Pt/TiO2光催化降解苯的磁场效应研究

采用连续流动微分反应体系考察了外加磁场对Pt/TiO₂光催化降解苯反应性能的影响, 发现一定强度的外加磁场可提高气相光催化降解苯的反应活性. 结合瞬态光电导法和原位傅立叶变换红外技术研究了外加磁场对光生载流子寿命和反应中间体分布的影响, 结果表明, 外加磁场不仅延长了光生载流子的寿命, 而且提高了某些中间体的转化率, 从而改善了光催化降解反应的活性.     

Pt/TiO2上苯和乙烯光催化氧化过程的磁场效应

以Pt/TiO₂为催化剂和365 nm紫外光为光源, 在低于0.2 T的磁场强度范围考察了磁场对苯和乙烯光催化氧化反应的影响. 实验发现, 当用紫外灯管作光源并靠近磁场磁极或者置于磁场磁极间隙内照射反应器时, 磁场可显著提高气相苯和乙烯的光催化转化率和矿化率; 而当光源远离磁场磁极而通过光导纤维传导照射到反应器上时, 磁场对这两个反应没有促进作用. 在前一种情况下, 紫外灯管的发光强度随磁场的增强而提高, 磁场对这两个光催化降解反应的促进作用被证实是由于磁场提高了紫外灯管的发光强度, 进而为反应提供了更多的光能和使反应温度升高所致；在后一种光照方式下, 由于光源不受磁场影响, 磁场对这两个光催化反应不产生影响. 这一研究结果表明, 在所研究磁场强度范围, 磁场对气-固相光催化反应没有任何本征影响.     

掺Sn的纳米TiO2表面光致电荷分离及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺Sn量的TiO₂纳米粒子, 主要利用表面光电压谱(SPS)和光致发光光谱(PL)对样品进行了表征, 并通过光催化降解苯酚实验来评估样品活性. 重点考察了热处理温度和掺Sn量对样品表面光生载流子的分离及光催化活性的影响, 并探讨了Sn使TiO₂纳米粒子改性的机制. 结果表明, 在适当温度处理下, 适量Sn的掺入能够有效促进TiO₂纳米粒子表面光生载流子的分离, 以至于使其光催化活性得到显著提高.     

异质型BiOI/NaBiO3光催化剂的合成及其光催化性能

根据表面化学蚀刻原理采用加热冷凝回流的方法制备了一系列组成的异质结构BiOI/NaBiO₃光催化剂.利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等技术对其晶相结构、微观形貌和光吸收性能进行了表征.光催化实验表明,BiOI/NaBiO₃在可见光下可以有效降解罗丹明B(RhB),当BiOI与NaBiO₃的物质的量分数为一定值时,异质结构的光催化剂明显优于单一组分的光催化活性.通过加入不同的牺牲剂及荧光实验结果推测了该异质结构材料的光催化机理,并且分析了其光生载流子的传输方向及光催化过程的活性物种.研究表明,BiOI/NaBiO₃的催化活性增强主要归结为两者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分离,同时光生空穴h⁺在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

TiO2光电化学电池催化氧化甲基红

以钛基TiO₂薄膜为光阳极，研究了光电化学电池中阳极光催化降解偶氮染料甲基红的动力学. 结果表明，短接光电化学电池分隔了光催化过程的阴、阳极反应，有利于抑制光生载流子的复合，提高光催化氧化速率. 相同实验条件下短路光电流越大，则甲基红降解速率越高. 在基底和TiO₂薄膜之间夹层SnO₂得到组装电极Ti/SnO₂/TiO₂，进一步提高了光生载流子的分离效率；同时采用电化学阻抗谱（EIS）评价了电极的光催化性能.     

