还原石墨烯氧化物/磷酸秘纳米复台物的台成及增强的光催化活性

以石墨烯氧化物和硝酸铋为前驱物、甘油为溶剂,200℃下反应1 h,采用溶剂热方法"一锅煮"合成还原石墨烯氧化物/磷酸铋复合纳米材料.利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、表面增强拉曼光谱和紫外-可见光谱对所合成样品的形貌和结构进行表征.以罗丹明B作为降解模型分子,考察了复合纳米材料在紫外光照射下的光催化活性.实验结果表明,复合纳米材料的光催化活性优于磷酸铋.在2 h内,还原石墨烯氧化物/磷酸铋对罗丹明B降解率为87.5%;而同样条件下,磷酸铋对罗丹明B的降解率仅为45.7%.复合材料光催化活性的提高主要归因于石墨烯纳米片高效的电子受体和传输特性能有效促进电子-空穴对的分离,进而提高了复合材料的降解效率.     

异质结型Er2O3/TiO2复合纳米纤维制备及光催化性能

采用静电纺丝技术与溶剂热法相结合,制备了异质结型Er2O3/TiO2复合纳米纤维光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段对材料进行表征,并以罗丹明B(RB)的脱色降解为模式反应,考察了材料的光催化性能。实验结果表明:Er2O3纳米粒子均匀地负载在TiO2纤维上,形成了异质型Er2O3/TiO2复合纳米纤维光催化材料,拓宽了光谱响应范围,有利于TiO2光生电子和空穴的分离,增强了体系的量子效率。与纯TiO2纳米纤维相比光催化活性明显提高,对RB的紫外光降解率达93.93%。     

圆盘状Bi2WO6-BiPO4异质结的水热合成及光催化性能

采用水热法制备Bi2WO6-BiPO4异质结光催化剂．利用模拟太阳光照射下的罗丹明B降解实验评价了Bi2WO6-BiPO4复合物的光催化性能．结果表明,Bi2WO6-BiPO4光催化活性比Bi2WO6和BiPO4高得多．当Bi2WO6与BiPO4的摩尔比为1：1时复合光催化剂对罗丹明B的降解率最高．Bi2WO6-BiPO4催化活性增强主要归结为两者之间形成了有效的异质结结构,其内建电场能够促进光生载流子的分离．同时,Bi2WO6的加入增强了其对可见光的吸收．研究表明O2^· -和h^＋在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

WO3/TiO2 复合纤维的制备及储能光催化性能

以钛酸正丁酯为前驱体, 采用静电纺丝技术制得了纯锐钛矿TiO2纤维, 并以其为基质, 通过水热法制备了具有异质结构的WO3/TiO2复合纤维. 利用X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 能量色散光谱仪(EDS)、 透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等对样品的结构和形貌进行了表征. 以罗丹明B的脱色降解为模型反应, 考察了样品的光催化性能和储能光催化性能. 结果表明, 花状WO3微球包裹在TiO2纤维上, 得到了具有异质结构的WO3/TiO2复合纤维光催化剂. WO3与TiO2复合有利于光生载流子的输运和分离, 增强了体系的量子效率, 提高了光催化活性. WO3/TiO2 复合纤维经光照处理后, 在黑暗条件下显示出储能光催化特性.     

p-n异质结型光催化剂BiOBr/NaBiO3的制备与可见光催化活性

采用化学蚀刻法在NaBiO3表面利用HBr与NaBiO3的反应原位沉积BiOBr,制备了异质结型光催化剂.利用X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)和扫描电子显微镜(SEM)等对其相结构、微观形貌和光吸收性能进行了表征.光催化实验结果表明,BiOBr/NaBiO3在可见光下可以有效降解罗丹明B(RhB)溶液,当BiOBr与NaBiO3的摩尔比为40.1%时,BiOBr/NaBiO3具有最大催化活性.通过不同牺牲剂的加入及荧光实验结果推测了该异质结型材料光催化过程中光生载流子的传输方向及活性物种.研究结果表明,BiOBr/NaBiO3催化活性的增强主要归结为两者之间形成了有效的异质结,其内建电场能够促进光生载流子的分离,同时h+在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

