TiO2/SnO2复合光催化剂的耦合效应

采用改进的sol gel技术制备TiO2/SnO2耦合型半导体光催化剂,利用XRD、气相色谱 仪、粒度仪和表面光电压装置等研究了耦合型半导体光催化机理和光催化效率的影响因素, 并通过降解甲醛探讨其在空气污染治理中的作用.实验结果表明,添加20 ％(mol) SnO2的复 合半导体光催化剂,其光催化效率比纯TiO2高一倍以上.据实验结果和粒子紧密堆积原理,提 出强耦合效应和弱耦合效应的光催化反应模型,并用此模型较好地解释了TiO2/SnO2复合型半 导体光催化剂的光催化效率随SnO2含量变化规律.     

TiO2／SnO2复合光催化剂的耦合效应

采用改进的 sol-gel技术制备ＴiO2/SnO2耦合型半导体光催化剂,利用ＸＲＤ、气相色谱仪、粒度仪和表面光电压装置等研究了耦合型半导体光催化机理和光催化效率的影响因素,并通过降解甲醛探讨其在空气污染治理中的作用。实验结果表明,添加20％（mol)SnO2的复合半导体光催化剂,其光催化效率比纯TiO2高一倍以上。据实验结果和粒子紧密堆积原理,提出强耦合效应和弱耦合效应的光催化反应模型,并用此模型较好地解释了TiO2/SnO2复合型半导体光催化剂的光催化效率随SnO2 含量变化规律。     

二氧化钛基Z型光催化剂综述(英文)

TiO_2具有无毒、耐腐蚀、高稳定和低成本等特点,已被广泛应用于光催化领域.然而,TiO_2的禁带较宽,只能吸收仅占太阳光4%的紫外光部分,从而严重限制了TiO_2光催化材料对太阳光的有效应用.目前很多方法被用来提高TiO_2光催化效率,如金属/非金属掺杂、贵金属负载、异质结构建和与碳材料复合等,这些策略在提高光催化剂的光催化效率中,涉及到如何兼顾太阳光利用和光生空穴和电子氧化还原能力两者之间的平衡.通常,半导体禁带宽度越窄,半导体的光谱响应范围越宽、太阳光利用越多,但光生空穴和电子氧化还原能力越弱.因此,想要提高TiO_2的光催化性能,应考虑以下两个方面的平衡:即降低带隙宽度,拓展半导体的光谱响应范围;与之同时使价带电位更正,导带电位更负之间的平衡.然而,这两个点是相互矛盾的,因此很难在单组分光催化剂中同时实现这两点.然而,Z型光催化剂可以同时满足这两点要求,即:降低半导体的带隙,同时使导带更负,价带更正,因为Z光催化系统利用了两种半导体的优势,其电荷转移机制类似于自然界中绿色植物的光合作用,其中的载流子传输途径包括两步激发,类似于英文字母"Z",Z型光催化剂因此而得名.Z型光催化剂既能保留较高还原能力的光生电子和又能保留较高氧化能力的光生空穴,由于Z型光催化剂特有的优点,在光催化领域的应用越来越广泛.本文综述了TiO_2基Z型光催化剂的最新研究进展,其中包括:Z型光催化机理、应用范围和光催化活性改进方法.Z型光催化剂分为传统液相Z型光催化体系,全固态Z型光催化体系,以及最近几年发展起来的直接Z型光催化体系.它们的主要应用包括:光催化分解水产氢、二氧化碳还原制备太阳燃料、有机污染物光催化降解.论文进一步讨论了提高TiO_2基Z型光催化剂性能的方法,包括pH值调控、电子导体选择、助催化剂使用、掺杂改性、组织形貌控制、两种半导体质量比优化等.最后,提出了TiO_2基Z型光催化剂今后面临的挑战和发展前景展望.     

