微波水热两步法合成高可见光响应Ag2S/ZnO及其光催化性能、机理

在不同的制备条件下,通过微波水热两步法获得了一系列Ag₂S/ZnO光催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)、扫描电子显微镜(SEM)和N₂吸附-脱附等测试手段对产物结构和形貌进行了表征。结果表明,产物以六方纤锌矿ZnO为主,其晶型结构并未随着反应温度和Ag₂S物质的量的增加而改变。Ag₂S的引入显著增强了光催化剂在可见光区的吸收,使吸收边带发生红移,同时抑制了ZnO(001)晶面的生长。另外,所得产物的形貌随着Ag₂S物质的量的增加从爆米花状转变为少量的柱体颗粒,且BET比表面积经过复合后明显减小。以罗丹明B为目标降解物,研究并比较了一系列Ag₂S/ZnO光催化剂对罗丹明B的光降解性能。结果表明,n_Ag2S/n_ZnO为1:10时,光催化剂在紫外光、可见光和模拟日光的照射下具有最好的光催化效果,优于目前应用最广泛的市售P25。另外,所制备的光催化材料Ag₂S/ZnO经4次循环使用后,其降解效率没有明显下降,表明该催化材料具有一定的光催化稳定性。经捕获实验研究发现,在Ag₂S/ZnO的光催化反应中空穴起主要作用,并根据绝对电负性估算了复合材料Ag₂S/ZnO的能带位置,据此提出了可能的光催化反应机理。     

Ag2S/Ag3PO4/Ni复合薄膜的制备及其光催化性能

采用电化学方法制备Ag₂S/Ag₃PO₄/Ni复合薄膜,以扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对薄膜的表面形貌、晶相结构、光谱特性及能带结构进行了表征,以罗丹明B为模拟污染物对薄膜的光催化活性和稳定性进行了测定,采用向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜的光催化机理进行了探索。结果表明：最佳工艺制备的Ag₂S/Ag₃PO₄/Ni是由均匀的球形纳米颗粒构成的薄膜,其光催化活性明显优于纯Ag₃PO₄/Ni薄膜和纯Ag₂S/Ni薄膜,且在保持薄膜光催化活性基本不变的前提下可循环使用6次。提出了可见光下Ag₂S/Ag₃PO₄/Ni复合薄膜光催化降解罗丹明B的反应机理。     

Ag3PO4/Ni薄膜的制备及其光催化降解罗丹明B的性能和机理

用电化学方法制备Ag₃PO₄/Ni薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构、光谱特性及能带结构进行了表征,以罗丹明B为模拟污染物对薄膜的光催化活性和稳定性进行了测定,采用向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化降解机理进行了探索.结果表明:最佳工艺下制备的Ag₃PO₄/Ni薄膜具有致密的层状表面结构,是由多晶纳米颗粒构成的薄膜.薄膜具有较高的光催化活性和突出的光催化稳定性,可见光下催化作用60 min,薄膜光催化罗丹明B的降解率是多孔P25 TiO₂/ITO纳米薄膜(自制)的2.3倍;在保持薄膜光催化活性基本不变的前提下可循环使用6次.给出了可见光下薄膜光催化降解罗丹明B的反应机理.     

溶胶-凝胶法低温制备N掺杂TiO2可见光光催化剂

为了满足低温制备可见光光催化材料的需要,采用溶胶-凝胶法制备TiO₂纳米晶溶胶,再与聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)直接反应制备N掺杂TiO₂可见光光催化剂。通过XPS分析,说明N取代了部分晶格中的O,UV-Vis漫反射吸收光谱显示,光催化剂具有明显的可见光响应,这是由于N原子的2p轨道位于O原子的2p轨道之上,从而使得价带和导带间的能量带隙变窄,引起吸收带红移,产生明显的可见光吸收。依靠亚甲基兰(MB)的可见光降解实验证明,N掺杂光催化剂具有良好的可见光光催化活性,16 h MB降解率接近25％。     

g-C3N4/CaTi2O5复合材料制备及其光催化性能

利用类石墨氮化碳（g-C₃N₄）和亚稳相钙钛氧化物（CaTi₂O₅）固相法制备C₃N₄/CaTi₂O₅复合材料。利用X射线衍射（XRD）、金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）及附带能谱分析仪（EDS）和N₂吸附-脱附对样品的显微结构和比表面积进行检测分析,并用紫外-可见吸收光度计（UV-Vis）测试了样品的光吸收性能,研究C₃N₄与CaTi₂O₅物质的量之比（n_C3N4/nCaTi₂O₅）对C₃N₄/CaTi₂O₅复合样品的物相结构和微观形貌的影响,同时考察C₃N₄/CaTi₂O₅复合样品在可见光照射下光催化降解罗丹明染料效果。实验结果表明：相比纯C₃N₄和CaTi₂O₅样品,C₃N₄/CaTi₂O₅复合样品在可见光下具有较高的光催化性能,随着n_C3N4/nCaTi₂O₅增加,样品的光催化降解率随之增加而后降低,当n_C3N4/nCaTi₂O₅=1：1时,样品的光催化降解率达到最大值99.5%,并且循环重复利用5次后,样品的光催化剂降解率仍几乎保持不变。复合样品光催化性能提高主要归因于复合能级结构有效地抑制了电子和空穴复合所致。     