CeO2/TiO2复合纳米纤维的制备及光催化性能研究

采用静电纺丝技术和水热合成法制备了CeO₂/TiO₂复合纳米纤维. 利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和比表面积测定(BET)等分析测试手段对样品的形貌及结构进行了表征, 并以罗丹明B的脱色降解为模式反应, 考察了样品的光催化性能. 结果表明: CeO₂纳米粒子均匀地生长在TiO₂纳米纤维表面, 形成了异质结构的CeO₂/TiO₂复合纳米纤维光催化材料. 通过改变碱源, 可以得到不同形貌的CeO₂. CeO₂的存在增加了TiO₂纳米纤维的比表面积, 有效地实现TiO₂光生电子和空穴的分离, 增强了体系的量子效率, 与纯TiO₂纳米纤维相比光催化活性明显提高. 初步探讨了异质结的形成机理.     

YFeO3/TiO2异质结材料的制备及其光催化性能研究

通过研磨-焙烧法制备了YFeO3/TiO2异质结材料,考察了焙烧温度和组分质量含量变化对合成异质结材料的影响;进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FRIR)、紫外-可见漫反射(UV-vis/DRS)、光电子能谱(XPS)等表征并测试了不同样品光催化降解橙黄Ⅱ的活性.结果表明,YFeO3/TiO2复合氧化物不仅具有明显的可见光光响应,而且表现出比单组分相对较高的光催化降解活性.最佳的复合样品为600℃焙烧下,w(TiO2)=0.9的复合样品.复合材料光催化活性的提高可归因于p-YFeO3与n-TiO2间存在的p-n结.     

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.     

异质结光催化材料的新进展

伴随着人类文明的快速发展,一些危机慢慢显露出来,例如能源危机、环境污染和全球变暖.2019年5月11日,Mauna Loa天文台报告,大气中的二氧化碳水平超过415 ppm,达到人类历史上的最高记录,欧盟随后于2019年11月宣布了气候紧急状态.因此,绿色能源技术已成为迫切需求,以减少化石燃料的使用,并减少污染物的产生.光催化是直接利用太阳能的技术,可以应用于水分解产氢、CO₂还原、降解有机污染物、促进有机物合成等,是解决能源和环境问题的最有前途的技术之一.光催化剂是光催化技术的核心.目前,许多半导体材料可作为光催化剂,并已被充分地研究,例如TiO₂、CdS、ZnO、BiVO₄和C₃N₄等.然而,单一的半导体材料具有一些缺点,阻碍了它们的实际应用.其中,限制这些半导体材料光催化活性的一个关键问题是,光生电子–空穴对容易快速复合而不是参与光催化反应.例如,ZnO中激子的寿命估计仅为数百皮秒,大多数激子来不及参与到氧化还原反应中.为了抑制电子-空穴对的复合,需要应用特殊的策略.构建异质结光催化材料已成为最有前途的方法之一.通常,可以根据相邻材料的能带结构,将异质结分为以下几种类型:PN型异质结,Ⅱ型异质结,Schottky型异质结和S型异质结.以上异质结大都是由两种半导体材料复合而形成的.除此之外,还可以根据形成异质结的特殊材料,补充两种特殊的异质结类型,即晶面异质结和石墨烯基异质结.晶面异质结是由同一材料,由于暴露不同的晶面而形成的.石墨烯具有独特的能带结构、极大的比表面积及优良的导电性,可以与其他半导体形成各种类型的异质结.这些异质结材料能有效抑制电子-空穴对的复合,从而提高材料整体的光催化活性,也已成为光催化剂家族的重要分支.本文详细介绍了以上各种类型的异质结光催化剂的最新进展,概述了实现高性能异质结光催化剂的基本策略,并对异质结光催化剂未来发展方向进行了一些探讨.     

聚苯胺纳米线/SnO2复合光催化材料的光化学制备与性能

将具有确定形态的聚苯胺(PANI)纳米线作为复合单元, 直接分散在SnSO₄和H₂SO₄的混合溶液中, 通 过紫外光照射获得PANI纳米线/SnO₂纳米颗粒复合材料. 对复合材料的形态和成分进行了分析, 发现二者 相互交织在一起且部分颗粒直接生长在纳米线上. 以罗丹明B溶液为目标降解污染物研究了复合材料在低 功率紫外灯下的光催化活性. 结果表明, PANI纳米线可以明显增强SnO₂的光催化活性, 且增强效果与光照 复合时间呈规律性变化, 在最优复合时间下复合材料的光催化活性是纯SnO₂的近3倍. 通过对能级结构与光催化反应过程的测试分析, 认为Z型异质结的形成促进了光生电子-空穴的分离, 进而增强了材料的光催化活性.     

