LaCoO3晶格结构内外Mg的同步改性及其光催化性能

运用溶胶-凝胶法同步获得了LaCoO_3钙钛矿晶格结构内Mg~(2+)的掺杂改性及晶格结构外MgO的异质结复合改性。观察到了同步改性后LaCoO_3催化剂上水体罗丹明B(RhB)光催化降解活性的显著提升,相同实验条件下最适Mg含量改性LaCoO_3上RhB的降解率从原始LaCoO_3的58%显著提升至98%,表观一级动力学常数为改性前催化剂的4.5倍。运用X射线衍射(XRD)、氮气低温吸附-脱附(BET法)、扫描及透射电子显微镜(SEM,TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(DRS)及光致发光光谱(PL)等分析和表征系统探讨了改性前后催化剂的理化特征。结果表明,约10%Co~(3+)晶格结点可为Mg~(2+)掺杂取代而LaCoO_3钙钛矿结构基本保持不变,适量Mg~(2+)对Co~(3+)的掺杂取代可形成晶格畸变和杂质能级、衍生Co~(4+)及促进溶氧吸附从而有利于RhB的光催化降解,过量掺杂的Mg则可能成为光生载流子复合中心从而不利于RhB的去除。适量MgO异质结复合改性LaCoO_3一方面赋予复合催化剂较大表面积,利于RhB富集,也赋予丰富的表面羟基利于光生电子的捕获并衍生活性羟基自由基;另一方面还可能通过LaCoO_3与MgO异质结间电子的跃迁和流动以及晶格氧空位抑制光生载流子的复合,提高复合催化剂的光量子效率。     

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TiO₂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Bi₂MoO₆/TiO₂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Bi₂MoO₆晶格,部分取代Bi³⁺,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO₂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TiO₂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。     

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-焙烧法进行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g-C₃N₄和BiPO₄的4.6倍和15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。     

BiOBr/g-C3N4 S型异质结无H2O2光-自芬顿高效催化降解RhB

通过焙烧-超声混合法成功地制备了BiOBr/g-C₃N₄ S型异质结复合光催化剂。采用多种表征手段对样品物理属性进行了表征,包括X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-VisDRS)。研究了所制备样品有/无Fe³⁺的光-自芬顿催化/光催化降解罗丹明B (RhB)性能。通过捕获实验确定了光催化反应中的主要活性物种,提出了光-自芬顿反应的降解机理。研究结果表明,BiOBr/g-C₃N₄ S型异质结能原位生成H₂O₂,添加Fe³⁺后,H₂O₂被原位活化成活性物种且光生电流和载流子分离效率获得显著提高。该光-自芬顿过程能高效降解RhB,其反应速率常数为0.208 min^-1,约为无Fe³⁺光催化反应速率常数的5.3倍,在光-自芬顿循环使用过程中表现出良好的稳定性。Fe³⁺的加入促进了光生电荷的分离和H₂O₂的活化,超氧阴离子自由基(·O₂^-)、空穴和羟基是光-自芬顿催化过程中的主要活性物种,且·O₂^-作用更大。     

铕掺杂对Co3O4活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝性能的增强

以Co （NO₃）₂和Eu （NO₃）₃为原料,采用草酸盐-热分解法制得了系列不同Co/Eu比例（n_Co/n_Eu）的多孔双金属复合氧化物催化剂,并对其活化过一硫酸盐（PMS）降解亚甲基蓝（MB）的性能进行对比评价。结果表明,按n_Co/n_Eu=9制得的材料（Co₉Eu₁）具有最为优异的活化PMS降解MB的性能。在温度为25℃、催化剂用量和PMS浓度分别为0.10 g·L^-1和0.6 mmol·L^-1的反应条件下,Co₉Eu₁/PMS体系对MB的降解率可达86.66%,而纯Co₃O₄催化下的MB降解率仅为52.62%。Co₉Eu₁出色的催化性能是由于Eu³⁺的缺电子特性增强了对吸附于催化剂表面PMS的极化而使其更易被主催化成分Co₃O₄活化。体系中阴离子C₂O₄^2-和HCO₃^-的存在对Co₉Eu₁/PMS氧化降解MB的性能具有明显抑制作用。猝灭实验和电子顺磁共振谱（EPR）证实Co₉Eu₁/PMS体系中同时存在SO₄^-·、·OH和·O₂^-三种自由基型活性物种以及¹O₂非自由基型活性物种,其中SO₄^-·对MB的氧化降解起关键作用。Co₉Eu₁具有良好的稳定性,在连续4次循环使用中其催化性能未见明显变化。     

