盐辅助-超生喷雾热分解法合成中空Bi2WO6纳米微球去除NO的应用

氮氧化物(简称NOx,包括NO和NO2等)是形成二次有机气溶胶的重要前体物,其存在会严重影响空气质量并危害人类健康.目前用于NOx的去除的方法主要有过滤、物理吸附、热催化等.然而,这些技术存在高能耗及产生二次污染等缺点,严重制约其实际应用.近年来,光催化技术作为一种有效处理NOx的环保技术,因其具备在常温下高效处理低浓度NOx(大气污染浓度水平)的优点而获得广泛关注.最近,Bi2WO6光催化剂因其独特的层状结构以及特有的催化性质,表现出良好的可见光催化性能.Bi2WO6光催化性能与催化剂的形貌及尺寸大小密切相关,目前报道的Bi2WO6的形貌有片状、颗粒状、花状、中空微球等.其中,由小纳米颗粒堆积成的中空Bi2WO6微球因其大的比表面积和高的荷质传输速率,表现出显著优于其它形貌的光催化性能.目前已有少量关于中空结构Bi2WO6微球的制备方法的报道,这些方法均需引入纳米球状的"核"作为模板,并在其上生长Bi2WO6胶体颗粒,然后去除"核",从而得到中空结构.譬如,Shang等采用碳纳米球作为"核"制备出Bi2WO6微球,再通过煅烧手段去除碳"核".Thillai与合作者用硅球作为"核",为了得到中空结构Bi2WO6微球,用NaOH将硅"核"刻蚀.然而这类方法均涉及到复杂的制备过程和高昂的运行成本.超生喷雾热分解法是一种常见的制备尺寸可控的纳米球的方法.在之前的工作中,本研究组成功使用超声喷雾热解法制备出具有优良光催化活性的Bi2WO6实心微球.我们首次加入NaCl盐为模板,使用简单的超声喷雾热分解方法制备出具有中空结构的Bi2WO6微球光催化剂,合成过程无需采用复杂的除"核"手段.一系列表征表明:该微球由直径为41?148 nm的纳米片自组装而成,并在表面形成了不均匀分布的孔结构;并对Bi2WO6中空微球的生长机制做了详细的研究,考察了所制备Bi2WO6催化剂去除NO的效率.生长机制研究结果表明,NaCl盐在中空Bi2WO6微球的形成过程中发挥着关键性作用:(1)NaCl盐溶液在超生喷雾热分解法的高温过程中形成NaCl单晶并作为"核"模板,参与中空Bi2WO6微球的形成;(2)Na+离子有助于Bi2WO6微球的微结构-纳米片的生长;(3)Cl?离子有利于Bi2WO6微球表面微孔的形成;(4)NaCl模板水洗后留下中空结构的Bi2WO6微球;(5)NaCl盐也充当着多孔诱发剂,其水洗溢出过程会造成Bi2WO6微球表面的孔结构.性能测试表明,以NaCl盐为模板所制备的中空Bi2WO6微球表现出优异的光催化性能,其在模拟太阳光下去除NO的效率是未添加模板的1.7倍、以KCl为模板的1.5倍、以Na2SO4为模板的1.2倍.BET和DRS分析表明,中空结构Bi2WO6微球具有大的比表面积和高的可见光吸收,对提高催化性能起到重要作用.ESR测试结果表明,?OH和?O2?是中空Bi2WO6微球的光催化反应过程的主要活性物种,?O2?的产生有助于提高光催化剂降解NO的耐受性.     

