钒酸铋/磷钨酸复合催化剂的合成及光催化性能研究

通过水热法合成钒酸铋,通过浸渍法将磷钨酸和钒酸铋进行复合,通过改变钒酸铋在磷钨酸里的掺杂比例得到不同复合比例的钒酸铋/磷钨酸复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和X-射线粉末衍射(PXRD)等现代分析表征技术对其结构进行表征。以亚甲基蓝溶液模拟染料废液,考察复合催化剂对染料光催化降解率的影响。研究结果表明,在可见光催化条件下,当钒酸铋与磷钨酸的复合比例为0.20∶1时,复合材料对亚甲基蓝的光催化能力最好。     

二氧化锰/钒酸铋复合光催化剂的制备及性能

采用液相沉淀法制备了不同锰含量的二氧化锰(MnO_2)/钒酸铋(BiVO_4)复合光催化剂,利用XRD、SEM、XPS等对催化剂进行了表征。通过对罗丹明B的降解,研究了不同锰含量的光催化剂在太阳光下的光催化降解性能,并考察了催化剂用量对光降解率的影响。结果表明,制备出的不同Mn含量的BiVO_4光催化剂均为单斜晶型结构,且Mn元素是以MnO_2的形式存在,说明Mn元素的引入没有改变BiVO_4的晶型和结构。其中Mn含量为1.67%的BiVO_4样品具有最高的光催化活性,光催化反应90 min对罗丹明B溶液的降解率可达到26.39%,比纯BiVO_4样品的降解率(14.06%)提高了近一倍,其催化性能提高的原因可能是由于一定量MnO_2的存在使催化剂中光生电子-空穴的高效分离造成的。同时发现当MnO_2的含量过高,由于形貌分布不均,会变成光生电子和空穴的复合中心,致使催化剂的活性降低。不同用量的同种催化剂光降解实验结果表明:对罗丹明B的光降解率随催化剂用量的增加而增大,但超过一定用量后,光降解率增加速度变缓。     

具有多级孔MCM-41/Y复合分子筛的合成及表征

采用晶种法和纳米组装法合成了MCM-41/Y复合分子筛,通过粉末XRD、SEM、TEM和BET等手段对其物性进行表征,结果显示:采用晶种法合成的形貌以包埋型为主,采用纳米组装法合成的材料为附晶生长和自组装型.二者均具有微、介孔多级孔道结构,比表面积达到665.1和849.3 m2·g-1,总孔容分别为0.6438和0.6529 cm3·g-1,相对于单一Y分子筛明显增大.纳米组装法合成样品的比表面积增大更为显著,这是由于两种合成体系粒子表面电荷和集聚方式不同.     

煅烧温度对花朵状钨酸铋光催化活性的影响

钨酸铋在水相体系中能光催化降解有机污染物,而对于钨酸铋光催化活性影响因素的研究非常少.本文研究了煅烧温度对花朵状钨酸铋光催化活性的影响.以钨酸钠和硝酸铋为原料,在160°C下水热反应20 h,合成催化剂,并经不同温度煅烧3 h.用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UVVis DRS)和荧光(PL)光谱表征样品.结果表明,这些样品具有十分相似的相组成和电子结构.然而,对于水中苯酚的降解,钨酸铋的光催化活性显示出了很大的差异.钨酸铋的光催化活性随着煅烧温度的升高,先上升后下降,最优煅烧温度为350°C,并且不受样品比表面积大小的影响.这些样品的活性差异主要归结于钨酸铋的结晶度、吸光性和表面缺陷对其光生载流子分离效率的综合影响.     

煅烧温度对花朵状钨酸铋光催化活性的影响（英文）

钨酸铋在水相体系中能光催化降解有机污染物,而对于钨酸铋光催化活性影响因素的研究非常少.本文研究了煅烧温度对花朵状钨酸铋光催化活性的影响.以钨酸钠和硝酸铋为原料,在160°C下水热反应20 h,合成催化剂,并经不同温度煅烧3 h.用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UVVis DRS)和荧光(PL)光谱表征样品.结果表明,这些样品具有十分相似的相组成和电子结构.然而,对于水中苯酚的降解,钨酸铋的光催化活性显示出了很大的差异.钨酸铋的光催化活性随着煅烧温度的升高,先上升后下降,最优煅烧温度为350°C,并且不受样品比表面积大小的影响.这些样品的活性差异主要归结于钨酸铋的结晶度、吸光性和表面缺陷对其光生载流子分离效率的综合影响.     