构建2D-2D TiO2纳米片/层状WS2异质结用以增强可见光响应光催化活性

自Fujishima等首次报道以来, TiO_2作为一种重要的光催化剂引起了人们的广泛关注.迄今为止,研究人员已经开发出了各种形貌的具有不同晶型结构的TiO_2,并用于光催化降解有机污染物.然而, TiO_2的宽禁带(3.2 eV)使其难以被可见光激活,导致对太阳光的利用效率低下.而且,在光催化反应中,低的量子效率无法满足实际应用.因此,开发具有可见光响应的高催化活性的TiO_2基催化剂具有重要意义.集成复合材料、纳米材料和界面的优势构建纳米复合材料已成为提高TiO_2光催化活性的重要策略. WS_2具有典型的类石墨烯层状结构和窄的带隙(1.35 eV),且其导带高于TiO_2的导带,适合作为助催化剂修饰TiO_2,使其具备可见光响应光催化活性.本文采用一步水热法,以二维(2D)TiO_2纳米片作基质材料,直接在其表面原位生长WS_2层,制得了2D-2D TiO_2纳米片/层状WS_2(TNS/WS_2)异质结. XRD及Raman结果表明,层状WS_2与TiO_2纳米片紧密结合在一起,且两者之间形成了W=O键.TEM结果显示,层状WS_2以面-面堆叠方式均匀地包覆在TiO_2纳米片表面,包覆层数约为4层.光催化性能测试结果表明,可见光照射下, TNS/WS_2异质结对RhB的光催化降解能力高于原始TiO_2纳米片和层状WS_2,光催化活性得到明显增强.紫外可见光谱试验结果显示,层状WS_2的引入极大地增强了异质结的光吸收性能. PL光谱测试表明, TNS/WS_2异质结具有更高效的载流子分离效率.为了进一步证实是光吸收性能的提升还是载流子分离效率的增强对光催化性能提起其主要作用,本文还研究了3D-2D TiO_2空心微球/层状WS_2(THS/WS_2)复合材料.结果表明, TNS/WS_2异质结比THS/WS_2复合材料具有更高效的光生电子和空穴的分离能力.从而证明了TiO_2纳米片与层状WS_2之间完美的2D-2D纳米界面和紧密的界面结合,显著增加了载流子分离效率,因此光催化活性得到明显提高.为了研究TNS/WS_2异质结光催化剂的光催化机理,采用重铬酸钾、草酸铵、叔丁醇和对苯醌作自由基猝灭剂进行了自由基捕捉剂实验.结果表明,空穴在RhB降解过程中起主要作用,超氧自由基起次要作用.基于自由基猝灭实验结果和带隙结构分析,提出了TNS/WS_2异质结对RhB的光催化机理为双转移光催化机理.可见,界面异质结工程化可能是制备高效和环境稳定的光催化剂的新思路     

电纺法构筑高光催化活性的Z型TiO2/g-C3N4/RGO三元异质结

太阳能光催化技术广泛应用于处理环境污水中.Z型光催化剂体系具有较强的氧化还原能力,降低半导体的带隙,且使导带更负,价带更正,有效拓宽光生电子-空穴空间距离,抑制其复合,大大提高了光催化剂的催化性能,因此,构筑直接的Z型光催化体系已成为光催化领域的研究热点之一.TiO_2具有较好的光催化性能和良好的化学稳定性,但其禁带较宽,只能被太阳光中约占4%的紫外光激发,对太阳光中约占50%的可见光不响应,且光生电子-空穴易复合.g-C_3N_4是非金属光催化剂,具有较好的光催化活性,可见光吸收非常强,但比表面积较小,光生电子-空穴易复合.还原氧化石墨烯(RGO)具有大的比表面积和优异的传输载流子能力,可显著提高光催化剂的比表面积,同时降低电子空穴复合效率,从而在一定程度上改善光催化剂性能.大量研究证实, TiO_2/g-C_3N_4/RGO三元异质结的光催化性能明显优于单组份TiO_2, g-C_3N_4和二元TiO_2/g-C_3N_4光催化剂,但现有制备工艺复杂且耗时,因此,简易地构筑具有高光催化性能的Z型TiO_2/g-C_3N_4/RGO三元异质结仍具有挑战性.本文采用简易的直接电纺法构筑了高光催化活性的Z型TiO_2/g-C_3N_4/RGO三元异质结光催化剂,通过调节尿素的用量成功制备了一系列不同形貌的TiO_2/g-C_3N_4/RGO三元异质结.并采用X-射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射吸收光谱、氮气吸附-脱附测试、光电化学测试和荧光光谱等技术对所制备样品的晶型、组成、形貌、光捕获能力、载流子分离能力、比表面积、光电流、阻抗、光降解性能以及羟基自由基的生成进行系统性测试.以罗丹明B为目标探针分子,考察了模拟太阳光下所制备的光催化剂的光催化活性,结果表明,尿素添加量为0.6g时,电纺构筑的TiO_2/g-C_3N_4/RGO三元异质结在60min具有99.1%的光催化降解效率,显著优于纯TiO_2, g-C_3N_4,二元TiO_2/g-C_3N_4以及制备的其它TiO_2/g-C_3N_4/RGO三元异质结光催化剂.基于光电化学测试、活性物种淬灭实验和荧光光谱分析测试羟基自由基等分析结果,提出了一个合理的Z型增强光催化活性机理.     

