiO2和纯相钛酸铋(Bi4Ti3O12, BIT)高得多. BLT光催化剂具有更高催化活性的原因是La3+离子的掺杂拓展了BIT对可见光的吸收范围,同时抑制了BIT的光生电子-空穴的复合     

氮掺杂Bi2O3光催化剂可见光催化降解2,4-二氯酚

采用自制的Bi2O3及氮掺杂Bi2O3(N-Bi2O3)光催化剂,以卤钨灯为光源,在可见光下对2,4-二氯酚进行光催化降解.结果表明,N-Bi2O3较Bi2O3具有更高的可见光催化活性.当N-Bi2O3光催化剂投加量为2.0 g/L、2,4-二氯酚初始浓度为20 mg/L和pH =7时,光催化反应320 min,2,4-二氯酚的降解率最高可达到91.5％.2,4-二氯酚的光催化反应初活性与其浓度之间的关系符合Langmuir-Hinshelwood动力学速率模型.对降解过程中总有机碳及Cl-测试结果表明,N-Bi2O3光催化剂能较好地完成对2,4-二氯酚的深度矿化及脱氯.     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维。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)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及荧光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明:在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi3+,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO_2复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

施主掺杂对BaTiO3钙钛矿半导体纳米晶光催化性能的影响

以沉淀法制备的Cu_2O为牺牲模板剂,采用水热法制备La施主掺杂的BaTiO_3钙钛矿半导体纳米晶,借助X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱((XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表征La掺杂的BaTiO_3晶的物相、微观形貌及光催化性能。结果表明,La掺杂BaTiO_3构建了晶体缺陷,有效提高了BaTiO_3的光催化性能。当掺杂量为4%(w/w)时,样品的光催化性能最好,在可见光照射360 min后,对4-硝基苯酚溶液的降解率可达到93.2%。该催化剂5次循环后的活性仍然大于86.7%,表明La施主掺杂的BaTiO_3是一种有效的可见光催化剂。     

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Bi OBr纳米片生长到g-C_3N_4表面,制得g-C_3N_4-Bi OBr 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Bi OBr和g-C_3N_4两相组成,Bi OBr纳米片在片状g-C_3N_4表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C_3N_4和Bi OBr,g-C_3N_4-Bi OBr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 gC_3N_4-Bi OBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C_3N_4和Bi OBr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。     

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。     

BiOCl/NaBiO_3复合材料的原位合成及光催化性能

利用HCl与Na Bi O3反应原位制备了结构可控的Bi OCl/Na Bi O3复合光催化材料.通过X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和扫描电子显微镜(SEM)等技术对其晶相组成、光吸收特性和表面形貌进行了表征,并评价了样品在可见光和紫外光下的光催化性能.结果表明,尽管Bi OCl几乎没有可见光活性,但27.4%Bi OCl/Na Bi O3在可见光下却表现出明显高于纯Bi OCl和Na Bi O3的光催化活性.由于紫外光照可以有效激发Bi OCl,所有组成的复合Bi OCl/Na Bi O3都显示出高于纯Bi OCl和Na Bi O3的光催化活性,其中47.6%Bi OCl/Na Bi O3具有最大光催化活性.研究了加入不同活性物种的捕获剂对光催化效率的影响,结合荧光实验结果和样品能带结构推测了复合材料光催化过程中光生载流子的传输行为.结果表明,Bi OCl/Na Bi O3催化活性增强主要归结于2种材料之间形成了有效的异质结构,其内建电场能够促进光生载流子的传输和分离;羟基自由基在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

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。     

C-N-S-TiO2光催化剂的制备、表征及其性能

以钛酸四丁酯为钛源、功能生物小分子胱氨酸为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法同步合成了C-N-S-TiO2光催化剂,利用XRD、XPS、FT-IR和DRS等测试技术对样品的结构及物化性能进行了表征。XRD和DRS分析表明,共掺杂抑制了TiO2晶粒的生长,提高了晶相转变温度,且C-N-S-TiO2样品的吸收带边明显"红移",光吸收范围一直延长至800 nm左右。XPS分析结果显示,C-N-S-TiO2样品表面产生了杂质能级,C、S元素分别取代部分晶格Ti4+以CO23-和S6+形式存在;而N峰呈宽化状态,以O—Ti—N和Ti—O—N键存在,且样品表面羟基含量明显增加。以罗丹明B染料为模型污染物,考察了该催化剂的可见光催化活性。结果表明,与P25 TiO2比较,C-N-S-TiO2光催化剂活性得到改进,C-N-S-TiO2光催化剂在470～800 nm波长下辐射120 min后对罗丹明B的降解率可高达83%。     

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.     

可见光下Fe3+掺杂对K2La2Ti3O10分解水制氢性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂的Fe-K2La2Ti3O10光催化剂, 并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析, 考察了不同掺杂量对K2La2Ti3O10的性质及光催化分解水制氢活性的影响. 结果表明, Fe-K2La2Ti3O10在400-650 nm范围内显示强吸收, 光谱响应扩展到可见光区(λ>400 nm), 掺杂Fe3+后, K2La2Ti3O10的可见光区的光催化制氢活性显著提高, 掺杂量为nFe/nTi=0.04时活性最佳, 当催化剂用量为0.1 g, 反应液为CH3OH(30 mL)+H2O(90 mL)时, 产氢量达到1.92 μmol·h-1, 为未掺杂时的4倍.     