Zongpeng Wang a,b, Zhiping Lin a,c, Shijie Shen a,c, Wenwu Zhong a,c,*, Shaowen Cao b,#

伴随着人类文明的快速发展,一些危机慢慢显露出来,例如能源危机、环境污染和全球变暖.2019年5月11日, Mauna Loa天文台报告,大气中的二氧化碳水平超过415 ppm,达到人类历史上的最高记录,欧盟随后于2019年11月宣布了气候紧急状态.因此,绿色能源技术已成为迫切需求,以减少化石燃料的使用,并减少污染物的产生.光催化是直接利用太阳能的技术,可以应用于水分解产氢、CO2还原、降解有机污染物、促进有机物合成等,是解决能源和环境问题的最有前途的技术之一.光催化剂是光催化技术的核心.目前,许多半导体材料可作为光催化剂,并已被充分地研究,例如TiO2、Cd S、ZnO、Bi VO4和C3N4等.然而,单一的半导体材料具有一些缺点,阻碍了它们的实际应用.其中,限制这些半导体材料光催化活性的一个关键问题是,光生电子–空穴对容易快速复合而不是参与光催化反应.例如, ZnO中激子的寿命估计仅为数百皮秒,大多数激子来不及参与到氧化还原反应中.为了抑制电子-空穴对的复合,需要应用特殊的策略.构建异质结光催化材料已成为最有前途的方法之一.通常,可以根据相邻材料的能带结构,将异质结分为以下几种类型:PN型异质结, II型异质结, Schottky型异质结和S型异质结.以上异质结大都是由两种半导体材料复合而形成的.除此之外,还可以根据形成异质结的特殊材料,补充两种特殊的异质结类型,即晶面异质结和石墨烯基异质结.晶面异质结是由同一材料,由于暴露不同的晶面而形成的.石墨烯具有独特的能带结构、极大的比表面积及优良的导电性,可以与其他半导体形成各种类型的异质结.这些异质结材料能有效抑制电子-空穴对的复合,从而提高材料整体的光催化活性,也已成为光催化剂家族的重要分支.本文详细介绍了以上各种类型的异质结光催化剂的最新进展,概述了实现高性能异质结光催化剂的基本策略,并对异质结光催化剂未来发展方向进行了一些探讨.     

Ag/ZnO/ZnSe三元异质结的合成及其可见光光催化性能

以Ag纳米线为模板,通过两步水浴法合成了Ag/ZnO/ZnSe三元异质结光催化材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(FETEM)对样品的形貌和结构进行了表征。结果显示,Ag/ZnO/ZnSe三元异质结为蠕虫状的Ag/ZnO二元异质结外镶嵌着ZnSe小颗粒。在可见光下,对比纯Ag纳米线、纯ZnO纳米球、Ag/ZnO异质结对罗丹明B的可见光降解效率,结果发现Ag/ZnO/ZnSe异质结表现出了更高的光催化效率。其光催化性能的提高主要是由于Ag/ZnO/ZnSe异质结的作用促使电子空穴对的分离,降低了电子空穴对的复合机率,从而提高了材料的光催化效率。     

具有主导晶面的BiOIO3/BiOCl异质结制备与光催化性能

分别以乙二醇/去离子水为溶剂,通过溶剂热/水热法分别制备了具有不同主导晶面的BiOIO₃/{110}BiOCl和BiOIO₃/{001}BiOCl异质结。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散谱和紫外可见漫反射光谱对制备的BiOIO₃/BiOCl光催化剂进行了表征。在可见光照射下,通过对罗丹明B和苯酚水溶液的光催化降解,考察了BiOIO₃/BiOCl异质结的光催化活性。结果显示25%BiOIO₃/{110}BiOCl异质结具有最高的光催化效率。BiOIO₃/{110}BiOCl较好的光催化性能是由于其在可见光区较强的光吸收,以及异质结结构和BiOCl所具有的(110)主导晶面有利于光生载流子的分离。超氧自由基(·O₂^-)和空穴(h⁺)是光催化过程中的主要活性物质。此外,根据实验结果探讨了光催化性能增强的机理。     

