曙红-碳纳米管-CuO/CoO体系的光催化还原水制氢性能

构建了曙红-碳纳米管-CuO/CoO光催化体系(Eosin Y-MWNTs-CuO/CoO),并利用三乙醇胺作为牺牲剂考察了其可见光催化还原水制氢性能。结果表明,Eosin Y-MWNTs-CuO/CoO是一个高效的可见光催化剂,其光催化还原水析氢的速率可达403.1μmol.g-1.h-1。同时,还研究了溶液pH值、CuO/CoO负载量等因素对光催化体系活性的影响,并对Eosin Y-MWNTs-CuO/CoO的光催化机制进行了初步探讨。     

Eosin Y/Pt/SiO2催化剂光催化还原水制氢

构建了具有较高可见光还原水制氢性能的Eosin Y/Pt/SiO₂催化体系, 详细考察了二氧化硅性质、曙红Y与二氧化硅的混合方式以及光照强度等因素对光敏化催化剂制氢性能的影响. 实验结果表明: 二氧化硅的比表面积增大, 析氢速率随之提高; 光照强度过高或过低都不利于提高光量子效率; 与曙红Y浸渍法吸附在二氧化硅表面制备的催化剂相比, 原位物理混合制备的催化剂光敏化析氢速率和稳定性均有显著提高.     

以葡萄糖为电子给体光催化还原水制氢的研究

以葡萄糖为电子给体,研究了在M/TiO2(M=Pt,Pd,Au,Rh)催化剂上光催化还原水生成氢气的反应.重点考察了体系(或溶液)中溶解的气体和溶液的pH值对析氢速率的影响.实验结果表明,四种催化剂均能够有效地催化以葡萄糖为电子给体的光催化还原水制氢反应.溶液中溶解的一氧化碳和氧气对放氢反应有负面影响,析氢的最佳pH值约为5.本文还对可能的氧化反应机理进行了讨论,葡萄糖很可能经葡萄糖醛酸被氧化.     

光催化分解水的研究进展

阐述了利用光催化剂分解水获取氢气的原理和国内外的研究进展,特别对近几年来在开发新型高效半导体催化材料及拓展对可见光的响应等方面的研究工作进行了评述, 阐述了光催化分解水在解决能源紧缺和环境污染等方面的应用前景和今后的研究方向.     

La和Zn掺杂铌酸铋的光催化降解性能及其机理

用化学共沉淀法制备了镧和锌掺杂的铌酸铋纳米颗粒,表征了制备样品的微观结构和光催化降解性能。结果表明制备的样品对RhB表现出良好的可见光催化降解活性,且光催化效果受各种因素的影响。其中,Bi_0.96La_0.04NbO₄用量为0.15 g时,对pH=4、50 mL浓度为5 mg·L^-1 RhB溶液的光催化效果最佳。光催化机理研究表明催化剂在可见光照射下产生的电子空穴对RhB的降解起主要作用。该催化剂的制备方法简单、光催化性能稳定,5次循环后的活性仍大于95%。     

可见光照射下负载2,2´-联吡啶铁(II)的层状粘土催化剂活化分子氧降解染料污染物

在可见光照射下, 负载有2,2´-联吡啶铁(II)络合物的Laponite粘土能够有效地活化分子氧降解染料罗丹明B, 在水溶液中的2,2´-联吡啶铁(II)络合物则没有任何光催化活性. 该催化剂能够循环降解罗丹明B并且保持很好的光催化活性, 粘土催化剂易于通过离心或者沉降从体系中分离. 测定了光催化剂降解罗丹明B的TOC去除率和体系中的活性氧物种, 并且对催化反应机理进行了讨论.     

La和Zn掺杂铌酸铋的光催化降解性能及其机理

用化学共沉淀法制备了镧和锌掺杂的铌酸铋纳米颗粒,表征了制备样品的微观结构和光催化降解性能。结果表明制备的样品对RhB表现出良好的可见光催化降解活性,且光催化效果受各种因素的影响。其中,Bi_(0.96)La_(0.04)NbO_4用量为0.15 g时,对pH=4、50 m L浓度为5 mg·L-1 RhB溶液的光催化效果最佳。光催化机理研究表明催化剂在可见光照射下产生的电子空穴对Rh B的降解起主要作用。该催化剂的制备方法简单、光催化性能稳定,5次循环后的活性仍大于95%。     

