CeO2/BiVO4复合可见光催化剂的制备及其催化性能的研究

通过水热法制备了CeO2/BiVO4复合可见光催化剂,并采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)和紫外-可见漫反射光谱对其晶体结构、表面形貌、化学组成以及光谱特性等进行了表征。此外还研究了光照时间、催化剂用量、不同染料、光照强度和重复使用次数对CeO2/BiVO4复合可见光催化剂和BiVO4在可见光照射下催化降解次甲基蓝活性的影响。结果表明:当光照时间为120 min,催化剂用量为1.00 g·L^-1及光照强度为1.00 mW·cm^-2时, CeO2/BiVO4复合可见光催化剂对次甲基蓝的催化降解效果最佳,并且有较高的稳定性。     

有序介孔三氧化二铟/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备及可见光催化性能

以有序介孔三氧化二铟(m-In2O3)和还原氧化石墨烯(RGO)为原料,采用紫外光照射法合成了介孔三氧化二铟/还原氧化石墨烯(m-In2O3-RGO)复合光催化剂.利用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、漫反射吸收光谱(DRS)和光电流测试等手段对样品进行表征.在可见光照射下,以对氯苯酚(4-CP)为目标污染物,考察了m-In2O3-RGO光催化剂的催化性能.结果表明,m-In2O3-RGO光催化剂具有完整的晶型和规则的孔道结构,有利于光生电子和空穴的分离.同时,作为固态电子受体与传输体的RGO促进了光生电子-空穴对的传输和分离,有效提高了可见光催化性能.掺杂2%(质量分数)RGO的复合光催化剂性能最佳,4 h可将4-CP降解96%以上,催化剂经多次循环使用后,其光催化活性基本保持不变.     

Cu掺杂TiO2纳米管可见光催化矿化甲苯

采用低温水热法制备氢钛酸管, 通过吸附-煅烧法制备Cu掺杂TiO₂纳米管(Cu-TNT)催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、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)和电化学测试手段对样品进行表征, 并进行平面波赝势密度泛函理论(DFT)计算. 结果表明, 样品中Cu/Ti原子比接近理论值, Cu掺杂进入TiO₂晶格内部, 诱发催化剂可见光活性. 掺Cu后,Cu 3d轨道和O 2p轨道杂化形成价带顶, 价带负向偏移, 样品禁带宽度减小为2.50-2.91 eV, 具有可见光响应.以甲苯为模型污染物研究催化剂对挥发性有机化合物(VOCs)的催化去除和矿化效果. 未掺杂的TNT可见光催化活性较差; Cu掺杂量超过0.1%(Cu/Ti原子比)时, 样品催化活性也减弱; Cu掺杂量为0.1%的催化剂具有最佳可见光催化氧化能力, 7 h内甲苯的去除率达77%, 甲苯的矿化率达59%.     

Fe-CuS/还原氧化石墨烯(RGO)的制备及其光催化性能

以氯化铜(CuCl_2·2H_2O)、硫脲((NH2)2CS,Tu)、1,2-丙二醇(1,2-PG)、氯化铁(FeCl_3·6H_2O)及氧化石墨烯(GO)为原料,通过溶剂热法制备了具有可见光活性的Fe-CuS/RGO复合材料。采用XRD、SEM、TEM、Raman、XPS、TG、UV-Vis等手段对产品进行了表征,并以亚甲基蓝(MB)为目标降解物对其可见光催化活性进行了研究。光催化结果表明:在汞灯(150 W)下照射140 min,CuS、CuS/RGO和Fe-CuS/RGO对MB的脱色率分别为41.2%、81.5%和90.6%。Fe-CuS/RGO对MB的降解效率较CuS/RGO和CuS有较大提升,可能原因是Fe元素有利于电荷在CuS与RGO界面间传输,降低了光生电子-空穴对的复合几率,进而提高了光催化活性。     

BiOBr-OV/RGO复合物的制备及其光催化CO2还原性能

采用水热合成方法先制得四方相BiOBr纳米片与还原氧化石墨烯(RGO)相结合的二元复合物BiOBr/RGO,再经真空热处理获得富含氧空位(OV)的复合光催化剂BiOBr-OV/RGO。通过一系列分析测试方法对样品的结构、组成和光电性能进行了表征。BiOBr-OV/RGO表现出了最佳的模拟太阳光光催化CO₂还原活性,主要还原产物CO的生成速率达到15.67μmol·g^-1·h^-1,分别是纯BiOBr、BiOBr-OV和BiOBr/RGO的4.5倍、2.5倍和1.4倍,体现了OV和RGO协同增强的可见光吸收和促进光生载流子在空间上的分离作用,从而提高光催化反应活性。     