花状结构Bi2WO6多孔微球: 组装及光催化性能

利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为结构导向剂,在水热条件下合成了由纳米片组装而成的Bi2WO6花状多孔微球的新颖结构。探讨了反应时间、表面活性剂种类等因素对产物形貌、结构和性能的影响。在氙灯照射下,发现使用CTAB所得到的Bi2WO6比添加SDBS所得到的样品具有更高的催化罗丹明B降解的活性,原因是前者具有较大的比表面积和吸收阈值。同时提出了晶体可能的生长机理为各向异性生长特性和自组装-Ostwald熟化过程的结合。     

异质结构AgCl/Bi2WO6微米球制备、表征及其光催化性能

首先利用水热法制备了由纳米片组装的粒径为1.5–2μm的Bi2WO6微球,然后在微球表面沉积了不同含量的AgCl (5 wt%,10wt%,20wt%,30wt%),制备了异质结构AgCl/Bi2WO6微球光催化剂.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射吸收等手段对所制的光催化剂进行表征,并以紫外光和可见光分别为光源,罗丹明B为降解对象测试了其光催化活性,考察复合不同含量的AgCl对Bi2WO6光催化剂的性能影响.结果表明,沉积AgCl对Bi2WO6的晶体结构、表面性能和光吸收性能没有产生明显影响,但大幅度提高了Bi2WO6的紫外和可见光催化活性.当复合20wt%AgCl时, AgCl/Bi2WO6光催化活性最佳,紫外光下比纯Bi2WO6提高了2.2倍,可见光下提高了1倍.这主要是由于形成的AgCl/Bi2WO6异质结能有效抑制光生电子和空穴的复合,从而提了其光催化性能.     

异质结构AgCl/Bi_2WO_6微米球制备、表征及其光催化性能（英文）

首先利用水热法制备了由纳米片组装的粒径为1.5–2μm的Bi2WO6微球,然后在微球表面沉积了不同含量的AgC l(5 wt%,10 wt%,20 wt%,30 wt%),制备了异质结构Ag Cl/Bi2WO6微球光催化剂.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射吸收等手段对所制的光催化剂进行表征,并以紫外光和可见光分别为光源,罗丹明B为降解对象测试了其光催化活性,考察复合不同含量的AgC l对Bi2WO6光催化剂的性能影响.结果表明,沉积AgC l对Bi2WO6的晶体结构、表面性能和光吸收性能没有产生明显影响,但大幅度提高了Bi2WO6的紫外和可见光催化活性.当复合20 wt%Ag Cl时,AgC l/Bi2WO6光催化活性最佳,紫外光下比纯Bi2WO6提高了2.2倍,可见光下提高了1倍.这主要是由于形成的Ag Cl/Bi2WO6异质结能有效抑制光生电子和空穴的复合,从而提了其光催化性能.     

Bi2WO6/g-C3N4复合型催化剂的制备及其可见光光催化性能

利用溶剂热法,把Bi2WO6纳米颗粒植入g-C3N4层间和表面成功地制备了Bi2WO6/g-C3N4复合型光催化剂。通过XRD、SEM、TEM、BET和UV-Vis分别对样品的结构、组成、形貌、比表面积、光学性能进行了表征。结果表明,g-C3N4层状结构被部分剥离成碎片且与Bi2WO6纳米颗粒形成了复合物。Bi2WO6/g-C3N4复合型光催化剂与单一Bi2WO6相比不仅扩展了可见光的响应范围、增大了比表面还加速了光生电子与空穴的分离。结果表明,Bi2WO6的最佳负载量为60wt%时,复合型光催化剂具有最高的可见光催化活性且性能稳定、易回收。     

增强光催化活性的3D分级结构Bi2WO6微球及表面酸性

以KNO3为矿化剂,用水热法制备了3D分级结构Bi2WO6微球,通过XRD、SEM、BET对产物进行了表征.探讨了3D分级结构Bi2WO6微球可能的形成机理.以罗丹明B为模型污染物,研究了合成产物的光催化性质.结果表明:在紫外光下,RhB的降解以共轭结构断裂的光催化反应为主;而在可见光照射下,RhB的降解可能是光催化和光敏化共同作用的结果.进一步以吡啶为探针分子,通过吸附吡啶红外光谱探讨了Bi2WO6表面酸性与光催化降解RhB之间的关系.研究显示,Bi2WO6具有较强的表面酸性,增强了Bi2WO6与RhB分子之间吸附作用,有利于染料分子上的电子跃迁至催化剂上,易于发生光敏化和光催化反应.     

