SrZrO_(3-x)N_x-TiO_(2-y)N_y复合光催化剂的制备及模拟太阳光产氢

采用沉淀法和固相法分别制备了SrZrO3与SrZrO3-xNx,并用溶胶包覆法制备了SrZrO3-xNx-TiO2-yNy异质结型复合光催化剂,采用XRD、UV-Vis等对样品进行了表征,表明制备的复合催化剂主要成分为钙钛矿SrZrO3和锐钛矿TiO2;UV-Vis分析表明单一光催化剂通过掺氮、复合和负载贵金属后在可见光区的吸收有大幅度提高。探讨了光催化剂制备过程中氮源(六次亚甲基四铵)用量,焙烧温度、时间、气氛以及贵金属种类、负载方式对样品产氢活性影响。结果表明,当氮源用量为2g、焙烧温度450℃、焙烧时间1h、焙烧气氛为空气时,SrZrO3-xNx-TiO2-yNy在模拟太阳光下产氢量为0.61mmol·h-1·gcat-1。同时比较了负载Pt、Ru、Au、Ag等贵金属后样品的产氢活性,负载后活性均有提高,依次为PtAuRuAg。分别采用光还原法、化学还原法和湿法氢气还原法在样品上负载铂,其光催化产氢活性均得到较大的提高,其中光还原法的负载效果最佳,当最佳负载量为1wt%时,产氢量为14.1mmol·h-1·gcat-1。     

在紫外和可见光下具有高催化活性的珊瑚状金红石型二氧化钛的制备

采用溶剂热法在二乙二醇溶液中制备了珊瑚状的金红石二氧化钛(Rut-dg)。扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表明样品呈均匀分散的球形颗粒,直径约为1μm,表面具有珊瑚状的突起结构,半径约10 nm。氮气吸附-脱附结果表明样品比表面达到228 m2·g-1,是商品金红石的7倍多。由于其特殊的形貌,Rut-dg在紫外光下的催化产氢量达到25 000μmol·g-1·h-1,比P25高出50%,是商品金红石活性的13倍。在可见光下的产氢量为270μmol·g-1·h-1,而P25和商品金红石则没有明显活性。进一步实验表明,Rut-dg样品表面检测不到可能引起活性增加的有机杂质存在,因此,珊瑚状的形貌是影响活性的重要因素。样品在300℃焙烧后,珊瑚状表面结构明显烧结,比表面下降了50%,导致产氢量下降了15%～25%,这也说明珊瑚状结构大大促进了光催化产氢活性的提高。     

焙烧温度对TiO2-Al2O3催化剂制备的影响

研究了焙烧温度对催化剂活性、比表面和物相的影响,结果表明随着焙烧温度的增加,由T1～T6活性明显变化,T1焙烧的样品活性偏低,T2～T4焙烧的样品活性最高,T5～T6焙烧的样品活性下降;比表面和物相检测结果表明随着焙烧温度的增加,比表面逐渐下降,催化剂中的偏钛酸物相也由此转变为锐钛矿型TiO2,拟簿水铝石(AlOOH)转变为γ-Al2O3.催化剂活性与比表面、物相有一定的对应规律关系.     

方形锐钛矿TiO2纳米晶的合成及表征

在不添加任何模板剂或形状控制剂的条件下,以TiCl₄为前体,经氨水沉淀、乙醇洗涤和超临界干燥(AS制备法)选择性地合成了方形锐钛矿TiO₂纳米单晶.热稳定性研究结果表明,当焙烧温度不超过650℃时,方形锐钛矿TiO₂纳米晶的表面积、孔容、晶粒/颗粒尺寸基本保持不变.XRD和拉曼光谱分析表明,方形锐钛矿TiO₂纳米晶在800℃下焙烧后仍能保持晶相不变,表现出很强的抗晶相转变能力.但在1000℃焙烧后,样品可以完全转变成金红石相TiO₂.     

锐钛相介孔SO42-/TiO2的声化学制备及结构和催化酯化性能

不使用有机模板剂,采用超声化学法一步水解制得吸附硫酸根的介孔偏钛酸,500℃焙烧得到介孔SO2-4/TiO2固体超强酸.用XRD、TFEM、FTIR、低温氮吸附-脱附等手段对催化剂结构进行了表征.结果表明,硫酸根在焙烧过程中与前驱体介孔偏钛酸孔壁上自由羟基的键合起到了孔结构导向及支撑作用,500℃焙烧后样品具有161 m2·g-1的比表面积及4.1 nm的平均孔径,酸强度H0介于-14.52与-16.02之间,硫含量为2.8%,晶型全部为锐钛矿相,介孔SO2-4/TiO2具有较大比表面、强酸特性和稳定性.催化合成富马酸二甲酯的最佳条件为:n(甲醇):n(富马酸)=6:1,催化剂用量为1.0%(反应物总质量),带水剂苯用量为10 mL,反应时间为3 h,催化剂重复使用7次,酯化率大于90%.     

