p-n异质结BiPO4/Ag3PO4的制备及其增强的模拟太阳光活性

采用一步水热合成法制备了BiPO₄、Ag₃PO₄和BiPO₄/Ag₃PO₄复合光催化剂,通过X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）等表征手段对其组成结构、形貌及光吸收性质进行了表征,结果表明Ag₃PO₄呈块状结构,BiPO₄则分布在其表面,形成的BiPO₄/Ag₃PO₄复合光催化剂具有单斜相和立方晶相结构,带边吸收拓宽至571 nm。以甲基橙和加替沙星为目标污染物,考察了BiPO₄/Ag₃PO₄复合光催化剂在模拟太阳光照射下的降解矿化能力,结果表明复合催化剂比单一催化剂的降解矿化能力更强,稳定性更好。此外,自由基捕获实验表明空穴是该光催化过程中的主要活性物种,·O₂^-次之。p-n异质结的形成使BiPO₄/Ag₃PO₄复合光催化剂具有较强的电子空穴分离能力是光催化活性提高的主要原因,这与光电流和电化学阻抗谱测试结果相一致。基于以上结果,文中对BiPO₄/Ag₃PO₄光催化降解有机污染物的机理进行了推测。     

系列纳米结构锰氧化物的水热合成

以KMnO₄为锰源、抗坏血酸(AA)为还原剂,采用水热法制备系列纳米结构锰氧化物。通过调节反应物的物质的量的比、水溶液的pH值、反应温度和反应时间,制备出了不同纳米结构的锰氧化物,包括Mn₃O₄纳米粒子、MnOOH、α-MnO₂和β-MnO₂纳米棒。采用XRD和TEM测试技术对合成产物进行了表征,同时对其反应机理进行了探讨。     

Zn2GeO4纳米棒的制备及发光性质

采用水热合成法制备了纯菱形相的Zn₂GeO₄纳米棒,研究了水热制备前驱体溶液的pH值对材料尺寸及形貌的影响以及Zn₂GeO₄纳米棒的光学性质。扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明,随着前驱体溶液pH值的变化样品逐渐由微米级块状结构生长成为纳米颗粒,并且进一步形成纳米棒结构。纳米棒的尺寸由长200 nm变化到500 nm。室温光致发光（PL）光谱中观察到位于450和530 nm两个不同的发光峰,其分别源于Zn₂GeO₄的不同缺陷能级。     

介孔型铝酸镍纳米棒的制备及其催化氢化裂解甲苯性能

以NH₄HCO₃为造孔剂通过一步水热法成功合成了介孔型单晶NiAl₂O₄纳米棒, 并考察了不同反应条件对NiAl₂O₄形貌的影响. 实验结果表明反应时间、反应物浓度、NH₄HCO₃加入量对产物形貌具有关键作用. 用透射电子显微镜(TEM), 高分辨透射电子显微镜(HRTEM), 扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对NiAl₂O₄纳米棒的形貌、结构和组成进行表征, 并用氮气吸附-脱附法对其比表面积和孔径分布进行了研究. 以介孔型NiAl₂O₄纳米棒为催化剂, 在固定床反应器上对甲苯进行催化实验, 结果表明当水炭摩尔比为1.0、反应温度为700 ℃时, 400 min反应时间内甲苯平均转化率高达86.5%, 并具有较好的反应稳定性. 比较了直接沉淀法制备的纳米颗粒作为催化剂在甲苯氢化催化裂解中的催化性能. 结果表明水热法制备的棒状NiAl₂O₄催化剂比不用水热制备的催化剂催化活性要好. 初步探讨了介孔型NiAl₂O₄纳米棒的可能形成机理.     

纳米钒酸铋的微波快速合成及光催化性能研究

采用微波辅助加热法以NaVO₃溶液和Bi(NO₃)₃·5H₂O的硝酸溶液为反应物,在10～40 min内合成了纳米钒酸铋粉末。利用XRD、FTIR、TEM、UV-Vis等手段研究了反应时间对产物结构及形貌的影响。经测定反应10 min时,得到纯的四方相BiVO₄,随着反应时间的延长,逐渐出现单斜相的衍射峰,当反应40 min时,获得纯的单斜相BiVO₄。同时XRD和IR结果证明了相转变的过程。TEM分析表明不同的反应时间条件下样品呈现不同的形貌。不同反应时间下获得样品的光催化性能的结果表明,微波反应时间对BiVO₄结构的转变及光催化性能的改变起到了重要的作用。     