正丙醇诱导合成WO3粉体与光致变色性质

采用正丙醇为有机诱导剂, 在水热条件下制备了形貌新颖的WO3粉体, 使用XRD, SEM和TEM等手段进行了结构和形貌表征, 并用紫外-可见(UV-Vis)光谱仪及测色计测试了光致变色性能. 结果表明, 正丙醇诱导合成的WO3粉体仍为六方相, 但形成了特殊的海胆状纳米结构, SEM和TEM测试结果表明, 海胆状WO3微球由大量的WO3纳米杆簇集形成. 该诱导产物的纳米杆簇集成的海胆状结构显著地改善了光生质子的传输过程, 提高了合成的WO3粉体的光致变色性能.     

超声化学法制备SrF2纳米片自组装微球

通过简单的超声化学方法制备了SrF2纳米片自组装微球.合成的产物通过粉末X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜进行了表征和分析.结果表明这些微球是由规则、有序的纳米片组成.而这些纳米片互相垂直连接组装成微球.研究还发现反应物的浓度.配位剂和pH值对产物的形貌和尺寸有着重要的作用.     

可见光响应Bi2WO6薄膜的制备与光电化学性能

采用非晶态配合物-提拉法在ITO导电玻璃基底上制备得到Bi2WO6薄膜. 采用FE-SEM、XRD、Raman、DRS、光电流响应谱、IPCE等手段, 研究了Bi2WO6薄膜的形貌、结构、光电性能以及薄膜结构与光电性能的关系. 结果表明, 450 ℃以上煅烧可以得到Bi2WO6结晶薄膜, 薄膜由沿(131)晶面趋向生长的Bi2WO6纳米颗粒组成, 颗粒的粒度随煅烧温度的升高而增大, 同时颗粒之间的间距也相应增大. ITO/Bi2WO6薄膜电极在可见光(λ>400 nm)照射下可以产生光电流, 光电流强度与光强度线性相关; 光电流强度和光电转换量子效率受Bi2WO6薄膜结构的影响, 通过控制薄膜的煅烧温度等制备条件, 可以提高薄膜光电极的光电转换量子效率.     

Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米微球的制备及表征

为研究PVP含量对CZTS颗粒形貌以及分散性的影响,本文采用溶剂热法,以CuCl2·2H2O、Zn(Ac)2·2H2O、SnCl4·5H2O作金属源,硫脲作硫源,乙二醇为溶剂,在体系中加入不同含量的PVP,成功制备了CZTS微球。通过XRD、Raman、SEM、TEM、UVVis等方法检测分析CZTS纳米微球的物相、结构、形貌以及光学性能。结果表明:所得CZTS纳米颗粒具有锌黄锡矿结构;当体系中PVP含量为0.2 g时,颗粒分散性较好,制备的颗粒形貌为表面嵌有纳米薄片的微球,纳米片较在体系中加入0.1 g PVP更致密;光学带隙约为1.47 eV,与太阳能电池所需的最佳带隙接近。最后,对表面嵌有纳米薄片的CZTS微球可能的形成机理进行了推测。     

Br掺杂Bi2WO6微球的制备及其光催化性能

以五水合硝酸铋和二水合钨酸钠为原料,以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为溴源,制备Br掺杂Bi₂WO₆,通过调节CTAB的含量,利用水热法制备了Br掺杂量不同的Bi₂WO₆催化剂。以抗生素环丙沙星、诺氟沙星作为污染物,测试Br掺杂Bi₂WO₆催化剂的光催化性能。结果表明,2%掺杂量（物质的量分数）的Bi₂WO₆相比于Bi₂WO₆的光催化降解性能最好。此外,通过X射线粉末衍射、红外光谱、扫描电镜、荧光光谱、X射线光电子能谱和拉曼光谱等一系列表征,对Br掺杂后催化剂的物相组成、微观形貌、光生电荷分离率和光学性质等进行分析。最后进行了自由基捕获实验并提出了可能的光催化机理。     