C-N共掺杂纳米TiO2的制备及其光催化制氢活性

采用TiCN粉末在空气气氛中不同温度下焙烧制得C-N共掺杂的纳米TiO2光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及X射线光电子能谱(XPS)等手段对其进行了表征. XRD和XPS结果表明, TiCN中的C和N元素可以被O取代得到C-N共掺杂的TiO2. DRS结果表明, 所制得的C-N共掺杂的TiO2在可见光区域比P25表现出更强的光吸收性能. 以Na2S-Na2SO3体系为牺牲剂, 分别考察了不同温度下焙烧得到的C-N共掺杂的TiO2光催化分解水产氢的活性. 结果表明, 550 ℃焙烧得到的C-N共掺杂的TiO2在紫外光照射下具有最高的光解水产氢活性,产氢速率为41.1 μmol·h-1, 大于P25的光解水产氢活性(26.2 μmol·h-1). 在紫外-可见光照射下, 光解水产氢速率仅为0.2 μmol·h-1, 这可能是由于C-N掺杂引起的可见光范围的吸收对光催化分解水产氢活性的贡献较小.     

TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变

以钛酸丁酯和季铵盐改性有机蒙脱石为原料,采用原位水解法和原位脱羟法制备了TiO2/蒙脱石纳米复合物。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)表征了不同焙烧温度下TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变,并与不同焙烧温度下纯TiO2的结构相变进行对比。结果发现TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2从锐钛矿相开始转变为金红石的最低温度要比纯TiO2从锐钛矿开始相转变为金红石的最低温度高200℃,且在焙烧温度1 200℃时还存在锐钛矿相,而纯TiO2在焙烧温度800℃时就全部转换为金红石相。TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2和纯TiO2的平均晶粒度都随焙烧温度升高而增大,但TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的平均晶粒度要小于相同温度下焙烧纯TiO2的平均晶粒度。表明蒙脱石结构层的硅氧结构抑制了TiO2晶型由锐钛矿相向金红石相的转变,进而使相变温度升高,同时阻碍了晶体的生长。     

高比表面空心球状ZnO/ZnAl2O4复合光催化剂制备及活性

以葡萄糖为模板,聚乙二醇(PEG-4000)为分散剂通过一步水热法所得前驱体,经500℃焙烧4 h得到ZnO/ZnAl2O4产物。并用XRD、SEM、TEM、BET、TG/DTA和UV-Vis DRS等技术对样品进行表征。结果表明产物为空心球状ZnO/ZnAl2O4复合光催化剂,比表面积高达158.3 m2.g-1。在模拟太阳光照射下,以甲基橙溶液的光催化降解考察样品的光催化活性,研究了焙烧温度、pH值和PEG加入量对样品光催化活性的影响。结果表明,当pH=9,PEG加入量为10%(以反应理论得到的前驱体ZnO/ZnAl2O4的质量来衡量)时,光催化活性最佳,光照60 min后,0.5 g.L-1光催化剂用量对甲基橙的脱色率达98.7%,与TiO2 Degussa P-25进行比较,相同条件下对甲基橙的脱色率提高了7.7%。     

锐钛相介孔SO2-4/TiO2的声化学制备及结构和催化酯化性能

不使用有机模板剂,采用超声化学法一步水解制得吸附硫酸根的介孔偏钛酸,500℃焙烧得到介孔SO2-4/TiO2固体超强酸.用XRD、TFEM、FTIR、低温氮吸附-脱附等手段对催化剂结构进行了表征.结果表明,硫酸根在焙烧过程中与前驱体介孔偏钛酸孔壁上自由羟基的键合起到了孔结构导向及支撑作用,500℃焙烧后样品具有161 m2·g-1的比表面积及4.1 nm的平均孔径,酸强度H0介于-14.52与-16.02之间,硫含量为2.8%,晶型全部为锐钛矿相,介孔SO2-4/TiO2具有较大比表面、强酸特性和稳定性.催化合成富马酸二甲酯的最佳条件为:n(甲醇):n(富马酸)=6:1,催化剂用量为1.0%(反应物总质量),带水剂苯用量为10 mL,反应时间为3 h,催化剂重复使用7次,酯化率大于90%.     