不同复合体系对含钛高炉渣光催化还原Cr(VI)的影响

采用煅烧的硫酸盐掺杂的含钛高炉渣(sulfate-modified titanium-bearing blast furnace slag, STBBFS)作为光催化剂, 研究了Cr(VI)-柠檬酸[Cr(VI)-CA]复合体系和Cr(VI)-柠檬酸-硝酸铁[Cr(VI)-CA-FN]复合体系对 STBBFS催化剂光催化活性的影响. 结果表明: 酸性条件下, 不同复合体系对STBBFS催化剂光催化活性的促进作用按Cr(VI)-CA-FN复合体系＞Cr(VI)-CA复合体系＞Cr(VI)单一体系增强. Cr(VI)-CA复合体系在pH＝2.5, 反应50 min后STBBFS催化剂光催化活性为0.426 mg•min―1•g―1时将溶液中的Cr(VI)全部还原; 而Cr(VI)-CA-FN复合体系在pH＝2.5, 反应16 min后STBBFS催化剂光催化活性为1.2425 mg•min―1•g―1时将溶液中的Cr(VI)全部还原. 两种复合体系中, Cr(VI)离子的光催化还原过程都遵循L-H动力学规律, 虽然加入CA和FN后, 降低了吸附对光催化还原Cr(VI)的影响, 但是Cr(VI)吸附至催化剂表面仍然是整个反应过程的关键.     

全固态Z-Scheme光催化材料应用于二氧化碳还原和光催化分解水研究进展

由两种不同的半导体催化剂和电子传输介质建立的Z-Scheme光催化体系,通过在可见光照射下分别在两种半导体催化剂上进行氧化反应和还原反应,实现两步法光催化分解水和二氧化碳还原.相较于离子型Z-Scheme光催化体系,全固态Z-Scheme光催化体系具有适用范围广、无副反应、光源利用率高等特性,具有更加广阔的应用前景.在此,我们简述了Z-Scheme光催化体系的反应机理,综述了全固态Z-Scheme光催化体系在光催化分解水和光催化还原CO₂领域的应用,并对未来全固态Z-Scheme光催化体系的发展进行了展望.     

不同复合体系对含钛高炉渣光催化还原Cr(VI)影响

采用煅烧的硫酸盐掺杂的含钛高炉渣(sulfate-modified titanium-bearing blast furnace slag,STBBFS)作为光催化剂,研究了Cr(VI)-柠檬酸[Cr(VI)-CA]复合体系和Cr(VI)-柠檬酸-硝酸铁[Cr(VI)-CA-FN]复合体系对STBBFS催化剂光催化活性的影响.结果表明:酸性条件下,不同复合体系对STBBFS催化剂光催化活性的促进作用按Cr(VI)-CA-FN复合体系>Cr(VI)-CA复合体系>Cr(VI)单一体系增强.Cr(VI)-CA复合体系在pH=2.5,反应50 min后STBBFS催化剂光催化活性为0.426 mg·min-1·g-1时将溶液中的Cr(VI)全部还原;而Cr(VI)-CA-FN复合体系在pH=2.5,反应16 min后STBBFS催化剂光催化活性为1.2425 mg·min-1·g-1时将溶液中的Cr(VI)全部还原.两种复合体系中,Cr(VI)离子的光催化还原过程都遵循L-H动力学规律,虽然加入CA和FN后,降低了吸附对光催化还原Cr(VI)的影响,但是Cr(VI)吸附至催化剂表面仍然是整个反应过程的关键.     

Cu/Sr3Ti2O7的制备及其光催化分解水制氢活性

采用聚合合成法(PCM)合成出层状钙钛矿结构的Sr3Ti2O7, 进而负载Cu 离子, 制成Cu/Sr3Ti2O7催化剂. 以超纯水和甲醇牺牲剂体系的光催化分解反应为探针, 通过检测氢气生成速率评价了催化剂的光催化性能, 并借助光电子能谱(XPS)、X 射线衍射(XRD)分析、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对催化剂进行了表征. 实验结果表明, Cu 在催化剂中以多价态存在, Cu+和吸附氧有利于光生电子的转移. Cu/Sr3Ti2O7催化剂较之纯Sr3Ti2O7催化剂活性大大提高, Cu 最佳负载量为1.5%(w). 产氢速率可稳定在550-600 μmol·h-1. 还原过的Cu/Sr3Ti2O7催化剂产氢速率最高可达1140.8 μmol·h-1.     