球状MoS2/WO3复合半导体制备及其对RhB的光催化性能

采用水热法成功制备了MoS₂/WO₃复合半导体光催化剂,分别通过SEM、TEM、EDS、XRD、Raman和DRS对催化剂的形貌,组成及结构进行表征,并用BET模型计算比表面积。对比发现球状MoS₂/WO₃对罗丹明B（RhB）的光降解效率明显高于纯WO₃、片状MoS₂/WO₃复合半导体。针对球状MoS₂/WO₃复合半导体,分别研究了MoS₂不同负载量（0.5%,1%,2%,5%,10%）对RhB光催化降解性能的影响,结果表明MoS₂含量为2%时催化效果最佳。同时,研究了溶液的pH值（pH=1,3,6,7,11）对光催化降解反应活性的影响,结果显示pH=6时降解率最高。当催化剂量增加到1 g·L^-1时,30min后RhB降解率达到96.6%。球状MoS₂/WO₃的瞬态光电流为0.050 6 mA·cm^-2,比纯WO₃提高了2.4倍。经过5次循环实验,球状MoS₂/WO₃复合半导体催化剂仍能保持90%的高降解率。     

中空管状g-C3N4/Ag3PO4复合催化剂的制备及其可见光催化性能

采用化学沉淀法制备中空管状 g-C₃N₄/Ag₃PO₄复合催化剂。通过 X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱对其结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明：Ag₃PO₄纳米颗粒均匀地分散在中空管状g-C₃N₄表面,两者紧密结合形成异质结。研究复合催化剂在可见光照射下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。结果显示：复合催化剂在80 min内对TC的降解率为98%,其降解反应速率常数是纯相Ag₃PO₄的3倍。经过5次循环实验后复合催化剂对于TC的降解率仍保持87%,具有优良的循环稳定性。捕获实验表明空穴(h⁺)和超氧负离子(·O₂^ˉ)是光催化反应过程中的主要活性物种。根据能带理论,提出了复合催化剂异质结的Z型光催化机理。     

可见光响应的Co3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag₃PO₄纳米颗粒、磷酸钴（Co₃（PO₄）₂,CoP）纳米片以及它们两者的纳米复合结构（CoP/Ag₃PO₄）,同时还比较了它们的可见光催化活性. 采用场发射扫描电镜（FESEM）、X 射线衍射（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征. 结果表明,CoP/Ag₃PO₄复合纳米结构的可见光降解甲基橙（MO）的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质. 这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴. 此外,我们还发现CoP/Ag₃PO₄降解另一种阳离子型染料——罗丹明B（RhB）的能力则远不如纯Ag₃PO₄,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力. 本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.     

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。     

不同形貌Co3O4的制备及其活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝的性能

分别采用尿素水热-煅烧法、化学浴沉积-煅烧法和草酸盐热解法制备出具有不同形貌的Co₃O₄（Co₃O₄-A、Co₃O₄-B和Co₃O₄-C） 粉体材料,对比了它们作为催化剂活化过一硫酸盐（PMS）降解亚甲基蓝（MB）的性能。结果表明,3种Co₃O₄材料均具有分级微/纳米结构,形貌分别呈绒球状、无规则颗粒状和纤维状。PMS在3种催化剂作用下的分解过程均符合一级反应动力学模型,反应速率常数依次为0.047 1、0.217 4和0.003 7 min^-1。无规则颗粒状Co₃O₄-B表现出最高的PMS活化性能,是其具有最大比表面积、最高表面氧空位浓度以及表面羟基密度综合作用的结果。在催化剂用量0.02 g·L^-1、PMS投加量0.6 mmol·L^-1的工艺参数条件下,Co₃O₄-B/PMS高级氧化体系在25 min内对MB的降解即可达98.33%。电子顺磁共振测试证实Co₃O₄-B/PMS高级氧化体系中存在·SO₄^-、·OH、·O₂^-和¹O₂四种活性氧物种,基于此提出了Co₃O₄-B活化PMS及降解MB的反应机理。     