合成介孔纳米晶体氧化锆的新方法(英文)

通过一种新颖的方法,即软模板-固液技术(CSSL)合成具有高比表面积的介孔纳米晶体氧化锆.首先,通过软模板法以1-十六烷基-3-甲基咪唑溴(C16mim+Br-)为结构导向剂,硫酸锆为无机前驱物合成了介观相氧化锆杂化物,然后该杂化物与固体硝酸铜无机盐研磨并进行热处理.在600℃焙烧后所得到的氧化锆材料具有蠕虫状介孔结构,且孔壁由尺寸约为2.50nm的四方相氧化锆纳米粒子组成.该材料的比表面积为240.0m2·g-1,孔径为4.10nm.与之对应,使用单一的软模板法在相同的温度焙烧后,所得到的氧化锆材料介孔结构坍塌,比表面积仅为9.5m·2g-1.     

Photocatalytic Synthesis of Composite CdSe/CdS Nanoparticles

We have shown that CdSe/CdS nanocomposites can be obtained in a photocatalytic reaction with participation of CdS nanoparticles from sodium selenosulfate. We have studied the kinetic characteristics of this process in detail and have shown that its most likely mechanism includes a step involving reaction between SeSO^3/2− anions and electrons generated in the conduction band of the CdS nanoparticles during irradiation and stabilized in traps on the semiconductor surface.__________Translated from Teoreticheskaya i Eksperimental’naya Khimiya, Vol. 41, No. 3, pp. 171–175, May–June, 2005.     

Defect-enhanced Photocatalytic Activity of ZnO Micro/nanostructures

ZnO micro/nanocrystals with controlled oxygen defects are successfully prepared through annealing precursors obtained via a simple solvothermal method. The size and surface defects of the as-synthesized ZnO mi- cro/nanocrystals increase with the solvent volume ratio of water/ethanol increasing; the BET surface areas of the corresponding samples decrease during these processes; photoluminescence reveals that the type and concentration of surface defects （oxygen vacancy and interstitial oxygen） are quite different for the samples prepared via different solvent volume ratio of water/ethanol. In addition, it is found that the photocatalytic activity of the synthesized ZnO nanocrystals is mainly dependent on the concentration of surface defects. The sample with more surface defects ex- hibits higher photocatalytic activity toward the degradation of methylene blue （MB）. The possible photocatalytic mechanism is discussed in detail.     

Photocatalytic reactions at the graphite/ice interface

We have studied the photodissociation of water molecules at the ice/graphite interface in the presence of submonolayer amounts of potassium. The ice films were grown at cryogenic temperatures and ultrahigh vacuum conditions. They are transparent for 240-900 nm photons, but the strong light absorption in the uppermost layers of the graphite substrate generates energetic charge carriers that may drive photoreactions at the interface. Similar schemes have been demonstrated and investigated before in the monolayer regime, without an ice layer (D. Chakarov, M. Gleeson and B. Kasemo, J. Chem. Phys., 2001, 115, 9477). Here, using ice films of tens of monolayer thickness and with different morphologies, we have investigated the confinement effects due to the ice layer, and the ice permeability for reaction products.     

Photocatalytic TiO2/glass nanoflake array films

A new approach for the fabrication of oriented TiO2/glass nanoflake arrays has been developed. The ceramic nanoflake array was formed on a glass substrate via a simple, low temperature, and one-step hydrothermally induced phase separation approach without using any templates or additives. The factors affecting the formation of ceramic nanoflakes were examined by various characterization techniques. The results showed that the leaching of the soluble phase from the glass surface through hydrothermal processes resulted in oriented uniform ceramic nanoflake arrays. Electron microscope observations revealed that the nanoflakes formed a continuous porous three-dimensional-network array with a large surface-to-volume ratio. In addition, an anatase TiO2 film was successfully coated onto the nanoflake array by the sol-gel method. The TiO2/glass nanoflake array exhibited high activity for the photocatalytic degradation of acetone and for photoinduced hydrophilic conversion. Such enhancements were attributed to the beneficial effects of the new continuous porous three-dimensional-interconnected nanoflake network and its surface geometrical nanostructure. The present approach provides a convenient route to modify a photocatalytic coating with a porous nano-architectured substrate. This opens extensive new opportunities in the design of semiconductor/ceramic nanostructural array thin films with unusual properties for future optical and electronic applications.     