不同半导体体系中磷化镍光催化甲酸分解的助催化作用

研究了在不同的半导体体系(TiO₂, CdS和C₃N₄)中, Ni₂P光催化甲酸(HCOOH)分解制氢的助催化效应. 作为助催化剂, Ni₂P与3种半导体形成的复合光催化剂均表现出良好的HCOOH分解制氢活性. Ni₂P/TiO₂, Ni₂P/CdS, Ni₂P/C₃N₄ 3种光催化剂最优的产氢活性分别为41.69, 22.45和47.67 μmol·mg^-1·h^-1, 分别为纯TiO₂, CdS和C₃N₄的3.8倍、 10倍和210倍, 表明Ni₂P在光催化HCOOH分解制氢体系中具有普适性. 研究了光催化HCOOH分解制氢的机理, Ni₂P的加入使光生电子从半导体转移至Ni₂P, 提高了光生电子-空穴对的分离效率; Ni₂P还促进了活性物种·OH的生成, 提高了光催化HCOOH分解的产氢速率.     

超声驱动制备Au/CdS催化剂及其高效光催化产氢北大核心CSCD

以HAuCl_(4)为前驱体,采用一种简单、快速的超声驱动法,在甲醇溶液中形成Au纳米粒子并沉积在CdS基底上合成Au/CdS,用于光催化分解水产氢.结果表明:当沉积Au的含量达到1.0%(质量分数)时,Au/CdS的产氢活性显著增强,可达到6.7 mmol·g^(-1) ·h^(-1) ,是纯CdS的21.6倍.超声驱动可在甲醇溶液中有效将前驱体(HAuCl_(4))中的Au3+还原为Au纳米粒子,并与CdS表面紧密作用,提高了光生电荷的分离效率,实现了高效光催化产氢.有关结果为快速、有效制备光催化产氢性能较好的金属/半导体催化剂提供了新的方法.     

壳聚糖钴配合物的合成及光催化产氢性能

通过一锅法合成了壳聚糖钴配合物(Cs-Co)催化剂. 电感耦合等离子体质谱与X光电子能谱测试结果表明, Cs-Co中Co元素的含量为1.1 mmol/g, Co为正二价. 在优化条件下, 18 mg Cs-Co催化剂的总催化产氢量达到12.7 mL(80 min), 催化产氢速率为30258 μmol·g ^-1·h ^-1. 通过研究Cs-Co的光催化并结合电化学方法, 提出了可能的光催化机理.     

Atomically Dispersed Main Group Magnesium on Cadmium Sul-fide as the Active Site for Promoting Photocatalytic Hydrogen Evolution Catalysis

Photoabsorption charge separation/transfer and surface reaction are the three main factors influencing the efficiency of photocatalysis.Band structure engineering has been extensively applied to improve the light absorption of photocatalysts,however,most of the developed photocatalysts still suffer from low photocatalytic performance due to the limited active site(s)and fast recombination of photogenerated charge carriers.In this work,atomically dispersed main group magnesium(Mg)is introduced onto CdS monodispersed nanospheres,which greatly enhances the photocatalytic hydrogen evolution reaction.The photocatalytic hydrogen evolution reaction rate reaches 30.6 mmol·gcatalyst^-1·h^-1,which is about 11.8 and 2.5 times that of pure CdS and Pt(2 wt.%)-CdS.The atomically dispersed Mg on CdS acts as an electron sink to trap photogenerated electrons,and at the same time,greatly reduces the Gibbs free energy of hydrogen evolution reaction(HER)and accelerates HER.     

Pt—TiO2光催化还原罗丹明B

报道了罗丹明B（RhB)在TiO2催化剂上的吸附过程及加氢反应结构。当草酸作为电给体时,光催化反应产生的氢气,可使RhB发生快速地氢反应,生成无色的加氢产物。该加氢过程与催化剂的种类、表面化学状态和担载催化剂的种类有密切关系。     