介孔AgBr/TiO_2-SiO_2光催化剂的制备及其可见光催化活性

通过沉积法将光活性AgBr半导体负载到介孔TiO_2-SiO_2载体上合成了新型的AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂.采用X射线衍射仪、高分辨透射电镜、紫外-可见吸收光谱仪等分析了AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂的结构和光谱性质;并采用BET法测定了样品的比表面积和孔分布.结果表明,介孔TiO_2-SiO_2载体的比表面积为135.5m2/g,平均孔径约为3.8nm,AgBr的负载可以有效地将AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂的吸收光谱从紫外光区扩展到可见光区,且AgBr和TiO_2形成了异质结结构,强化了AgBr与介孔TiO_2-SiO_2载体的协同作用.以罗丹明B作为探针分子,评价了AgBr负载量对复合光催化剂可见光催化活性的影响.结果发现,当AgBr∶TiO_2=0.1,0.2,0.3和0.4(物质的量之比,下同)时,复合光催化剂的光催化反应速率常数分别为0.008 5、0.028 6、0.024 6和0.019 3min-1,活性先增加后减小,当AgBr∶TiO_2=0.2时,复合光催化剂表现出最高的光催化活性,并且在5次循环测试中均表现出较高的光催化活性.     

1D/2D TiO2/ZnIn2S4S型异质结光催化剂及其高效制氢性能

通过半导体催化剂利用太阳能分解水制氢被认为是解决人类面临的环境问题和能源危机的有效途径.在众多的半导体光催化剂中,TiO₂由于其良好的光化学稳定性、无毒性、丰富的形貌以及低廉的价格,在光催化制氢领域备受关注.然而TiO₂的内在缺陷,如较宽的带隙、较窄的光响应范围,光生电子空穴对的快速复合,极大限制了其太阳能制氢效率.构建异质结结构被认为是解决以上问题的一个有效方法,通过将TiO₂与另一个半导体复合可以提升催化剂对太阳光的吸收范围,也可降低光生电子空穴对的复合速率.但构建一个成功的异质结结构不仅要满足上述的要求,还需要保留异质结催化剂体系中光生电子和空穴的氧化还原能力.研究表明,S型异质结是将两个具有合适能带结构的半导体进行耦合,由于费米能级的差异,两个半导体间将发生电子转移,从而引起能带弯曲并形成内建电场.光照条件下,具有较弱还原能力的光生电子在内建电场和能带弯曲的作用下与较弱氧化能力的光生空穴复合,实现异质结催化剂体系中各个半导体内部光生载流子有效分离的目标,同时保留了异质结催化剂体系中较强氧化能力和较强还原能力的光生电子和空穴,进而实现光催化活性的提高.本文采用水热合成方法,将具有更强还原能力和可见光响应特性的半导体(ZnIn₂S₄)原位生长在TiO₂纳米纤维表面,构建了1D/2DTiO₂/ZnIn₂S₄S型异质结光催化剂.最优比例的TiO₂/ZnIn₂S₄复合材料表现出优越的光催化制氢活性(6.03mmol/h/g),分别是纯TiO₂和纯ZnIn₂S₄制氢活性的3.7倍和2倍.TiO₂/ZnIn₂S₄复合材料光催化活性的提高可以归因于紧密的异质结界面、光生载流子的有效分离、丰富的反应活性位点以及增强的光吸收能力.通过原位XPS和DFT计算研究了异质结内部光生电子的转移机制.结果表明,在光照条件下电子由TiO₂向ZnIn₂S₄迁移,遵循了S型异质结内部电子的转移机制,实现了TiO₂和ZnIn₂S₄内部光生载流子的有效分离,同时保留了具有较强还原能力的ZnIn₂S₄价带电子和较强氧化能力的TiO₂导带空穴,从而显著提升光催化制氢效率.综上,本文制备的TiO₂/ZnIn₂S₄S型异质结光催化剂很好地克服了TiO₂在光催化制氢领域所面临的诸多障碍,为设计和制备高效异质结光催化剂提供了新的思路.     