Cu2+掺杂的Bi2O3的制备及光催化性能的研究

本文采用并流沉淀法制备了Cu2+掺杂的纳米Bi2O3光催化剂(Cu/Bi原子比分别为1%,2%,3%和4%)。以甲基橙模拟有机污染物对催化剂的光催化性能进行了考察。用比表面(BET)、X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射光谱(DRS)和表面光电压谱(SPS)对所制备的催化剂进行了表征。结果表明,Cu2+掺杂量为3%时制备的Bi2O3具有最高的比表面积、孔容、最小孔径和晶粒尺寸。对甲基橙的光催化脱色结果显示掺杂量为3%时Cu2+-Bi2O3表现出最佳的光催化活性。     

浓度梯度分布的镍和氮共掺杂TiO2光催化剂的制备和表征

以TiCl4为钛前驱体, 氨水和氯化镍为掺杂离子给体, 采用沉淀和层层浸渍相结合的方法制备了氮、镍共掺杂TiO2光催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等现代表征方法对催化剂的晶体结构、微结构、掺杂基团和光谱性质进行了表征. XRD和氮吸附-脱附分析结果表明, 氮、镍共掺杂TiO2为单一锐钛矿相, 具有介孔结构. XPS谱证实掺杂的氮和镍分别以NOx和Ni2O3及NiO的形式存在, 且镍在共掺杂表面的浓度高于体相中的浓度, 在扩散方向上存在浓度梯度分布. 4-氯酚的降解实验结果表明, 浓度梯度分布镍和氮共掺杂TiO2的紫外光-可见光催化活性均高于均相共掺杂TiO2、单掺杂和未掺杂TiO2的催化活性. 其原因是掺杂的氮以NOx形式存在, 使催化剂的感光范围拓展至可见光区; 而掺杂的镍维持了半导体体系的电荷平衡, 有效抑制了Ti3+的产生. 同时掺杂的镍在催化剂中存在浓度梯度分布, 减少了光生电子和空穴的复合几率, 提高了催化剂的光催化活性.     

球磨法制备复合光催化剂Bi12TiO20/ZnO及其光催化性能

本文用水作为分散介质,采用球磨法掺杂一定量的Bi₁₂TiO₂₀于ZnO中制备复合光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO. 利用UV-Vis、XRD和SEM等仪器对样品进行了分析与表征. 通过对甲基橙的氧化来研究其光催化活性. 结果表明,光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO对甲基橙氧化的催化活性高于氧化锌的催化活性.当Bi₁₂TiO₂₀的掺杂量为0.5%(质量分数),球磨时间为12 h,焙烧温度为300℃时,光照20 min后,复合光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO对甲基橙的降解率可达到95.2%.     

Bi3.25La0.75Ti3O12纳米线的可见光催化性能

研究了用一步水热法制备的掺镧钛酸铋(Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂, BLT)纳米线的光学和可见光催化性能, 并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征. 结果表明, 制备的纳米线为纯相的Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂, 平均直径约为25 nm. 室温光致发光谱(PL)显示BLT纳米线在433和565 nm附近有较强的发射峰, 分别对应激子发射和表面缺陷发光. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BLT样品的带隙能约为2.07 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙降解实验评价了BLT样品的光催化性能. 结果表明, BLT的光催化活性比商用TiO₂催化剂P25、掺氮TiO₂和纯相钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂, BIT)高得多. BLT光催化剂具有更高催化活性的原因是La³⁺离子掺杂拓展了BIT对可见光的吸收范围, 同时抑制了BIT的光生电子-空穴的复合.     

Synergistic effect of crystal and electronic structures on the visible-light-driven photocatalytic performances of Bi(2)O(3) polymorphs

Three polymorphs of Bi(2)O(3) were selectively synthesized via solution-based methods. The phase structures of the as-prepared samples were confirmed by X-ray powder diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). UV-vis diffuse reflectance spectroscopy was employed to study the optical properties of Bi(2)O(3) polymorphs, and the band gaps were estimated to be 2.80, 2.48, and 3.01 eV for α-Bi(2)O(3), β-Bi(2)O(3), and δ-Bi(2)O(3), respectively. The photocatalytic performances of the oxides were investigated by decomposing methyl orange and 4-chlorophenol under visible irradiation at room temperature. It was observed that β-Bi(2)O(3) displayed much higher photocatalytic performance than N-doped P25. Among the three polymorphs of Bi(2)O(3), the photocatalytic activities followed the order: β-Bi(2)O(3) > α-Bi(2)O(3) > δ-Bi(2)O(3), which was in good accordance with the photoluminescence spectra measurement results. The synergistic effect of the crystal and electronic structures on the photocatalytic performances of Bi(2)O(3) polymorphs was investigated. The much better photocatalytic activity of β-Bi(2)O(3) was considered to be closely related to its smaller band gap, higher crystallinity and unique tunnel structure.