Synthesis of ZnTiO3/tourmaline/Ni foam catalyst and enhanced photocatalytic performance

ZnTiO₃/tourmaline loaded on the nickel foam (ZnTiO₃/tourmaline/Ni-foam) is prepared by a facile coating method. Morphology and structure of the photocatalyst were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electrons microscopy (SEM), raman spectroscopy, UV–vis diffuse reflectance spectrum (UV–vis DRS) and photoluminescence spectroscopy (PL). The photocatalytic properties of the materials were tested by using the Rhodamine B (RhB) solution as the target pollutant. The results indicates that the ZnTiO₃/tourmaline/Ni foam exhibited higher photocatalytic activity than that of ZnTiO₃ and ZnTiO₃/Ni foam under ultraviolet (UV) light irradiation, and its degradation rate was up to 99.2%. Moreover, the degradation rate remained at 91.3% after eight consecutive photocatalytic reaction cycles. The outstanding photocatalytic performances of ZnTiO₃/tourmaline/Ni foam was mainly attributed to the existence of tourmaline, which can help to inhibit the recombination of electron-hole paris, and the proper pore structure of the carrier. Meanwhile, the trapping experiments indicated that ·O₂^– was the main active species in the photocatalytic degradation of RhB.     

Enhanced and suppressed effects of ionic liquid on the photocatalytic activity of TiO2

The effects of a room temperature ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium terafluoroborate ([Bmim]BF₄), on the photocatalytic performance of Degussa P25 TiO₂ were investigated. Also, the photocatalysis mechanism was systematically analyzed by conducting different reactive radical trapping experiments. The results showed that photogenerated electrons were the main reactive species involved in the photocatalytic degradation of methyl orange (MO), while ?OH radicals and photogenerated holes played an important role in the photocatalytic decomposition of rhodamine B (RhB). The addition of ionic liquid (IL) could slightly enhance the photocatalytic degradation rate of MO because adsorption of [Bmim]⁺ ions on the TiO₂ surface not only enhanced traping and transfer of photogenerated electrons, but also facilitated adsorption of negatively charged MO. On the contrary, IL suppressed the degradation rate of RhB because [Bmim]⁺ on the TiO₂ surface not only hindered the access of positively charged RhB to TiO₂, but also restricted the diffusion of positively charged holes to the TiO₂/solution interface.     

制备方法对AgInO2结构及光催化性能的影响

以离子交换法和"氟化异丙烯膜袋"水热法分别制备了AgInO2,利用XRD、低温氮吸附-脱附、SEM、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis diffuse reflection spectroscopy,DRS)和XPS对不同方法所得到的AgInO2进行了表征;以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)为目标物,在可见光下考察了2种催化剂的光催化性能。结果表明,利用"氟化异丙烯膜袋"水热法制备的样品由于具有更好的结晶度,且在可见光区有更强的吸收,从而表现出了更好的可见光光催化活性(3 h降解RhB达94%。7 h降解MO达83%)。     

一锅法制备Co3O4/g-C3N4复合光催化剂及其光催化性能

以三聚氰胺和六水合氯化钴为原料,一锅法制备Co_3O_4负载的多孔石墨相氮化碳(Co_3O_4/g-C_3N_4)复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)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)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)等手段对其结构和光学特性进行表征。以盐酸四环素(TC)为目标污染物,评价了不同负载量Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂的可见光催化性能。结果表明,所制备的Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂为多孔结构,其比表面积较大,并在可见光区域具有显著的吸收。利用原位生成的Co_3O_4纳米粒子在氮化碳表面形成异质结构,可有效转移光生载流子,降低光生电子-空穴的再结合率,从而提高光催化活性。并且存在最佳Co_3O_4复合量,当六水合氯化钴加入量为三聚氰胺的8%(w/w)时,所制备的复合光催化剂CoCN-8具有最佳的光催化性能。在可见光的照射下,60 min内可降解85%的TC,而同样条件下,纯g-C_3N_4仅降解23%的TC。     