MnO2的晶相结构和表面性质对低温NH3-SCR反应的影响

采用水热法合成了两种具有相同形貌但是不同物相结构的MnO₂纳米棒, 分别为隧道状和层状结构, 考察其低温NH₃选择性催化还原NO_x (NH₃-SCR)的性能. 结果表明MnO₂纳米棒的比表面积不是影响活性的主要因素, 催化剂的晶相结构和表面性质对催化活性有很大影响, 隧道状α-MnO₂纳米棒的低温NH₃-SCR活性明显高于层状δ-MnO₂纳米棒. 结构分析和NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)实验表明, α-MnO₂纳米棒的暴露晶面(110)面存在大量的配位不饱和Mn离子, 形成较多的Lewis 酸性位点, 而且α-MnO₂较弱的Mn―O键和隧道结构都有利于NH₃的吸附; 而δ-MnO₂纳米棒的暴露晶面(001)面上的Mn离子已达到配位饱和, 所以其表面Lewis 酸性位点较少. X射线光电子能谱(XPS)和热重(TG)分析表明α-MnO₂纳米棒的表面更有利于NH₃和NO_x的活化. 具有有利于吸附NH₃和活化NH₃和NO_x的表面性质和晶型结构, 是α-MnO₂纳米棒活性高的主要原因.     

纺锤形介孔纳米二氧化锰的控制合成

在KMnO₄和葡萄糖水溶液体系中, 用一步水热法控制合成了介孔MnCO₃纳米纺锤体, 通过焙烧MnCO₃前驱体可以得到介孔纳米MnO₂, 且保持了原有的纺锤体形貌. 用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N₂吸附-脱附(BET)对制备的样品进行了形貌和结构的表征. 并对反应时间、反应物浓度等对产物形貌的影响进行了研究. 实验结果表明, 反应时间和葡萄糖的浓度对MnCO₃前驱体的尺寸和形貌具有重要影响, MnCO₃纵横比可从1.35:1到2.89:1之间改变. 并初步探讨了介孔MnO₂纺锤体的生长机制, MnO₂ 孔的形成是由于焙烧葡萄糖降解形成的纳米碳颗粒所致.     

In2O3敏化ZnO纳米棒阵列的性能及其光电催化活性

以掺氟SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用水热法制备了ZnO纳米棒阵列. 通过In(NO₃)₃水溶液水洗的方法, 合成了In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列光催化剂. 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM), X射线能谱(EDX), X射线衍射(XRD)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品的形貌、结构、组成、晶相等进行一系列的表征. 以罗丹明B (RhB)为目标降解物, 探究了In₂O₃敏化ZnO 纳米棒阵列光电催化活性. 采用场诱导表面光伏技术(FISPV)研究了不同含量的In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列在光照射下的光生电荷行为. 结合电化学工作站检测不同样品的光电流, 随着In₂O₃敏化量的改变, 光电流和开路电压也随之改变. 并探讨了In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列光生电荷行为与光电催化活性之间的关系. 结果表明, 适量In₂O₃敏化的ZnO光催化剂在可见光下2 h内对罗丹明B的降解效率达到95%, 是单纯ZnO纳米棒阵列的2.4倍.     

高质量NaNdF4六方棱柱纳米棒的水热形貌控制合成及发光性质

采用水热法在温和的条件下合成了具有规则外形的六方棱柱状NaNdF₄纳米棒。X射线衍射（XRD）分析表明：产物为纯六方相NaNdF₄,场发射扫描电镜（SEM）分析表明产物形貌为棱柱状纳米棒,长约为550nm,棒的端部呈规则六边形,边长约为85nm。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和选区电子衍射（SD）显示所得样品为良好的单晶。NaNdF₄晶体的生长动力学过程表明：螯合剂（EDTA-Na₂）与稀土金属离子间的螯合作用受pH值影响,导致成核速度变化,进而影响NaNdF₄纳米晶的最终尺寸和形貌。室温下的NaNdF₄纳米棒的发光峰位于红外光范围（λ=892,1058,和1342nm）,其最强发射峰位于1058nm,对应于Nd³⁺的⁴F_3/2→⁴I_11/2f-f跃迁。     