MoO3-C3N4复合光催化剂的可见光下高效催化降解甲基橙

以钼酸铵和C₃N₄为前驱体,利用浸渍法成功制备了高性能MoO₃-C₃N₄复合光催化剂,利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外（FT-IR）、高分辨电镜（HRTEM）及N₂吸附-脱附曲线等测试手段对所得MoO₃-C₃N₄光催化剂进行了结构和形貌表征。以可见光下光催化降解甲基橙反应表征MoO₃-C₃N₄的光催化活性。实验结果表明,MoO₃-C₃N₄光催化剂具有非常好的光催化降解性能,且MoO₃含量对反应活性产生显著影响。当MoO₃含量为1.6%（w/w）时光催化活性最好,其速率常数达到C₃N₄的50倍。通过研究发现该复合催化剂的高活性来自于其Z型光生载流子传输过程,抑制了光生电子空穴对的复合并延长了引入MoO₃产生的载流子的寿命。     

钙钛矿氧化物H1.9K0.3La0.5Bi0.1Ta2O7和Pt/WO3组成的Z体系下完全光解水性能

以质子化层状钙钛矿氧化物H_1.9K_0.3La_0.5Bi_0.1Ta₂O₇ (HKLBT)作为产氢催化剂, Pt/WO₃作为产氧催化材料进行Z 型体系下完全分解水反应. 考察了不同载流子传递介质及不同载流子浓度对反应活性的影响. 结果表明, 以Fe²⁺/Fe³⁺为载流子传递介质时可以实现水的完全分解(H₂/O₂体积比为2:1), 8 mmol·L^-1的FeCl₃作为初始载流子传递介质时, 产氢、产氧活性分别为66.8和31.8 μmol·h^-1, 氢氧体积比为2.1:1. 受光催化材料对载流子传递介质氧化还原速度的限制, 过高的载流子传递介质浓度并不能提高光催化活性.     

TiO2/AC复合光催化剂对苯和丁醛的气相光催化降解机理

 利用溶胶-凝胶并水热处理法制备了TiO2光催化剂和TiO2/AC复合光催化剂,在静态光催化反应器中研究了苯和丁醛的气相吸附和光催化降解,利气相色谱分析确定了生成的中间体. 结果表明, TiO2/AC复合光催化剂比TiO2光催化剂具有较强的吸附能力和较高的光催化活性; 在TiO2和TiO2/AC上,苯(或丁醛)光催化降解产生相同的中间体,表明在两种催化剂上发生的光催化反应遵循相同的机理,进而讨论了其可能的光催化氧化途径.     

La和Cu掺杂对纳米TiO2光生电荷性质的影响及其与光催化活性的关系

采用溶胶-水热法制备了未掺杂的和分别掺杂1%(摩尔浓度)La的、Cu的及La和Cu共掺杂的纳米TiO₂, 并主要利用表面光电压谱(SPS)和光致发光光谱(PL)等技术考察了掺杂对纳米TiO₂表面光生电荷性质的影响, 也探讨了其性质与光催化活性的关系. 结果表明: La的掺杂能够抑制TiO₂相变, 同时其不仅促进TiO₂光生载流子分离, 而且丰富了束缚表面态. 但是Cu的掺杂却与La的作用相反. 这些解释了在光催化氧化降解罗丹明B过程中, La掺杂有利于TiO₂光催化活性的提高, 而Cu掺杂对光催化反应是不利的. 此外, La和Cu共掺杂并没有体现出协同效应.     

载有C60的TiO2纳米粒子光催化活性

以水溶性C₆₀和TiO₂粒子为前驱体,采用水热法制备了载有C₆₀的锐钛矿型TiO₂纳米粒子。应用X射线衍射、透射电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对产物进行了表征。以对-硝基苯酚为模型污染物研究了产物的光催化活性,结果表明适量负载C₆₀可以提高TiO₂纳米粒子的光催化活性,C₆₀起着传输电子、促进TiO₂光生载流子分离的作用,且经7次循环使用后对-硝基苯酚的降解效率仍能达到74%。讨论了载有C₆₀的TiO₂纳米粒子光催化降解对-硝基苯酚的机理。     

In situ FTIR Investigation of Magnetic Field Effect on Heterogeneous Photocatalytic Degradation of Benzene over Pt/TiO2

In situ FTIR spectroscopy was utilized to investigate the magnetic field effect on the heterogeneous photocatalytic degradation of benzene over platinized titania （Pt/TiO2）. The results revealed that the employment of magnetic field may not change the mechanism of photocatalytic degradation of benzene, however, it greatly facilitate the conversion of benzene to phenol and quinone, as well as the transformation from phenol to quinone, resulting in opening the benzene ring easily and promoting the production of CO2.     