构建NiS2/MoSe2 S型异质结高效光催化产氢

S-scheme heterojunction is a major breakthrough in the field of photocatalysis. In this study, NiS₂ and MoSe₂ were prepared by a typical solvothermal method, and compounded by an in situ growth method to construct an S-scheme heterojunction. The obtained composite showed excellent performance in photocatalytic hydrogen evolution; the hydrogen production rate was approximately 7 mmol·h^-1·g^-1, which was 2.05 times and 2.44 times those of pure NiS₂ and MoSe₂, respectively. Through a series of characterizations, it was found that NiS₂ and MoSe₂ coupling can enhance the light absorption intensity, which is vital for the light reaction system. The efficiency of electron-hole pair separation is also among the important factors restricting photocatalytic reactions. Compared with pure NiS₂ and MoSe₂, NiS₂/MoSe₂ exhibited a higher photocurrent density, lower cathode current, and lower electrochemical impedance, which proves that the NiS₂/MoSe₂ complex can effectively promote photogenerated electron transfer. Simultaneously, the lower emission intensity of fluorescence indicated effective inhibition of electron-hole recombination in the NiS₂/MoSe₂ complex, which is favorable for the photocatalytic hydrogen evolution reaction. Further, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed that MoSe₂ is an amorphous sample surrounded by the NiS₂ nanomicrosphere, which greatly increased the contact area between the two, thus increasing the active site of the reaction. Secondly, as a photosensitizer, Eosin Y (EY) effectively enhanced the absorption of light by the catalyst in the photoreaction system. Meanwhile, during sensitization, electrons were provided to the catalyst, which effectively improved the photocatalytic reaction efficiency. The establishment of S-scheme heterojunctions contributed to improving the redox capacity of the reaction system and was the most important link in the photocatalytic hydrogen reduction of aquatic products. It was also the main reason for the improvement of the hydrogen evolution effect in this study. The locations of the conduction band and valence band of NiS₂ and MoSe₂ were determined by Mott-Schottky plots and photon energy curves, and further proved the establishment of the S-scheme heterojunction. This work provides a new reference for studying the S-scheme heterojunction to effectively improve the photocatalytic hydrogen production efficiency.      

单分散Ni簇锚定在CN上用于高效光催化析氢

利用太阳光在常温常压下驱动光催化反应高效进行是解决人类面临的能源、环境问题从而实现绿色化学的理想方案之一.然而,兼顾效率、成本和稳定性的高性能光催化体系的研究依然存在巨大的挑战.石墨氮化碳(g-C₃N₄)基光催化剂由于高稳定性、无毒无害和适合的能带结构,在光催化制氢方面存在巨大潜力.然而,表面的慢反应速率导致了光生电子和空穴的快速复合,限制了其实际引用.而助催化剂的负载对光催化反应起着至关重要的作用.首先,助催化剂能降低光催化反应的过电势;其次,能加快界面的电荷分离和迁移并提供更多的活性位点;最后,还可以抑制光腐蚀并且增强光催化剂的稳定性等.因此,开发合适的助催化剂提高表面反应速率对高效光催化制氢极为重要.助催化剂的研究急需新的设计思路,需要同时满足以下条件:(1)助催化剂定向锚定在半导体的电子富集区域捕获电子;(2)与半导体界面形成强且稳定的界面相互作用转移表面电荷;(3)高度分散的非贵金属助催化剂.本文以具有天然表面官能团和空隙的超薄氮化碳纳米片作为载体,设计了光化学还原制备单分散的镍原子簇新策略,可同时满足沉积在电子富集区域、高度分散的非贵金属、界面结合作用强的要求.高角度环形暗场扫描透射电镜、X射线吸收近边缘结构和扩展X射线吸收精细结构结果表明,单分散的过渡金属Ni簇活性位点锚定在石墨氮化碳上.原位光化学还原沉积法制备单分散的Ni簇锚定在石墨氮化碳表面的复合光催化剂,可以实现高效的光催化反应制氢活性,光催化制氢速率达到16.5 mmol·h^-1·g^-1,并且展现出461.14 h^-1的总周转频率(TOF(H₂))值,说明单分散的Ni簇提供了大量的活性位点和极大地提高了金属原子利用率.Ni-cluster/CN的CK边缘XAS光谱、NK边缘XAS光谱、XPS光谱和理论计算结果表明,基底物质石墨氮化碳可与单分散的Ni簇形成强且稳定的界面相互作用,其中C可充当电子受体,N可充当电子供体.光致发光光谱、荧光寿命、瞬态光电流、表面光电压和电化学阻抗表明,强且稳定的界面相互作用有效地促进了光生电子和空穴的分离和迁移.本文可为原位光沉积法制备单分散稳定的Ni簇助催化剂、研究助催化剂与半导体载体之间稳定的界面相互作用及用于高效光催化反应提供借鉴.