形貌可控ZnO微纳米结构的水热合成及光催化性能

以乙醇胺为辅助溶剂,采用水热合成法,制备了花状、梭状和剑状的ZnO微纳米结构。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)和拉曼光谱等测试手段对样品的形貌、结构、晶相等进行了表征。结果表明所有样品均为六方纤锌矿结构ZnO;其形貌和结晶度可通过改变物质的量的配比nZn2+/nOH-来调控。探讨了反应物配比对产物形貌结构的影响,乙醇胺对不同形貌ZnO的制备起到至关重要作用。以亚甲基蓝为目标降解物,采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)并结合低温氮吸附-脱附比表面测试(BET),研究了花状、梭状和剑状ZnO的光催化活性。结果表明,与商用ZnO相比,制备的ZnO具有更好的光催化活性;样品催化活性与其比表面积不成正比,具有最小比表面积的花状ZnO拥有最好的光催化活性,这可能是由于其低的结晶度和特殊的花状形貌所致。     

自生长燃烧法合成纳米铁酸钇固溶体光催化剂

以硝酸铁和硝酸钇作为前驱体,甘氨酸为燃料用自生长燃烧法合成了可见光光催化剂YFeO₃及其固溶体。样品通过X射线粉末衍射(XRD)、N₂吸附、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征了其晶相结构、BET比表面积和形貌。结果表明掺杂一定量的金属能有效地提高自生长燃烧法合成的YFeO₃的纯度,所合成的样品晶粒大小约为55 nm。与YFeO₃相比其固溶体吸收边红移。光催化降解亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)结果表明YFeO₃及其固溶体均具有活性,Bi修饰的YFeO₃表现出最高的光催化活性,而且对于不同染料的降解程度不同。     

高结晶氮化碳空心球的制备及其增强光催化产氢活性（英文）

石墨烯型氮化碳(g-C_3N_4)已经成为解决环境污染和能源危机问题的较为理想的光催化剂,但由于其较低的比表面积和较高的光生载流子重组效率而表现出较弱的光催化活性.因此,研究者们已经提出了许多策略,例如纳米结构设计,杂原子掺杂和增加结晶度,用来克服氮化碳的这些缺点,从而提高其光催化性能.其中,引起了较多关注的是增加g-C_3N_4的结晶度,因为晶化g-C_3N_4(CCN)的内层堆积密度高,外层结构缺陷少,可以提供更快的光生载流子迁移效率,从而增加参与光催化反应的光生电子和空穴.即便如此,通过常规方法制备的晶化g-C_3N_4依然显示出不规则的形貌和较低的比表面积.基于此,本文以氰尿酸-三聚氰胺(CM)超分子自组装混合物作为前驱体,通过熔盐法成功地制备了高结晶度的g-C_3N_4空心球(CCNHS).采用XRD、FTIR、~(13)C固相CP-MAS NMR、XPS和时间分辨PL谱对CCNHS样品的基本性质进行了表征,并通过SEM、HRTEM、氮吸附-脱附和紫外-可见DRS光谱对CCNHS样品的形貌结构进行了表征.结果表明, CCNHS样品呈现出由纳米棒组成的非常规则的空心球结构,因而表现出比传统CCN样品更大的比表面积以及更强的光利用效率.CCNHS样品XRD谱出现晶化氮化碳的特征峰;其HRTEM照片出现了对应晶化氮化碳的0.33 nm晶格条纹;FFT衍射斑点的出现以及光吸收能力的增强进一步证明了CCNHS样品结晶度的提高.XPS谱元素分析以及EPR谱结果表明, CCNHS样品中还存在有利于提高光生电子转移的氮空位.光电流、阻抗谱以及与三嗪晶化氮化碳的对比结果证明, CCNHS样品中存在内在电场.同时,采用具有一定毒性的双酚A增塑剂替代了从粮食中提取出来的传统醇类牺牲剂,既保证了对有毒污染物的降解,也减少了粮食的浪费.即使以难降解的双酚A作为牺牲剂, CCNHS样品在降解双酚A(降解率为21%)的同时,依然表现出较好的光催化产氢活性(151.2μmol·h~(-1)·g~(-1)).本文为超分子自组装的结构优化以及晶化氮化碳的改善提供了新视角.     