瞬态光电导谱研究Pt的负载对TiO2光生载流子寿命的影响

采用瞬态光电导谱研究了TiO₂的光电导衰减曲线,通过计算机拟合得到光生载流子的寿命,并考察了Pt的负载量对TiO₂光生载流子有效寿命的影响.结果表明,增大Pt的负载量,可延缓光电导的衰减趋势,从而延长TiO₂光生载流子的有效寿命,有效地降低了光生载流子的复合率.     

铁电极化对层状Bi2MoO6光催化性能的增强

通过对铁电光催化剂Bi_2MoO_6和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构建的有机-无机复合膜材料施加电场极化,来探究铁电极化对Bi_2MoO_6光催化剂活性提升的影响。未极化的Bi_2MoO_6在光照40 min时降解罗丹明B(RhB)的效率为57.6%,在光照150min时对双酚A(BPA)的降解效率为33.4%。在15 V电压下极化1.5 h的Bi_2MoO_6材料在相同条件下降解罗丹明B和双酚A的效率分别达到98.1%和79.2%,光催化活性得到了较大的提升。光催化活性提升的原因归因于内部电场的增强。未极化的Bi_2MoO_6的内电场的铁电畴是无序、分布不均匀的,光生载流子非常容易发生体内复合。当外加电场极化Bi_2MoO_6时,Bi_2MoO_6的铁电畴趋于有序,极化方向趋于同一方向,表面一侧(C+区)产生正电荷,在另一侧(C-区)产生负电荷,从C-区指向C+区的极化电场推动光生电子和空穴分别迁移到C+和C-区域。这一过程促使光生电荷载流子快速从体内迁移至表面,提高和延长了光生载流子的分离效率和寿命,导致光催化活性的提升。     

Magnetic field effect on photocatalytic degradation of benzene over Pt/TiO2

The magnetic field effect on heterogeneous photocatalytic degradation of benzene over Pt/TiO2 has been observed for the first time. The coupling effect between magnetic field and photo field influences the conversion of benzene and production of CO2 in different modes.     

新型间接Z字结型g-C3N4/Bi2MoO6/Bi空心微球等离子共振增强光吸收和光催化性能（英文）

半导体光催化技术是目前最有前景的绿色化学技术,可通过利用太阳光降解污染物或制氢.作为有潜力的半导体催化剂,钼酸铋具有合适的带隙(2.58 eV).但是,由于低的量子产量,钼酸铋的光催化性能并不理想.为了提高钼酸铋的光催化性能,研究者多考虑采取构造异质结的方式.石墨相氮化碳(g-C3N4)能带位置合适,与多种光催化半导体能带匹配,是构造异质结的常用选择.因此,本文选用g-C3N4与钼酸铋复合,构造异质结结构.为了进一步提高光催化性能,多采用负载贵金属(Pt,Au和Pd)作为助催化剂,利用贵金属特有的等离子共振效应,增加光吸收,促进载流子分离,但贵金属价格昂贵.Bi金属单质价格便宜,具备等效的等离子共振效应,是理想的贵金属替代物.钼酸铋可以采取原位还原的方式还原出Bi单质,构造更紧密的界面结构,更有利于载流子传输.Bi的等离子共振效应可以有效提高材料的光吸收能力和光生载流子分离率.本文采用溶剂热和原位还原方法成功合成了一种新型三元异质结结构g-C3N4/Bi2MoO6/Bi(CN/BMO/Bi)空心微球.结果显示,三元异质结结构的最佳配比为0.4CN/BMO/9Bi,该样品表现出最好的光催化降解罗丹明B效率,是纯钼酸铋的9倍.通过计算DRS和XPS的价带数据,0.4CN/BMO/9Bi是一种Z字型异质结.牺牲试剂实验也提供了Z字型异质结的有力证据,测试显示超氧自由基·O^2-(在-0.33 eV)是光催化降解的主要基团.但是,钼酸铋的导带位置低于-0.33 eV,g-C3N4的导带高于-0.33 eV,因此g-C3N4的导带是唯一的反应位点,从而证明了光生载流子的转移是通过Z字型异质结结构实现的.TEM图显示金属Bi分散在钼酸铋表面.DRS和PL图分析表明金属Bi增加了材料的光吸收能力,同时扮演了中间介质的角色,促进钼酸铋导带的电子和g-C3N4价带的空穴快速复合.因此,g-C3N4/Bi2MoO6/Bi的优异光催化性能主要归功于Z字型异质结和Bi金属的等离子共振吸收效应,提高了材料的光吸收能力和光生载流子分离率.     