复合光催化剂AgI/AgCl/h-BN的制备及光催化性能

以少层六方氮化硼纳米层状材料为载体,通过水溶性盐晶体模板法和离子交换法制备了h-BN稳定AgI/AgCl的三元复合体系。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段对样品的结构和形貌进行检测分析,利用UV-Vis DRS测试了样品的吸光性能。可见光光催化降解罗丹明B实验表明,光照24 min,AgI/AgCl/h-BN复合光催化材料对罗丹明B的降解率高达93%,远高于实验合成的大块AgCl、AgCl立方块、AgI/AgCl纳米腰果及文献报道的数值。并且三元材料循环利用4次后,对罗丹明B的降解率几乎保持不变。结合光电化学测试、活性物种捕获和电子自旋共振等实验结果,探讨了复合材料光催化活性和稳定性提高的机理。     

复合光催化剂AgI/AgCl/h-BN的制备及光催化性能

以少层六方氮化硼纳米层状材料为载体,通过水溶性盐晶体模板法和离子交换法制备了h-BN稳定AgI/AgCl的三元复合体系。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段对样品的结构和形貌进行检测分析,利用UV-Vis DRS测试了样品的吸光性能。可见光光催化降解罗丹明B实验表明,光照24 min,AgI/AgCl/h-BN复合光催化材料对罗丹明B的降解率高达93%,远高于实验合成的大块AgCl、AgCl立方块、AgI/AgCl纳米腰果及文献报道的数值。并且三元材料循环利用4次后,对罗丹明B的降解率几乎保持不变。结合光电化学测试、活性物种捕获和电子自旋共振等实验结果,探讨了复合材料光催化活性和稳定性提高的机理。     

TiO_2表面NiO光催化活性中心的构建及其光催化析氢性能研究

本文采用离子快速注入法,在低温条件下利用微量NiO物种对TiO_2光催化剂表面微结构进行了修饰和改性,构建了NiO光催化反应活性中心。研究结果表明,Ni物种是以TiO_2-NiO-H形式存在于TiO_2表面;相对于未修饰的TiO_2光催化剂,NiO的修饰很大程度上提高了其光催化析氢性能,在最佳条件下,放氢速率由1.1μmol·h~(-1)提高到241.4μmol·h~(-1)。另外,Ni物种含量,热处理温度,乙醇电子给体浓度,催化剂悬浮浓度对光催化析氢性能也有明显的影响。光电化学实验结果表明,NiO的表面修饰能够产生有效的光催化反应活性中心,增强了光生电子-空穴电子对的分离效果。所制备的光催化剂采用X射线粉末衍射(XRD),光电子能谱(XPS)等技术进行表征。     

ZnO/Ag微米球的合成与光催化性能

用微波辅助多元醇法对预先制备的ZnO微米球进行修饰,合成了载银氧化锌微米球（ZnO/Ag）. 利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见双光束分光光度计和光致发光光谱仪等对样品的结构、形貌和光学性能进行了表征. 在紫外光照射下,通过亚甲基蓝的降解反应研究了样品的光催化活性. 结果表明,所制备的ZnO/Ag微米球是由面心立方的Ag纳米颗粒附着在纤锌矿结构的ZnO球表面形成;与ZnO相比,ZnO/Ag的紫外-可见光吸收光谱发生明显红移,在紫外和可见光范围均有较强的吸收;随着Ag含量的增加,ZnO/Ag荧光光谱强度先减弱后增强;与ZnO相比,ZnO/Ag的光催化活性明显提高,AgNO₃ 浓度为0.05 mol/L时制得的ZnO/Ag光催化活性最高.     

Photocatalytic cleavage of single TiO2/DNA nanoconjugates

TiO(2)/DNA nanoconjugates were successfully fabricated by using the catechol moiety as a binding functional group, which was confirmed by steady-state absorption and fluorescence spectroscopies. Upon UV irradiation, the photocatalytic cleavage of the TiO(2)/DNA nanoconjugates was observed at the single-molecule level by using wide-field fluorescence microscopy. The decrease in the number of conjugates, which was estimated from the luminescent spots due to semiconductor quantum dots modified at the DNA strand, was significantly inhibited by a single A/C mismatch in the DNA sequences. This result strongly suggests that the migration of holes, which are injected from the photoexcited TiO(2) into the DNA, through the DNA bases plays an important role in the photocatalytic cleavage of the conjugates. The influences of the photogenerated reactive oxygen species (ROS) on the cleavage efficiency were also examined. According to the experimental results, it was concluded that oxidation of the catechol moiety and/or the DNA damage are key reactions in this process.     

基于纳米ZnO/聚氯乙烯的复合材料光催化性能研究

本文采用纳米氧化锌与聚氯乙烯溶液共混制备了复合材料前驱体，运用TG-DTA联机分析得到了其分解温度及相关热分解数据；经适当温度煅烧后得到复合材料光催化剂，并用TEM、XRD、FTIR、UV-Vis、ESR对复合材料进行分析表征。在室内普通照明用荧光灯作用下，以甲基橙溶液为催化对象，对复合材料的光催化性能进行了检测，并在相同条件下，与纳米氧化锌、纳米氧化钛及聚氯乙烯直接煅烧产物的光催化性能进行了比对分析；同时研究了pH值对复合材料光催化性能的影响。研究结果表明，复合材料对甲基橙催化降解8 min后，甲基橙溶