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。     

Solvothermal synthesis and photoluminescence properties of BiPO4 nano-cocoons and nanorods with different phases

Hexagonal phase BiPO₄ nano-cocoons and monoclinic phase BiPO₄ nanorods have been synthesized in the mixed solvents of glycerol and distilled water with the volume ratio of 2:1 at 200 °C. The solvothermal evolution process from hexagonal phase BiPO₄ nano-cocoons to monoclinic phase BiPO₄ nanorods was observed by varying the reaction time from 1 to 3 h. In the hydrothermal condition at 160 °C, the similar phase transformation from hexagonal phase BiPO₄ to monoclinic phase BiPO₄ was also observed, accompanying with a morphology transformation from nanorods to octahedron-like microcrystals. It was found that the volume ratio of glycerol to water in the solvothermal condition had a great impact on the shapes of products, while it had no influence on the formation of different phases. The fluorescence spectra of hexagonal phase BiPO₄ nano-cocoons and monoclinic phase BiPO₄ nanorods were also studied.     

p-n异质结BiPO_4/Ag_3PO_4的制备及其增强的模拟太阳光活性

采用一步水热合成法制备了BiPO_4、Ag_3PO_4和BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等表征手段对其组成结构、形貌及光吸收性质进行了表征,结果表明Ag_3PO_4呈块状结构,BiPO_4则分布在其表面,形成的BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂具有单斜相和立方晶相结构,带边吸收拓宽至571 nm。以甲基橙和加替沙星为目标污染物,考察了BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂在模拟太阳光照射下的降解矿化能力,结果表明复合催化剂比单一催化剂的降解矿化能力更强,稳定性更好。此外,自由基捕获实验表明空穴是该光催化过程中的主要活性物种,·O2-次之。p-n异质结的形成使BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂具有较强的电子空穴分离能力是光催化活性提高的主要原因,这与光电流和电化学阻抗谱测试结果相一致。基于以上结果,文中对BiPO_4/Ag_3PO_4光催化降解有机污染物的机理进行了推测。     

磷酸铋纳米棒的可控合成及其光催化性能

采用水热法合成了形貌可控的磷酸铋纳米棒光催化剂,并以亚甲基蓝(MB)为探针研究了其光催化活性.利用粉末X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)对产物进行了表征.研究发现甘油含量、水热时间、水热温度及前驱体浓度会影响磷酸铋纳米棒的形貌及结构.甘油含量和前驱体浓度主要影响产物形貌.随着甘油含量的增加,产物的长径比先增大后减小.前驱体浓度越低,所得BiPO4纳米棒的尺寸越小,长径比越大.水热时间短时,产物结晶度差,且为六方相,时间延长后转化为单斜相.水热温度过低或过高均不利于完美晶体的形成,160°C时产物的结晶度最高.实验结果表明:BiPO4纳米棒在紫外光下具有良好的光催化性能,其光催化活性受长径比和尺寸大小影响的总体趋势是长径比越大,尺寸越小,其光催化活性越强.结晶度对BiPO4的光催化性能影响较大,结晶度越高,其光催化活性越好.单斜相BiPO4的光催化活性较六方相的强.     

(Ba, Sr)TiO3纳米棒的反相微乳法制备与表征

在氢氧化钡和氢氧化锶水溶液/Triton X-100/环己烷/正己醇四元W/O型反相微乳液中制备了钛酸锶钡纳米棒, 研究了ω₀值(水与表面活性剂Triton X-100的物质的量之比)、反应物浓度、陈化时间对产品形貌和尺寸的影响, 用TEM, SAED, SEM, EDS和XRD等技术对产品进行了表征. 结果表明, 所得Ba_0.7Sr_0.3TiO₃纳米棒长约500～1200 nm、直径约为50～120 nm; 具有立方相单晶结构. 产品中钡、锶、钛的物质的量之比约为0.7∶0.3∶1.     

反应条件对乳液法自组装合成氧化锰纳米粒子结构、形貌和尺寸的影响

通过改变反应物物质的量比、分散相与连续相体积比、反应体系温度和煅烧后处理温度,研究了反应条件对乳液法自组装合成氧化锰纳米粒子结构、形貌和尺寸的影响.结果表明:当高锰酸钾与油酸物质的量比在1∶5～1∶1之间时,形成蜂窝状纳米粒子和空心纳米粒子;当分散相(油酸)与连续相(水)的体积比为4∶200时,形成良好的空心球纳米结构;反应体系温度升高不利于产物的洗涤;不同温度的煅烧后处理不仅影响氧化锰纳米粒子的形貌,而且影响其结晶度和晶型.     