Cu网负载CeO2-TiO2微纳米复合材料（CeO2-TiO2）/Cu的水热制备与性能

以Cu网为载体,Ti(OBu)4和Ce(NO3)3·6H2O为原料,Na3PO4·12H2O为矿化剂,采用一步水热法制备了多种不同形貌的Cu网负载CeO2-TiO2微纳米复合材料(CeO2-TiO2)/Cu.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和紫外-可见漫反射分光光度计(UV-Vis DRS)对材料的形貌、结构及光吸收特性进行了表征,通过测试接触角表征了材料的浸润性.以20μmol/L亚甲基蓝(MB)溶液为目标降解物,测试了材料在可见光照射下的催化性能.结果表明,制备的TiO2为锐钛矿型,CeO2为方铈矿型;CeO2晶体比TiO2晶体更易负载于Cu网;改变制备过程中Ce(NO3)3·6H2O的用量、Na3PO4·12H2O浓度、水热反应时间及温度可实现(CeO2-TiO2)/Cu的形貌调控;(CeO2-TiO2)/Cu显示出超亲水性及可见光催化活性.     

还原氧化石墨烯/TiO2纳米复合物制备及其光催化性能

采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯-二氧化钛(RGO-P25)纳米复合物.通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)及紫外-可见漫反射谱(UVVisDRS)对复合材料的结构和光电性能进行了表征.在紫外光照和可见光照条件下,研究了不同复合比例的复合物的光催化降解甲基蓝(MB)的性能.结果表明:在水热过程中氧化石墨烯被还原,通过静电引力相互作用得到了具有较高缺陷的还原氧化石墨烯复合物.随着RGO含量的增加,复合物的禁带宽度由3.00 eV变到2.27eV,复合物的导电性增强.在可见光和紫外光光照条件下, 30 min内1%(w,质量分数)RGO-P25光催化降解甲基蓝的效率都超过了80%.紫外光照条件下, 1%RGO-P25纳米复合物催化降解N3染料, cis-Ru(H₂dcbpy)₂(NCS)₂ (H₂dcbpy = 4, 4'-二羧酸-2, 2'-联吡啶), 30 min内63%(摩尔分数)的染料被降解.与P25(75%锐钛矿, 25%金红石)相比,石墨烯的加入大大提高了光催化效率,有效抑制了电子-空穴对的复合.     

RGO/g-C3N4/MoS2复合材料的制备及其光催化性能

通过热解-水热两步法制备了石墨烯/石墨相氮化碳/二硫化钼(RGO/g-C_3N_4/MoS_2)复合材料并使用多种分析表征手段对RGO/g-C_3N_4/MoS_2的结构、形貌及光催化性能进行分析。结果表明,具有异质结构的g-C_3N_4/MoS_2与RGO复合后,通过良好的界面接触和电荷的快速转移,增强了其光生电子-空穴的分离。经可见光照射120 min后,RGO/g-C_3N_4/MoS_2复合材料可降解97%亚甲基蓝。此外,循环实验表明RGO/g-C_3N_4/MoS_2复合材料具有良好的稳定性,经5次循环仍能保持93.2%的光催化活性。     

可见光响应光催化剂Ag/AgCl@NH2-UiO-66的制备及其光催化性能

采用气相扩散-沉积-光还原法制备了可见光响应复合光催化剂Ag/AgCl@NH_2-UiO-66。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见漫反射光谱及X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂的结构进行了表征。结果表明Ag/AgCl@NH_2-UiO-66具有优良的光催化活性,可见光条件下(λ≥420nm)对20mg·L~(-1)罗丹明的降解效率14min即可达到98%。     

铜/石墨烯复合材料的制备及催化性能

采用水热法制备铜/石墨烯(Cu/RGO)复合材料,通过XRD、FTIR、SEM和TEM对材料的结构和形貌进行表征,并考察了复合材料在H_2O_2辅助作用下对次甲基蓝(MB)的催化作用。结果表明,该复合材料中石墨烯所负载的铜颗粒尺寸较小且分布均一,对MB的催化效果良好,0.18 g·L~(-1)复合催化剂在300 min内对MB的脱色效果可达90.7%,经过5次循环仍有88.0%以上。     