共沉淀法制备氧化硅改性的纳米二氧化钛及其性质

采用共沉淀法合成了氧化硅改性的具有高比表面积的纳米二氧化钛.氧化硅的添加提高了二氧化钛纳米颗粒的热稳定性能,有效地抑制了纳米二氧化钛的颗粒增长、团聚和锐钛向金红石的晶型转换.光催化降解亚甲基蓝证明,样品具有较高的光催化活性,而且随着氧化硅添加量的增加,光催化活性提高.     

高结晶氮化碳空心球的制备及其增强光催化产氢活性

石墨烯型氮化碳(g-C₃N₄)已经成为解决环境污染和能源危机问题的较为理想的光催化剂,但由于其较低的比表面积和较高的光生载流子重组效率而表现出较弱的光催化活性.因此,研究者们已经提出了许多策略,例如纳米结构设计,杂原子掺杂和增加结晶度,用来克服氮化碳的这些缺点,从而提高其光催化性能.其中,引起了较多关注的是增加g-C₃N₄的结晶度,因为晶化g-C₃N₄(CCN)的内层堆积密度高,外层结构缺陷少,可以提供更快的光生载流子迁移效率,从而增加参与光催化反应的光生电子和空穴.即便如此,通过常规方法制备的晶化g-C₃N₄依然显示出不规则的形貌和较低的比表面积.基于此,本文以氰尿酸-三聚氰胺(CM)超分子自组装混合物作为前驱体,通过熔盐法成功地制备了高结晶度的g-C₃N₄空心球(CCNHS).采用XRD、FTIR、13C固相CP-MAS NMR、XPS和时间分辨PL谱对CCNHS样品的基本性质进行了表征,并通过SEM、HRTEM、氮吸附-脱附和紫外-可见DRS光谱对CCNHS样品的形貌结构进行了表征.结果表明,CCNHS样品呈现出由纳米棒组成的非常规则的空心球结构,因而表现出比传统CCN样品更大的比表面积以及更强的光利用效率.CCNHS样品XRD谱出现晶化氮化碳的特征峰;其HRTEM照片出现了对应晶化氮化碳的0.33 nm晶格条纹;FFT衍射斑点的出现以及光吸收能力的增强进一步证明了CCNHS样品结晶度的提高.XPS谱元素分析以及EPR谱结果表明,CCNHS样品中还存在有利于提高光生电子转移的氮空位.光电流、阻抗谱以及与三嗪晶化氮化碳的对比结果证明,CCNHS样品中存在内在电场.同时,采用具有一定毒性的双酚A增塑剂替代了从粮食中提取出来的传统醇类牺牲剂,既保证了对有毒污染物的降解,也减少了粮食的浪费.即使以难降解的双酚A作为牺牲剂,CCNHS样品在降解双酚A(降解率为21%)的同时,依然表现出较好的光催化产氢活性(151.2μmol·h^?1·g^?1).本文为超分子自组装的结构优化以及晶化氮化碳的改善提供了新视角.     

Bi_2MoO_6/BiVO_4异质结的水热合成和可见光催化活性(英文)

采用一步水热法制备Bi2MoO6/BiVO4复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段对其晶体结构和微观结构进行了表征.结果表明,Bi2MoO6纳米粒子沉积在BiVO4纳米片表面从而形成异质结结构.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明所制备的Bi2MoO6/BiVO4异质结较纯相Bi2MoO6和BiVO4对可见光吸收更强.由于形成异质结结构及其光吸收性能使Bi2MoO6/BiVO4光催化活性有较大提高.可见光下(λ420 nm)光催化降解罗丹明B(RhB)实验结果表明,Bi2MoO6/BiVO4光催化活性较纯相Bi2MoO6和BiVO4高.Bi2MoO6/BiVO4样品光催化性能提高的原因是Bi2MoO6和BiVO4形成异质结,从而有效抑制光生电子-空穴对的复合,增大了可见光吸收范围及比表面积.     