新颖CdMoO4/g-C3N4复合材料的制备及其可见光增强的电荷分离和光催化活性（英文）

半导体光催化技术因其能够完全矿化和降解废水以及废气中的各种有机和无机污染物而受到越来越多研究者关注.尽管TiO2作为光催化剂显示了良好的应用前景,但其只对紫外光响应,该部分能量大约仅占太阳光谱的5%,从而限制了其实际应用.因此,开发新型可见光响应光催化剂成为光催化领域的研究焦点之一.石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种光催化材料,由于具有良好的热和化学稳定性以及可见光响应而备受关注.然而,单纯的g-C3N4由于光生电荷载流子易复合,光催化效果并不理想.为进一步提高g-C3N4的光催化活性,构建g-C3N4基异质结复合光催化材料被认为是增强g-C3N4光生电子-空穴分离效率的有效方法.CdMoO4作为一种光催化材料,与g-C3N4匹配的能带有利于光生电子-空穴的分离,从而提高g-C3N4的光催化活性.本文通过便利的原位沉淀-煅烧过程,制备了新颖的CdMoO4/g-C3N4异质复合光催化材料.复合材料的晶相构成、形貌、表面化学组分和光学特性等通过相应的分析测试手段进行表征.光催化活性通过可见光下催化降解罗丹明B水溶液来评价.结果显示,将CdMoO4沉积在g-C3N4表面形成复合材料可明显提高光催化活性,且当CdMoO4含量为4.8 wt%时达到最佳的光催化活性.这种显著增强的光催化活性可能是由于CdMoO4/g-C3N4复合物能够有效地传输和分离光生电荷载流子,从而抑制了光生电子-空穴的复合.电化学阻抗、瞬态光电流和稳定荧光光谱测试结果证实,通过CdMoO4与g-C3N4复合可有效增强电荷分离效率.此外,活性物捕获实验表明,在光催化过程中空穴(h+)和超氧自由基(?O2?)是主要活性物种.根据莫托-肖特基实验并结合紫外-可见漫反射吸收光谱,得到了单纯g-C3N4和CdMoO4的能带结构,提出了形成的II型异质结有助于增强光催化活性的机理.     

Ag/ZnO/ZnSe三元异质结的合成及其可见光光催化性能

以Ag纳米线为模板,通过两步水浴法合成了Ag/Zn O/Zn Se三元异质结光催化材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(FETEM)对样品的形貌和结构进行了表征。结果显示,Ag/Zn O/Zn Se三元异质结为蠕虫状的Ag/Zn O二元异质结外镶嵌着Zn Se小颗粒。在可见光下,对比纯Ag纳米线、纯Zn O纳米球、Ag/Zn O异质结对罗丹明B的可见光降解效率,结果发现Ag/Zn O/Zn Se异质结表现出了更高的光催化效率。其光催化性能的提高主要是由于Ag/Zn O/Zn Se异质结的作用促使电子空穴对的分离,降低了电子空穴对的复合机率,从而提高了材料的光催化效率。     