Preparation of a p-n heterojunction 2D BiOI nanosheet/1DBiPO4 nanorod composite electrode for enhanced visible light photoelectrocatalysis

In this study, a 2D BiOI nanosheet/1D BiPO₄ nanorod/fluorine-doped tin oxide (FTO) composite electrode with a p-n heterojunction structure was prepared by a two-step electrodeposition method. Field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, UV-visible diffuse reflectance spectroscopy, and electrochemical testing were used to characterize its composition, crystal morphology, and optical properties. The BiOI/BiPO₄/FTO composite electrode has higher photoelectrocatalytic (PEC) activity for the degradation of tetracycline than pure BiPO₄ and BiOI. The PEC activity of the composite was 1.98 times and 2.46 times higher than those of the BiOI/FTO and BiPO₄/FTO electrodes, respectively. The effects of the working voltage and BiOI deposition time on the degradation of tetracycline were investigated. The optimum BiOI deposition time was found to be 150 s and the optimum working voltage is 1.2 V. Trapping experiments showed that hydroxyl radicals (?OH) and superoxide radicals (?O₂^?) are the major reactive species in the PEC degradation process. The BiOI/BiPO₄/FTO composite electrode has good stability, and the tetracycline removal efficiency remains substantially unchanged after four cycles in a static system. The reason for the PEC efficiency enhancement in the BiOI/BiPO₄/FTO composite electrode is the increased visible light absorption range and the p-n heterojunction structure, which promotes the separation and migration of the photogenerated electrons and holes.     

沉淀法制备不同形貌和结构的纳米BiVO4

采用液相沉淀法，通过选择不同起始原料并控制反应温度和pH值，制备得到不同形貌和结构的纳米BiVO₄。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)技术对产物进行分析表征。结果表明，采用NH₄VO₃作V源，室温下可直接制备得到结晶好的四方晶系硅酸锆型BiVO₄球形纳米颗粒，提高反应液pH值或升高温度，可得到单斜晶系白钨矿型BiVO₄，采用NaVO₃作为V源，室温下可直接得到单斜晶系白钨矿型片状BiVO₄。加入不同类型表面活性剂则得到不同形貌的BiVO₄。     

Thermodynamic Model for BiPO4(cr) and Bi(OH)3(am) Solubility in the Aqueous Na+–H+–\mathrm{H}_{2}\mathrm{PO}_{4}^{-}–\mathrm{HPO}_{4}^{2-}–\mathrm{PO}_{4}^{3-}–OH−–Cl−–H2O System

Prior to this study no data for the solubility product of BiPO₄(cr) or the complexation constants of Bi with phosphate were available. The solubility of BiPO₄(cr) was studied at 23±2?°C from both the over- and under-saturation directions as functions of a wide range in time (6–309 days), pH values (0–15), and phosphate concentrations (reaching as high as 1.0 mol?kg^?1). HCl or NaOH were used to obtain a range in pH values. Steady state concentrations and equilibrium were reached in <6 days. The data were interpreted using the SIT model. These extensive data provided a solubility product value for BiPO₄(cr) and an upper limit value for the formation of BiPO₄(aq). Because the aqueous system in this study involved relatively high concentrations of chloride, reliable values for the complexation constants of Bi with chloride were required to accurately interpret the solubility data. Therefore as a part of this investigation, existing Bi–Cl data were critically reviewed and used to obtain values of equilibrium constants for various Bi–Cl complexes at zero ionic strength along with the values for various SIT ion interaction parameters. Predictions based on these thermodynamic quantities agreed closely with our experimental data, the chloride concentrations of which ranged as high as 0.7 mol?kg^?1. The study showed that BiPO₄(cr) is stable at pH values <9.0. At pH values >9.0, Bi(OH)₃(am) is the solubility controlling phase. Reliable values for the Bi(OH)₃(am) solubility reactions involving Bi(OH)₃(aq) and $\mathrm{Bi}(\mathrm{OH})_{4}^{-}$ and the formation constants of these aqueous species are also reported.