过渡金属离子掺杂Zn3(OH)2V2O7·2H2O的合成及其光催化性质

利用水热法合成了3d过渡金属离子掺杂Zn3(OH)2V2O7·2H2O的微米花结构,其分子式可表达为Zn3-3xM3x(OH)2V2O7·2H2O(其中M=Cu,Co,Ni,Mn;0.001≤x≤0.20)。应用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS、EDX和BET等分析测试技术对产物进行了表征。结构和形貌分析结果显示过渡金属离子掺杂后产物仍保持Zn3(OH)2V2O7·2H2O的六方晶体结构,微米花由主晶面为(0001)的纳米片组装而成。紫外-可见漫反射光谱显示过渡金属离子掺杂后带边吸收红移,其中以Cu的掺杂产物Zn3-3xCu3x(OH)2V2O7·2H2O最为明显,带边吸收扩展到可见光区。首次对Zn3(OH)2V2O7·2H2O及其不同金属离子掺杂产物Zn3-3xM3x(OH)2V2O7·2H2O进行了可见光催化降解有机污染物的研究,结果显示与其它产物相比掺0.1at%Cu的Zn2.997Cu0.003(OH)2V2O7·2H2O对亚甲基蓝(MB)的可见光催化降解效果最好。对掺杂离子种类、掺杂离子浓度对产物可见光催化性质的影响也进行了考察。     

Cr掺杂TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物的制备及光催化活性

以TiO_2纳米颗粒P25和氧化石墨烯(GO)为原料,Cr(NO_3)_3·9H_2O为Cr源,采用碱性水热法制备了Cr掺杂TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物(Cr-Ti O2 NWs/RGO).采用类似方法合成了TiO_2纳米线(Ti O2NWs)、Cr掺杂Ti O2纳米线(Cr-TiO_2NWs)和TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物(TiO_2 NWs/RGO)等其它样品.通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、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-VisDRS)等方法对样品进行了表征.测试了样品在可见光下对亚甲基蓝(MB)的降解活性,结果表明,Cr-TiO_2NWs/RGO在120 min内对MB的催化降解率为TiO_2NWs的2.2倍,催化降解速度为TiO_2NWs的5.8倍.     

Fe柱撑海泡石负载Cu催化剂：结构特点及其C3H6选择性催化还原NO催化性质

通过羟基铁离子柱撑将海泡石(Sep)改性成Fe柱撑海泡石(Fe-PILSEP),使用浸渍法(IM)将Cu负载在Fe-PILSEP上,制得不同铜含量的xCu/Fe-PILSEP催化剂。通过X射线衍射(XRD)、N2-吸附/脱附、H2-程序升温还原(TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等对样品进行表征,并测定其对丙烯选择性催化还原NO的催化活性。N2-吸附/脱附和TGA结果表明,Fe-PILSEP的比表面积和孔体积较海泡石原矿Sep极大地增加,热稳定性也明显优于Sep。XRD和XPS结果表明,在xCu/Fe-PILSEP催化剂上同时存在Fe3+/Fe2+和Cu2+/Cu+不同氧化态的氧化物,而且Fe与海泡石之间存在相互作用,Fe和Cu之间存在电子迁移。H2-TPR结果表明,xCu/Fe-PILSEP催化剂上存在不同聚集状态的氧化铜物种。xCu/Fe-PILSEP催化剂的丙烯选择性催化还原NO的催化活性明显优于Fe-PILSEP催化剂,这可能与Fe和Cu的氧化还原性有关。xCu/Fe-PILSEP的催化活性与Cu负载量相关,其中10Cu/Fe-PILSEP催化剂显示出最高的活性,这与其高的比表面积、孔体积和氧化还原性能,及其具有更多有利于HC-SCR反应的孤立Cu2+((Cu2+)i)物种有关。     

g-C3N4和Ni2P的复合及其光催化产氢性能研究

采用一步煅烧法使类石墨烯碳氮化合物(g-C_3N_4)和磷化镍(Ni_2P)复合并对其光催化产氢性能进行研究.利用X射线粉末衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外可见光谱对该复合催化剂的组成、形貌等进行了表征.研究了不同含量的Ni_2P以及不同牺牲剂对g-C_3N_4/Ni_2P光催化性能的影响.与单独的g-C_3N_4相比,该复合催化剂的光催化产氢速率提高了13倍,可以达到165μmol g~(-1)·h~(-1).利用光电化学和光致发光光谱等技术对该复合光催化剂的光催化产氢机理进行研究,结果表明Ni_2P在高效分离光生载流子方面起了关键作用,并且g-C_3N_4和Ni_2P的复合产生了协同效应加速了电子-空穴对的分离,提高了光催化产氢性能.     