0D/1D碳点修饰硫化镉纳米线异质结增强可见光光催化性能（英文）

硫化镉(CdS)作为一种对可见光响应的窄带隙半导体(带隙宽度约为2.4 eV),具有合适的能带位置,近年来受到越来越多的重视.然而在光催化过程中,光生电子与空穴的快速复合极大地限制了CdS的实际应用,如何提高光生电子-空穴对的分离效率成为研究重点.一维CdS纳米棒(1D CdS NWs)具有较大的长径比,能快速有效地转移光生载流子.零维碳点(0D C-dots)是一种粒径在10 nm以下的新型纳米碳材料,其作为助催化剂能够加快光生载流子传递速率,可提高材料光催化性能.因此,通过C-dots对CdS NWs进行修饰并形成异质结,利用C-dots助催化剂的作用以提升CdS NWs的光催化性能,具有一定的可行性.本文成功构建了一种0D/1D碳点修饰CdS NWs异质结(C-dots/CdS NWs),并考察其光催化性能.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等技术对系列C-dots/CdS NWs样品进行表征.研究发现,C-dots成功负载在CdS NWs的表面并形成异质结.通过测试系列样品在可见光照射下光催化降解罗丹明B(RhB)以及光催化产氢性能发现,C-dots的修饰能够有效增强CdS NWs的光催化性能,其中0.4%C-dots/CdS NWs表现出最佳的光催化降解RhB活性,其经可见光照射60 min即可实现对RhB的完全降解(相同条件下CdS NWs需要180 min).同时自由基捕获实验表明,·O_2~–是降解罗丹明B过程中的主要活性基团.在光催化产氢性能测试中,0.4%C-dots/CdS NWs样品表现出最高的光催化产氢能力,产氢速率可达1633.9μmol g~(-1) h~(-1),比纯CdS的(196.9μmol g~(-1) h~(-1))提高了8.3倍,并且C-dots/CdS NWs具有良好的稳定性.研究发现,在可见光照射下,C-dots/CdS NWs能够产生较强的光生电流,且形成的0D/1D C-dots/CdS NWs异质结具有良好的电子传输能力,实现了C-dots/CdS NWs光生电子与空穴的有效分离,从而增强了光催化性能.     

g-C_3N_4@Ag_3PO_4光催化降解罗丹明B过程的原位光-微热量-荧光光谱研究

采用光-微热量-荧光光谱联用系统获取了g-C_3N_4@Ag_3PO_4光降解罗丹明B(RhB)的原位热/动力学信息和三维荧光光谱信息,并结合热力学和光谱学结果探究了光催化降解罗丹明B的微观机制.结果表明,光催化降解过程主要分为表观吸热、热平衡以及稳定放热3个阶段.在g-C_3N_4@Ag_3PO_4存在下,可见光照射10 min后,罗丹明B的三维荧光特征发射峰强度降低至初始值的7.1%,罗丹明B的降解脱色率达92.9%,是相同条件下以纯g-C_3N_4为催化剂时的2.06倍.随着光照时间的延长,光-微热量计显示10 min后以降解及矿化非荧光中间产物为主,并保持热焓变化率为-(0.226±0.0916)mJ/s稳定放热,为拟零级反应过程,并且该阶段为光催化反应的决速步骤.     

高比表面积CuPc/TiO2纳米管复合材料的制备及其可见光光催化活性

以P25为前驱体,在碱性条件下采用水热法制备了TiO2纳米管(NT),然后通过浸渍法将敏化剂酞菁铜(CuPc)附着于TiO2NT表面,制得可见光响应的CuPc/TiO2NT复合光催化材料,并对其进行了表征,考察了它在可见光下降解罗丹明B的光催化活性.结果表明,在NaOH碱性条件下水热法制备的TiO2NT具有较大的比表面...     

ZnO/CoO/CDs Z型异质结光催化剂的制备及其在光催化产氢中的应用

Z型异质结由于具有促进载流子分离能力和保持较高氧化还原能力的优点成为近几年光催化领域的研究热点之一.本文通过水热法制备了ZnO/CoO/CDs(碳点)的Z型异质结复合材料,有效的电荷传输促进了复合材料光催化产氢能力.同时CDs的引入调节了复合材料的形貌,提供更多的反应活性位点.产氢测试结果表明,ZnO/CoO/CDs Z型异质结复合材料的产氢量是ZnO/CDs单一光催化剂的2倍多,说明该材料在光催化分解水领域具有潜在应用前景.该工作思路为基于CDs的Z型异质结光催化剂材料的设计合成提供一定理论指导.     

中空花状可见光响应催化剂g-C_3N_4@BiOCl的制备及其光催化活性

以g-C_3N_4/H_2SO_4溶液和硝酸铋为前驱体,采用自组装法制备了中空花状且具有可见光响应能力的异质结光催化剂gC_3N_4@BiOCl。利用X射线衍射、电子扫描显微镜、高分辨透射电镜、X射线能谱、紫外可见漫反射光谱及X射线光电子能谱等表征手段确证了催化剂的结构。该催化剂能够有效地实现光生电子-空穴的分离,表现出优异的可见光催化活性。通过对50 mg·L~(-1)罗丹明B的降解实验验证了g-C_3N_4@BiOCl的光催化活性,在可见光条件下(λ≥420 nm)的降解效率优良,12 min即可达到99%。