钾离子掺杂对石墨型氮化碳光催化剂能带结构及光催化性能的影响

以双氰胺和氢氧化钾为原料制备了能带可控的钾离子掺杂石墨型氮化碳(g-C3N4)光催化剂,并与碱处理的g-C3N4及g-C3N4/KOH复合催化剂进行了对比。采用X射线衍射(XRD)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、N2吸附、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、荧光(PL)光谱、X 光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征。结果表明,钾离子含量对氮化碳催化剂的价带及导带位置有显著影响。此外,钾离子的引入抑制了氮化碳晶粒的生长,提高了氮化碳的比表面积以及对可见光的吸收,降低了光生电子-空穴对的复合几率。以染料罗丹明B的降解为探针反应系统研究了钾离子掺杂对g-C3N4在可见光下催化性能的影响,研究了光催化反应机理。结果表明,钾离子掺杂后氮化碳的光催化性能显著提高。制备的钾离子掺杂氮化碳催化剂表现出良好的结构及催化稳定性。     

g-C3N4/Bi2O2CO32D纳米片复合材料的制备及可见光催化性能研究

采用自组装和化学沉淀法分别制得两种可见光驱动复合材料石墨相氮化碳/碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3).采用X射线衍射光谱(XRD),紫外可见光谱、扫描电镜(SEM)、N_2吸附、电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,制备方法对纳米复合材料的晶相、形态及光学性能没有影响,但是影响g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3之间的相互作用力,导致光生电子-空穴对的分离速率存在显著差异.以可见光驱动苯酚和罗丹明B的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能.实验结果表明自组装法得到的异质结催化剂中相互作用力更强,催化效果最高.O_2-是罗丹明B降解反应的主要活性物种,染料的光敏化、Bi_2O_2CO_3与g-C_3N_4综合效应,导致光生载流子电荷分离效率更高.     

RE/TiO2光催化剂的谱学特性与气相光催化性能的研究

采用改进的sol-gel法和浸渍法制备了TiO₂掺杂稀土离子La³⁺、Y³⁺、Gd³⁺、Er³⁺、Nd³⁺、Pr³⁺的RE/TiO₂光催化剂,运用FTIR、XRD、TEM、低温氮吸附/脱附、TG/DTA、UV-Vis DRS、表面光电压谱(SPS)等进行表征,以气相光催化降解乙烯、溴代甲烷作为探针反应,阐明了RE/TiO₂光催化剂的谱学特性与气相光催化性能的关系。结果显示,稀土离子掺杂后,TiO₂的锐钛矿含量增加,比表面积增大,粒径变小,吸收边发生蓝移,表面光电压的响应阈值增大,此外,Pr³⁺除外的其它稀土离子掺杂的TiO₂的表面光电压信号增强;光催化降解实验表明,与纯TiO₂相比,La³⁺、Y³⁺、Gd³⁺、Er³⁺、Nd³⁺掺杂TiO₂样品上乙烯、溴代甲烷的光催化活性均有不同程度的增强,而且表现出较强的矿化能力。但是,掺杂Pr³⁺的TiO₂的光催化性能降低恰好对应较弱的表面光电压信号。所以,本文认为提高光生电子-空穴对的分离效率是改善光催化性能的关键因素。     

Synthesis of Co2+-doped Fe2O3 photocatalyst for degradation of pararosaniline dye

In this paper, x (=2, 5, 7 and 10mol%) Co²⁺-doped Fe₂O₃ (xCo:Fe₂O₃) nanoparticles with enhanced photocatalytic activity have been reported. xCo:Fe₂O₃ nanoparticles were successfully prepared by co-precipitation followed thermal decomposition method. The structural, optical and morphological properties of the prepared samples were studied by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), diffuse reflectance (DR) UV–visible absorption spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The obtained results revealed that Co²⁺ ions were well doped within the lattices of Fe₂O₃. Also, Co²⁺ ions suppress the formation of the most stable α- Fe₂O₃ and stabilize less stable γ-Fe₂O₃ at 450 °C. The photocatalytic activity of xCo:Fe₂O₃ was examined by using pararosaniline (PR) dye. It was found that photocatalytic degradation of PR depends on dopant concentration (Co²⁺ ions). Relatively, the highest photocatalytic activity was observed for 5%Co:Fe₂O₃ nanoparticles. The plausible photocatalytic degradation pathway of PR at xCo:Fe₂O₃ surface has also been proposed.