Preparation and visible light photocatalytic activity of Bi2O3/Bi2WO6 heterojunction photocatalysts

The Bi₂O₃/Bi₂WO₆ heterojunction photocatalysts were prepared by a two-step solvothermal process using Bi(NO₃)₃-ethylene glycol solution as Bi source. The catalysts were characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-vis diffuse reflection spectroscopy. The heterostructure catalysts are composed of Bi₂O₃ nanoparticles as modifier and 3D Bi₂WO₆ microspheres as substrate. Bi₂O₃ nanoparticles with diameters of about 10-15 nm are tightly grown on the lateral surface of the Bi₂WO₆ microspheres. The hierarchical Bi₂O₃/Bi₂WO₆ microspheres exhibit higher photocatalytic activity than the single phase Bi₂WO₆ or Bi₂O₃ for the degradation of rhodamine B under visible light illumination (λ>420 nm). The enhancement of the photocatalytic activity of the Bi₂O₃/Bi₂WO₆ heterojunction catalysts can be ascribed to their improved light absorption property and the reduced recombination of the photoexcited electrons and holes during the photocatalytic reaction. The effect of loading amount of Bi₂O₃ on the catalytic performance of the heterojunction catalysts was also investigated and the optimal content of Bi₂O₃ is 3 wt%. The Bi₂O₃/Bi₂WO₆ heterojunction photocatalysts are essentially stable during the photocatalytic process.     

Bi2WO6/g-C3N4复合型催化剂的制备及其可见光光催化性能

利用溶剂热法, 把Bi₂WO₆纳米颗粒植入g-C₃N₄层间和表面成功地制备了Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合型光催化剂。通过XRD、SEM、TEM、BET和UV-Vis分别对样品的结构、组成、形貌、比表面积、光学性能进行了表征。结果表明, g-C₃N₄层状结构被部分剥离成碎片且与Bi₂WO₆纳米颗粒形成了复合物。Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合型光催化剂与单一Bi₂WO₆相比不仅扩展了可见光的响应范围、增大了比表面还加速了光生电子与空穴的分离。结果表明, Bi₂WO₆的最佳负载量为60wt%时, 复合型光催化剂具有最高的可见光催化活性且性能稳定、易回收。     

Br~-掺杂Bi_2WO_6的水热法合成及其可见光催化性能

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和Na_2WO_4·2H_2O为主要原料,采用水热法合成了纯相Bi_2WO_6,并对其进行非金属离子Br-掺杂改性。采用XRD、SEM、TEM、XPS、Raman、PL和DRS研究了Br~-掺杂对Bi_2WO_6的物相结构、形貌和可见光催化性能的影响。结果表明,Br-掺杂可有效提高Bi_2WO_6的可见光催化性能,当掺杂量(物质的量百分数)为8%时,溴掺杂Bi_2WO_6的光催化性能最好,可见光照射40 min后,可降解96.73%的罗丹明-B,与未掺杂Bi_2WO_6相比,其降解率提高了36.32%。     

Br-掺杂Bi2WO6的水热法合成及其可见光催化性能

以Bi（NO₃）₃·5H₂O和Na₂WO₄·2H₂O为主要原料,采用水热法合成了纯相Bi₂WO₆,并对其进行非金属离子Br^-掺杂改性。采用XRD、SEM、TEM、XPS、Raman、PL和DRS研究了Br^-掺杂对Bi₂WO₆的物相结构、形貌和可见光催化性能的影响。结果表明,Br^-掺杂可有效提高Bi₂WO₆的可见光催化性能,当掺杂量（物质的量百分数）为8%时,溴掺杂Bi₂WO₆的光催化性能最好,可见光照射40 min后,可降解96.73%的罗丹明-B,与未掺杂Bi₂WO₆相比,其降解率提高了36.32%。     