原位构筑Type-II型异质结MgSnOH6/SnO2及其 光催化降解罗丹明B的研究

本文采用一锅法水热制备Type-II型光催化复合材料MgSn(OH)_6/SnO_2,并将其用于降解罗丹明B溶液的研究。通过粉末X射线多晶衍射和傅里叶红外反射光谱进行结构表征。研究结果表明,原料MgCl_2·6H_2O/SnCl_4·5H_2O=4/6 mmol时,具有最优的光催化降解效果,其降解率在60 min达到99%,光催化降解行为满足赝一级动力学模型,速率常数为0.076 min~(-1)。光催化活性自由基捕获实验发现,羟基自由基(·OH),超氧自由基(·O~-_2)和空穴(h~+)均为主要的氧化活性物种。此外,我们还采用光电化学测量研究了其光催化机理。光催化活性的增强是由于在MgSn(OH)_6和SnO_2之间形成了Type-II型异质结,加速了光生电子和空穴的有效分离。循环实验表明MSOH-SO-50样品具有良好的光催化降解和结构稳定性。本文的研究为探索新型、高效的半导体光催化剂提供了重要的研究指导。     

中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC_2纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC_2/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)及N2物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀(20~30 nm),碳化物主要以TaTiC_2晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO_2与Ta2O5通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。nTi∶nTa=2.5∶1.5时,相应的中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

光催化分解水制氢用二元半导体光催化剂

光催化分解水制氢被认为是解决能源问题和环境问题的有效方法,但目前的光催化效率仍然较低,结合使用2种半导体物质是提高光催化活性的一种有效途径。本文分两种类型阐述了已报道的用于光催化分解水制氢反应的二元半导体体系。一种为将2种半导体复合于一体,另一种为将2种半导体分散加入到光催化反应液中的Z型体系。基于肖特基模型探讨了2种半导体复合于一体的二元体系的光催化作用机制,指出p型半导体和n型半导体复合制得的光催化剂更能很好地发挥各半导体的光催化氧化性能和光催化还原性能。分析了Z型体系的优点和缺点,指出对于Z型体系的放氢催化剂和放氧催化剂也可以分别再进行二元复合改性,以抑制光激发载流子的复合,提高整个体系的光催化效率。     

Sc2MgGa2 and Y2MgGa2

Scandium magnesium gallide, Sc₂MgGa₂, and yttrium magnesium gallide, Y₂MgGa₂, were synthesized from the corresponding elements by heating under an argon atmosphere in an induction furnace. These intermetallic compounds crystallize in the tetragonal Mo₂FeB₂‐type structure. All three crystallographically unique atoms occupy special positions and the site symmetries of (Sc/Y, Ga) and Mg are m2m and 4/m, respectively. The coordinations around Sc/Y, Mg and Ga are pentagonal (Sc/Y), tetragonal (Mg) and triangular (Ga) prisms, with four (Mg) or three (Ga) additional capping atoms leading to the coordination numbers [10], [8+4] and [6+3], respectively. The crystal structure of Sc₂MgGa₂ was determined from single‐crystal diffraction intensities and the isostructural Y₂MgGa₂ was identified from powder diffraction data.     

Zur Kenntnis der Dialkalimetalldichalkogenide β-Na2S2, K2S2, α-Rb2S2, β-Rb2S2, K2Se2, Rb2Se2, α-K2Te2, β-K2Te2 und Rb2Te2

On Dialkali Metal Dichalcogenides β-Na₂S₂, K₂S₂, α-Rb₂S₂, β-Rb₂S₂, K₂Se₂, Rb₂Se₂, α-K₂Te₂, β-K₂Te₂ and Rb₂Te₂ The first presentation of pure samples of α- and β-Rb₂S₂, α- and β-K₂Te₂, and Rb₂Te₂ is described. Using single crystals of K₂S₂ and K₂Se₂, received by ammonothermal synthesis, the structure of the Na₂O₂ type and by using single crystals of β-Na₂S₂ and β-K₂Te₂ the Li₂O₂ type structure will be refined. By combined investigations with temperature-dependent Guinier-, neutron diffraction-, thermal analysis, and Raman-spectroscopy the nature of the monotropic phase transition from the Na₂O₂ type to the Li₂O₂ type will be explained by means of the examples α-/β-Na₂S₂ and α-/β-K₂Te₂. A further case of dimorphic condition as well as the monotropic phase transition of α- and β-Rb₂S₂ is presented. The existing areas of the structure fields of the dialkali metal dichalcogenides are limited by the model of the polar covalence.     