Cu_3B_2O_6/CuB_2O_4单晶的制备及其可见光催化降解亚甲基蓝

以醋酸铜/硝酸铜和硼酸为原料,柠檬酸作发泡剂,采用溶胶-凝胶法制得了高纯度的单晶结构硼酸铜(Cu3B2O6/CuB2O4).利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、热重-差热分析(TGDTA)等对样品进行了表征,并考察了Cu3B2O6/CuB2O4在可见光(400 nmλ1100 nm)下对亚甲基蓝(MB)溶液的催化降解性能.结果表明,两种结构的硼酸铜都具有良好的光催化性能.当亚甲基蓝的初始浓度为50 mg·L-1,催化剂用量为1 g·L-1,光照6 h后,CuB2O4对亚甲基蓝的光催化降解率为63.36%,Cu3B2O6对亚甲基蓝的光催化降解率为99.52%.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)结果表明,Cu3B2O6的中间能态宽度为1.78 eV,小于CuB2O4的中间能态宽度(1.95 eV),且Cu3B2O6的禁带宽度较窄(Eg=2.34 eV),不仅可以发生价带顶与中间能态的电子跃迁,同时可以发生禁带间的电子跃迁,所以Cu3B2O6比CuB2O4具有更高的可见光催化性能.     

三维二硫化钼/还原氧化石墨烯气凝胶用作宏观可见光催化剂

近年来,光催化技术在解决环境污染和能源短缺方面展现出巨大潜力.二硫化钼(MoS2)作为一种二维层状光催化材料受到广泛关注.MoS2具有可调的带隙(1.2–1.9 eV)、低的成本和高的存储量,是一种可替代铂的理想助催化剂.然而,MoS2本身光催化活性较低.理论和实验已经证明,MoS2只有暴露的边缘具有催化活性,并且MoS2的光生电子-空穴对容易复合,导致其光催化效率低.增加暴露的活性边缘以及有效分离电子-空穴对是提高MoS2光催化活性的关键.而石墨烯气凝胶是一种理想的催化剂载体,其高比表面积和高空隙率可以有效提高催化剂利用率.同时,其高导电性可以促进光生电子-空穴对分离.因此,将MoS2负载到石墨烯气凝胶上制备宏观可回收光催化材料具有广阔的应用前景.然而,目前尚未见到有关MoS2/石墨烯气凝胶光催化产氢以及还原Cr(VI)的报道.本文以钼酸铵为钼源,硫脲为硫源和还原剂,同时加入氧化石墨烯及其还原剂氨水,通过一步水热法制备出二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS2/RGO)水凝胶.最后通过冷冻干燥得到MoS2/RGO气凝胶.经光催化测试发现其产氢达到38.9μmol/g,光还原Cr(VI)达到92%,明显高于MoS2粉体.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis-NIR)及红外光谱(FTIR)等手段研究了其光催化性能提高的原因.XRD测试显示,过量的NH4+离子插入到MoS2层与层之间增加了(002)面的晶面间距;SEM观察到在形成气凝胶后,MoS2从粉末的片状转变成花状,这是因为氧化石墨烯上的含氧官能团促进MoS2成核同时限制其生长导致的;TEM观察到MoS2上存在大量的脱节和扭曲,这是由于过量硫脲阻碍了MoS2晶体的取向生长而产生缺陷;XPS发现,除了形成MoS2之外,还形成了MoO2,同时大量的暴露边缘导致不饱和硫产生;FTIR表明MoS2与RGO之间通过氢键链接在一起;UV-Vis-NIR吸收光谱显示,MoS2/RGO气凝胶在可见光区具有很强的吸收,这是黑色的RGO以及光在花状结构的不断反射共同作用导致的.综合以上结果,我们提出了MoS2/RGO光催化性能增强的机理.首先,三维的气凝胶网状结构以及花状结构的MoS2所带来的高比表面积(599.7 m2/g)使得材料对H+和Cr(VI)吸附量增加;其次,黑色的RGO以及入射光在花状结构层片间的不断反射增加了MoS2/RGO气凝胶对可见光的吸收;最后,RGO本身的高导电性促进了光生电子-空穴有效分离,电子通过RGO快速转移到材料表面参与光催化反应.因此,将MoS2负载在RGO上可提高光催化效率.另外,低密度的MoS2/RGO气凝胶(56.1 mg/cm3)可以有效吸附有机溶剂且容易回收.综上所述,本文制备的MoS2/RGO气凝胶光催化材料在环境与能源方面表现出潜在的应用前景.     