I-辅助构建具有优异吸附与光催化性能的类红细胞状Bi2WO6

通过简单的水热法,在I^-辅助的情况下,首次在不使用任何有机封端剂的情况下,获得了均匀的类红细胞状Bi₂WO₆。为了分析影响Bi₂WO₆形貌的前提条件,我们尝试改变I^-浓度、水热时间和温度,并提出可能的生长机理。I^-吸附在Bi₂WO₆纳米片的表面,以防止纳米片过度积聚并引导它们形成类红细胞的结构。独特的层状结构一方面增加了比表面积并提供了更多的反应位点,另一方面还提高了表面酸度并提高了吸附能力。     

Bi2WO6量子点(QDs)修饰Bi2MoO6-xF2x异质结的构筑及其催化活性增强机理

采用简单沉积-沉淀法合成了Bi_2WO_6@Bi_2MoO_(6-x)F_(2x)(BWO/BMO_(6-x)F_(2x))异质结,借助XRD、XPS、TEM、SEM、EDS、UV-Vis-DRS、PC和EIS等测试技术对其组成、形貌、光吸收特性和光电化学性能等进行系统表征,并以模型污染物罗丹明B(Rh B)的光催化降解作为探针反应来评价Bi_2WO_6@Bi_2MoO_(6-x)F_(2x)异质结的光催化活性增强机制。形貌分析表明,所得Bi_2MoO_6微球由大量厚度为20~50 nm的纳米片组成;FE-SEM和HR-TEM分析表明,尺寸约为10 nm的Bi_2WO_6量子点均匀沉积在Bi_2MoO_(6-x)F_(2x)微球表面,形成新颖的Bi_2WO_6@Bi_2MoO_(6-x)F_(2x)异质结;与纯Bi_2MoO_6或者Bi_2WO_6相比,1∶1Bi_2WO_6@Bi_2MoO_(6-x)F_(2x)异质结表现出更好的光催化活性和光电流性质,其对RhB光催化降解的表观速率常数分别为纯BMO和BWO的6.4和11.6倍。PC和EIS图谱分析表明,Bi_2WO_6量子点表面沉积显著提高Bi_2MoO_(6-x)F_(2x)光生电子/空穴的分离效率和迁移速率;活性物种捕获实验证明了·O_2~-和h~+是主要的活性物种。根据实验结果,探讨了F-掺杂和Bi_2WO_6量子点之间的协同效应对Bi_2MoO_6的光催化活性的影响机制。     

Bi2WO6量子点(QDs)修饰Bi2MoO6-xF2x异质结的构筑及其催化活性增强机理

采用简单沉积-沉淀法合成了Bi₂WO₆@Bi₂MoO_6-xF_2x（BWO/BMO6-xF2x）异质结,借助XRD、XPS、TEM、SEM、EDS、UV-Vis-DRS、PC和EIS等测试技术对其组成、形貌、光吸收特性和光电化学性能等进行系统表征,并以模型污染物罗丹明B（RhB）的光催化降解作为探针反应来评价Bi₂WO₆@Bi₂MoO_6-xF_2x异质结的光催化活性增强机制。形貌分析表明,所得Bi₂MoO₆微球由大量厚度为20~50 nm的纳米片组成;FE-SEM和HR-TEM分析表明,尺寸约为10 nm的Bi₂WO₆量子点均匀沉积在Bi₂MoO_6-xF_2x微球表面,形成新颖的Bi₂WO₆@Bi₂MoO_6-xF_2x异质结;与纯Bi₂MoO₆或者Bi₂WO₆相比,1∶1Bi₂WO₆@Bi₂MoO_6-xF_2x异质结表现出更好的光催化活性和光电流性质,其对RhB光催化降解的表观速率常数分别为纯BMO和BWO的6.4和11.6倍。PC和EIS图谱分析表明,Bi₂WO₆量子点表面沉积显著提高Bi₂MoO_6-xF_2x光生电子/空穴的分离效率和迁移速率;活性物种捕获实验证明了·O₂^-和h⁺是主要的活性物种。根据实验结果,探讨了F^-掺杂和Bi₂WO₆量子点之间的协同效应对Bi₂MoO₆的光催化活性的影响机制。