BiVO_4/MOF复合材料的合成及其光催化性能

通过简单溶剂热法制备了一种新型复合光催化剂BiVO_4/M IL-53(Fe);运用XRD、SEM/EDS、FT-IR、N_2吸附-脱附和UV-vis DRS等手段对其进行表征,并对其光催化降解RhB活性进行了研究,提出了相应的光催化降解RhB的可能机理。结果表明,相较于单一BiVO_4材料,复合催化剂的比表面积增大,且其光催化效率相较于纯BiVO_4和MIL-53(Fe)也有了较大的提高;其中,BF-2复合材料的光催化活性最高,分别约为纯MIL-53 (Fe)和BiVO_4的5. 2倍和8. 1倍。同时,BiVO_4/MIL-53(Fe)复合光催化剂经过四次循环实验后,仍能保持较稳定的光催化活性和结构。     

pH调控水热法合成BiVO_(4)及其可见光催化降解甲基橙

以硝酸铋为铋源,偏钒酸铵为钒源,醋酸钠调节pH值,采用水热法合成光催化剂BiVO_(4),采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对产物进行结构和形貌分析.在可见光条件下,考察BiVO_(4)对甲基橙(MO)的光催化性能.结果表明,在pH值为6.0的条件下合成的BiVO_(4)具有较优的光催化性能,可见光条件下催化反应5 h后,MO的降解率达到98.4%,并且在循环反应5次后对MO的降解率仍在95%以上.因BiVO_(4)良好的光催化活性和稳定性,在废水处理领域有非常广阔的应用前景.     

g-C3N4/BiVO4复合催化剂的制备及应用于光催化还原CO2的性能

用简单的超声分散法合成了具有可见光响应的类石墨氮化碳(g-C₃N₄)/BiVO₄复合光催化剂. 采用X射线衍射(XRD), 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), 紫外-可见(UV-Vis)分光光谱, 傅里叶红外变换(FTIR)光谱, 荧光发射谱(PL)和光电流响应等技术对所制备催化剂进行相关表征. 通过可见光下(λ> 420 nm)光催化还原CO₂的性能来评价样品的光催化活性, 发现不同复合比的催化剂中, 含40% (w) g-C₃N₄的复合催化剂表现出最高的光催化活性, 其催化活性分别为纯g-C₃N₄纳米片和纯BiVO₄的催化活性的2倍和4倍.光催化活性增加的主要原因是g-C₃N₄和BiVO₄之间形成了异质结, 且相互间能级匹配, 有利于光生电子和空穴的分离.     

Ag_3PO_4/BiVO_4复合光催化剂的制备及可见光催化降解染料(英文)

结合回流法和原位沉淀法成功制备磷酸银/矾酸铋(Ag3PO4/BiVO4)复合光催化剂.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及光致发光(PL)光谱对制备样品进行表征.XRD和FESEM结果表明成功制备Ag3PO4/BiVO4复合光催化剂.采用节能发光二极管灯(LED)作为可见光光源,在低消耗光催化系统中评价制备样品可见光催化降解染料的活性.当Ag3PO4和BiVO4的组成摩尔比为1:3时,复合Ag3PO4/BiVO4光催化剂呈现出高于纯相Ag3PO4的催化活性,可减少Ag3PO4的使用量.Ag3PO4/BiVO4复合光催化剂在中性溶液中表现出高活性,同时证实其对阳离子染料的光催化降解效果强于阴离子染料.在Ag3PO4/BiVO4系统中,超氧自由基和空穴是主要的活性物种.经过三次循环利用,Ag3PO4/BiVO4复合催化剂的可见光催化活性表现出不同程度的降低,归因于降解过程中产生金属银.     