Fe2O3含量对Cu-Fe/铝土矿水煤气变换催化剂结构和性能的影响

利用具有高比表面积和介孔结构的改性铝土矿为载体,采用并流共沉淀法制备不同Fe2O3含量的Cu-Fe/铝土矿催化剂。以水煤气变换反应为探针反应,考察了催化剂性能。利用X射线荧光元素分析(XRF)、X射线粉末衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO程序升温脱附(CO-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂进行了表征。结果表明:负载的Fe2O3能显著提高CuO/改性铝土矿催化剂的水煤气变换活性特别是热稳定性能,且随负载的Fe2O3含量增加而提高,当负载量为20%时达到最佳。其原因是负载的Fe2O3和CuO之间发生了相互作用,形成了类似于CuFe2O4复合氧化物,且随负载的Fe2O3含量的增加而增强,这种相互作用同时促进了CuO和Fe2O3的还原,抑制了CuO的烧结,进而提高了催化剂的性能。     

氰根桥联FeⅢ-CuⅡ一维配合物{[Fe(1-CH3im)(CN)4(μ-CN)Cu(cyclam)]·H2O}n的合成、结构及磁性研究

基于构筑单元K2[Fe(1-CH3im)(CN)5]和[Cu(cyclam)](ClO4)2,合成了一个氰根桥联FeⅢ-CuⅡ中性一维化合物{[Fe(1-CH3im)(CN)4(μ-CN)Cu(cyclam)]·H2O}n(1-CH3im=1-甲基咪唑;cyclam=1,4,8,11-四氮杂环十四烷)(1),并通过X-射线单晶分析表征其结构特征。结果表明:化合物(1)是由氰根桥联的杂金属组成的聚合物,其结构属于三斜晶系,P1空间群,a=0.832 56(17)nm,b=0.899 38(18)nm,c=0.998 3(2)nm,α=111.94(3)°,β=95.06(3)°,γ=116.90(3)°,V=0.587 7(2)nm3,Z=1,Dc=1.554 g·cm-3,μ=1.558 mm-1,F(000)=286,R1=0.051 9,wR2=0.135 3。磁性研究表明:配合物1中CuⅡ和低自旋的FeⅢ离子之间存在弱的铁磁耦合作用。     

扫帚状氧化铈制备及其对Pt基阳极催化剂催化性能的影响

采用水热合成法,合成了比表面积为175 m~2·g~(-1),孔径在2~4nm范围内的扫帚状CeO_2。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO_2/RGO催化剂,探究扫帚状CeO_2的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)对所制备的CeO_2及催化剂进行表征。利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明,催化剂中CeO_2保持原有扫帚状,Pt纳米粒子均匀分布于石墨烯载体表面;当m_(RGO)∶m_(CeO2)=1∶2时,添加了扫帚状CeO_2的Pt-CeO_2/RGO催化剂的电催化性能最优,电化学活性表面积为102.83 m~2·g~(-1),对乙醇氧化的峰值电流密度为757.17A·g~(-1),1 000 s的稳态电流密度为108.17 A·g~(-1),对乙醇催化氧化反应的电荷转移电阻最小,活化能最低。     

喷雾干燥法制备RGO/Cu复合粉体及其复合材料性能研究

以铜盐和氧化石墨烯(GO)为原料,采用喷雾干燥-煅烧-还原工艺获得了超细RGO/Cu复合粉体,X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果表明,复合粉体纯度高,粒径细小,RGO分散均匀。利用快速等离子体烧结工艺(SPS)和模压成型(MP)制备出不同含量RGO/Cu复合材料,对两种样品的微观结构、硬度和导电性能进行研究,结果显示,SPS工艺远优于MP成型烧结工艺,RGO含量为3wt%时,复合材料综合性能最佳。SPS工艺制备样品显微硬度(164.45HV)相比于同工艺下纯铜硬度值提高了32.36%,电导率达87.51%IACS。