Thermal decomposition of Me3SnO2PCl2, Me2Sn(O2PCl2)2 and Ph3SnO2PCl2

TG and DTA studies on Me₃SnO₂PCl₂, Me₂Sn(O₂PCl₂)₂ and Ph₃SnO₂PCl₂ were carried out under dynamic argon atmosphere. The results show that the decomposition proceeds in different stages leading to the formation of Sn₃(PO₄)₂ as a stable product. This compound was characterized by IR spectroscopy. Decomposition schemes involving reductive elimination reactions were proposed.     

The alkali hypophosphites KH2PO2, RbH2PO2 and CsH2PO2

The structures of the hypophosphites KH₂PO₂ (potassium hypophosphite), RbH₂PO₂ (rubidium hypophosphite) and CsH₂PO₂ (caesium hypophosphite) have been determined by single‐crystal X‐ray diffraction. The structures consist of layers of alkali cations and hypophosphite anions, with the latter bridging four cations within the same layer. The Rb and Cs hypophosphites are isomorphous.     

Crystal Structures of [Bu2Sn(O2PPh2)2], [Ph2Sn(O2PPh2)2], and [PhClSn(O2PPh2)OMe]2. Raman Spectra of [Ph2Sn(O2PPh2)2] and [PhClSn(O2PPh2)OMe]2

[(n‐Bu)₂Sn(O₂PPh₂)₂] ( 1 ), and [Ph₂Sn(O₂PPh₂)₂] ( 2 ) have been synthesized by the reactions of R₂SnCl₂ (R=n‐Bu, Ph) with HO₂PPh₂ in Methanol. From the reaction of Ph₂SnCl₂ with diphenylphosphinic acid a third product [PhClSn(O₂PPh₂)OMe]₂ ( 3 ) could be isolated. X‐ray diffraction studies show 1 to crystallize in the monoclinic space group P2₁/c with a = 1303.7(1) pm, b = 2286.9(2) pm, c = 1063.1(1) pm, β = 94.383(6)°, and Z = 4. 2 crystallizes triclinic in the space group , the cell parameters being a = 1293.2(2) pm, b = 1478.5(4) pm, c = 1507.2(3) pm, α = 98.86(3)°, β = 109.63(2)°, γ = 114.88(2)°, and Z = 2. Both compounds form arrays of eight‐membered rings (SnOPO)₂ linked at the tin atoms to form chains of infinite length. The dimer 3 consists of a like ring, in which the tin atoms are bridged by methoxo groups. It crystallizes triclinic in space group with a = 946.4(1) pm, b = 963.7(1) pm, c = 1174.2(1) pm, α = 82.495(6)°, β = 66.451(6)°, γ = 74.922(6)°, and Z = 1 for the dimer. The Raman spectra of 2 and 3 are given and discussed.     

Electrochemical study of (NEt4)2Cl2FeS2MoS2 and (NEt4)2Cl2FeS2MoS2FeCl2

Summary The ability of [MoS₄]^2–, anions to be used as ligands for transition metal ions has been widely demonstrated, especially with Fe²⁺. The present study has been restricted to linear complexes such as (NEt₄)₂ [Cl₂FeS₂MoS₂] and (NEt₄)₂[Cl₂FeS₂MoS₂FeCl₂]. Their electrochemical properties are described: upon electrochemical reduction, these compounds yield MoS₂, as a black precipitate, and an iron complex in solution, assumed to be [SFeCl₂]^2–. The electrochemical reduction goes through two electron transfers, coupled with the breakdown of the molecular skeleton: a DISPl and an ECE mechanism. Depending on the solvent, the following equilibrium may be observed: [Cl₄Fe₂MoS₄]^2–[Cl₂FeMoS₄]^2–+FeCl₂. The equilibrium constant, K_D, was evaluated by differential pulse polarography. K_D is tightly related to the donor number of the solvent.     

Formal [(2+2)+2] and [(2+2)+(2+2)] nonconjugated dienediyne cascade cycloadditions

[reaction: see text] Fluoranthene 2 and heptacycle 3 are easily accessible from the reaction of diyne 1 and norbornadiene (NBD) in the presence of the rhodium catalyst. The unusual [(2+2)+(2+2)] adduct 3 was confirmed by the X-ray crystal structure analysis.