BiVO_4/SBA-15催化剂的制备及其光催化氧化脱硫性能

采用水热后合成法制备了BiVO_4/SBA-15催化剂,利用XRD、SEM-EDS和N2吸附-脱附等手段对其进行表征分析,并在自制的光催化反应装置中对其静态光催化氧化脱硫性能进行了研究。结果表明,BiVO_4/SBA-15催化剂具有SBA-15分子筛的介孔孔道结构,BiVO_4均匀分布在SBA-15分子筛表面。BiVO_4/SBA-15催化剂具有良好的催化氧化脱硫性能,在BiVO_4负载量为15%、水热合成时间为18 h、530℃下焙烧3 h制备的BiVO_4/SBA-15催化剂,对模拟柴油的脱硫率可达95.6%。     

Synthesis of nanosized TiO2 particles in reverse micelle systems and their photocatalytic activity for degradation of toluene in gas phase

Nanosized pure TiO₂ particles with high crystallinity and large surface area were prepared by hydrolysis of tetrabutyl titanate in water/Triton X-100/isooctane reverse micelle solutions as reaction media followed by hydrothermal treatment to improve crystallinity. The prepared TiO₂ nanoparticles were characterized by XRD, BET, TGA, FT-IR and TEM. The size of ultrafine particles was controlled by changing the water content of the reverse micelle solution. The TiO₂ particles showed monodispersity, large surface area and high degrees of crystallinity and thermostability. The photocatalytic activity of the TiO₂ particles was evaluated by decomposition of toluene in the gas phase. The activity of the TiO₂ nanoparticles was higher than that of commercially available anatase fine particles, such as ST-01, which is one of the most active photocatalysts for degradation of organic compounds in the gas phase.     

CuO/BiVO4光催化剂的制备及光催化CO2还原性能

基于类十面体钒酸铋(BiVO₄)和氧化铜(CuO)纳米颗粒, 构筑了CuO/BiVO₄异质结光催化剂; 利用X射线衍射仪(XRD)、 X射线光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 光电流响应谱(I-t)、 电化学阻抗谱(EIS)和荧光发射光谱(PL)对催化剂的形貌、 结构和光电性能进行了表征和分析. 结果表明, CuO纳米颗粒均匀地负载在BiVO₄的表面, 通过控制铜源的用量可以调节CuO的含量, 其含量对CuO/ BiVO₄异质结的可见光吸收能力和光生载流子的分离效率有很大的影响. 在气固反应体系下, 对CuO/BiVO₄异质结的光催化还原CO₂的性能进行了研究. 结果显示, 光催化还原CO₂的主要产物为CO和CH₄; 随着CuO含量的增加, CO的产率逐渐降低, 而CH₄的产率先增加后降低, 最优化催化剂CuO/BiVO₄的CO和CH₄的产率分别为0.62和1.81 μmol·g^-1·h^-1, 对CH₄的选择性达到最大值(93%). 能带结构分析和电子顺磁共振(EPR)测试结果表明, CuO/BiVO₄中光生电荷的转移符合Z型转移机制. Z型异质结构的形成, 促进了光生电子和空穴的分离, 提升了催化体系的氧化还原能力.     

新型S型CdS-BiVO4异质结光电极的构筑及产氢性能研究

通过化学浴和连续离子层沉积法构筑了BiVO₄/CdS和CdS/BiVO₄两种S型异质结薄膜光电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)以及电化学阻抗谱(EIS)对其形貌、 结构和光电性能进行了表征, 测试了两种薄膜电极的光催化和光电催化产氢性能. 结果表明, CdS和BiVO₄之间形成S型异质结, BiVO₄/CdS表现出最佳的光催化产氢性能, 而CdS/BiVO₄表现出最佳的光电催化产氢性能. 借助表面光电压技术探究了两种薄膜电极中S型异质结内建电场的形成过程和载流子传输的机制.     

A new efficient visible-light-driven photocatalyst Na0.5Bi1.5VMoO8 for oxygen evolution

A new visible-light-driven photocatalyst Na_0.5Bi_1.5VMoO₈ was developed by making a solid solution of BiVO₄ and (NaBi)_0.5MoO₄. The prepared powders were confirmed crystallizing in the tetragonal scheelite crystal structure by the XRD patterns and Raman spectra. Different from that of the tetragonal BiVO₄, Na_0.5Bi_1.5VMoO₈ showed a high activity for photocatalytic O₂ evolution under visible light irradiation, which is even better than that of monoclinic BiVO₄, a well-known efficient visible-light-driven photocatalyst. The mechanism of the improved activity of Na_0.5Bi_1.5VMoO₈ was discussed.