N掺杂TiO_2纳米粒子表面光生电荷特性与光催化活性

以尿素为氮源,采用水热法制备了不同N掺杂量的TiO2(N-TiO2)光催化剂.利用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),X射线光电子能谱(XPS)及荧光(PL)光谱等技术对其进行了系统的表征.以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液的脱色降解为模型反应,分别考察了N-TiO2光催化剂在紫外和可见光区的光催化活性.利用表面光伏(SPV)和瞬态光伏(TPV)技术研究了N-TiO2纳米粒子表面光生电荷的产生和传输机制,并探讨了光生电荷与光催化活性之间的关系.结果显示,随着N含量的增大,TiO2表面光伏响应阈值红移,可见光部分光电压响应强度逐渐增强,瞬态光伏响应达到最大值的时间亦有着不同程度的延迟.这表明适量的N掺杂能够提高TiO2纳米粒子中光生载流子的分离效率,相应地延长载流子的传输时间,增加光生电荷的寿命,从而促进其光催化活性;而过量的N掺杂则增加了TiO2纳米粒子中光生载流子的复合中心,抑制其光催化活性.     

ZnO/BiOI微球的合成及其光催化性能

通过一步溶剂热法合成ZnO/BiOI纳米复合材料,在Bi（NO₃）₃·6H₂O、KI、ZnO和乙二醇（EG）溶剂中,制备出的样品尺寸和形貌采用X射线粉末衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、紫外-可见漫反射光谱（DRS）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附等,对实验所得产物的组成、结构及光学性质等进行表征。以染料罗丹明B（RhB）水溶液和气态乙醛作为降解对象,采用BiOI、ZnO/BiOI和ZnO微纳材料作为光催化剂,通过对BiOI、ZnO/BiOI和ZnO微纳材料在可见光下光催化降解染料罗丹明B（RhB）水溶液和气态乙醛,结果表明多孔微纳材料的ZnO/BiOI具有更高的降解效率,实验表明多孔微纳材料的ZnO/BiOI具有更高的氧空位浓度,因此使其催化活性增强,讨论了其可能的催化活性机理。     

ZnO/BiOI微球的合成及其光催化性能

通过一步溶剂热法合成ZnO/BiOI纳米复合材料,在Bi（NO₃）₃·6H₂O、KI、ZnO和乙二醇（EG）溶剂中,制备出的样品尺寸和形貌采用X射线粉末衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、紫外-可见漫反射光谱（DRS）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附等,对实验所得产物的组成、结构及光学性质等进行表征。以染料罗丹明B（RhB）水溶液和气态乙醛作为降解对象,采用BiOI、ZnO/BiOI和ZnO微纳材料作为光催化剂,通过对BiOI、ZnO/BiOI和ZnO微纳材料在可见光下光催化降解染料罗丹明B（RhB）水溶液和气态乙醛,结果表明多孔微纳材料的ZnO/BiOI具有更高的降解效率,实验表明多孔微纳材料的ZnO/BiOI具有更高的氧空位浓度,因此使其催化活性增强,讨论了其可能的催化活性机理。     

二氧化钛多孔薄膜对含氯苯酚的电助光催化降解

用涂膜法制备了具有多孔微结构的二氧化钛薄电极,以制得的电极为工作电极,建立了三电极的电助光催化体系。选择含氟苯酚（４－氯苯酚,２,４,６－三氯苯酚）作为降解对象,进行光催化研究。实验结果表明,外加电极偏压可抑制光生电子－空穴的复合,提高二氧化钛的光催化效率;光强越强,降解速度越快。