异质型BiOI/NaBiO3光催化剂的合成及其光催化性能

根据表面化学蚀刻原理采用加热冷凝回流的方法制备了一系列组成的异质结构BiOI/NaBiO₃光催化剂.利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等技术对其晶相结构、微观形貌和光吸收性能进行了表征.光催化实验表明,BiOI/NaBiO₃在可见光下可以有效降解罗丹明B(RhB),当BiOI与NaBiO₃的物质的量分数为一定值时,异质结构的光催化剂明显优于单一组分的光催化活性.通过加入不同的牺牲剂及荧光实验结果推测了该异质结构材料的光催化机理,并且分析了其光生载流子的传输方向及光催化过程的活性物种.研究表明,BiOI/NaBiO₃的催化活性增强主要归结为两者之间形成了有效的异质结构,其内建电场能够促进光生载流子的分离,同时光生空穴h⁺在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

Ag2CO3/BiVO4复合微米片光催化剂的制备、表征及光催化机理

采用水热法制备粒径为1~2 μm的BiVO₄微米片,然后在微米片表面沉积不同含量的Ag₂CO₃颗粒,制备Ag₂CO₃/BiVO₄复合微米片光催化剂。利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光（PL）光谱、瞬态光电流-时间响应对催化剂进行表征。以可见光为光源,罗丹明B为降解对象进行光催化活性测试。结果表明,复合适量Ag₂CO₃有利于提高光催化剂的比表面积,改善催化剂的表面性能。活性测试结果表明,当复合10%（w/w）Ag₂CO₃时,Ag₂CO₃/BiVO₄光催化活性最佳,比纯BiVO₄提高4.4倍。光致发光（PL）光谱、瞬态光电流-时间响应测试结果表明,复合Ag₂CO₃能有效抑制光生电子与空穴的复合。自由基捕获实验结果表明,该体系的活性氧物质为空穴和羟基自由基。Ag₂CO₃/BiVO₄复合光催化剂活性提高的原因,是较宽带隙的Ag₂CO₃与较窄带隙的BiVO₄形成的异质结有效抑制了光生电子与空穴的复合,同时两者适宜的能带结构保证产生更多的空穴,从而具有更强的氧化能力。     

Fe2BiTaO7纳米催化剂的组织结构及光催化性能

用固相反应合成法合成了光催化剂Fe₂BiTaO₇,通过XRD、SEM、TEM、紫外-可见漫反射等表征方法对其组织结构及光催化性能进行了研究.结果表明Fe₂BiTaO₇为立方晶系烧绿石结构,空间群为Fd₃m,禁带宽度为1.72eV.通过比较Fe₂BiTaO₇、P₂₅TiO₂、掺氮TiO₂和Bi₂InTaO₇的可见光光催化降解罗丹明B,发现Fe₂BiTaO₇降解效果及催化活性均高于其它催化剂,并且Fe₂BiTaO₇降解罗丹明B效率是掺氮二氧化钛的1.5倍.Fe₂BiTaO₇降解罗丹明B的曲线符合一级动力学,一级动力学常数为0.02293 min^-1.研究了罗丹明B可能的降解路径和Fe₂BiTaO₇在可见光下降解苯酚的效果.Fe₂BiTaO₇(可见光)光催化剂系统适用于纺织工业废水处理.     

BiVO4/BiPO4复合物的制备及可见光催化性能

采用水热法合成出具有不同V、P物质的量之比的BiVO₄/BiPO₄复合物.n_V/n_P分别为:0.1/9.9、0.5/9.5、1/9、3/7、5/5.采用 XRD、FE-SEM、EDS、拉曼、可见光光度计、漫反射以及电化学等测试手段对BiVO₄/BiPO₄复合物进行表征.在可见光条件下降解亚甲基蓝来评价BiVO₄/BiPO₄复合物的光催化活性.结果显示,当n_V/n_P<3/7的时候,BiVO₄/BiPO₄复合物的光催化活性随着BiVO₄含量的增加而增加,当n_V/n_P=3/7的时候,复合物具有最佳的光催化性能,反应速率常数k为0.005 1 min^-1,是纯BiPO₄的23.2倍.BiVO₄/BiPO₄复合物的光催化机制主要是由于BiVO₄的加入,提高了电子-空穴的分离率,进而提高了光催化活性.     

对BiVO4/BiPO4复合物可见光催化活性提高的研究

采用水热法合成出具有不同V、P物质的量之比的BiVO₄/BiPO₄复合物.n_V/n_P分别为:0.1/9.9、0.5/9.5、1/9、3/7、5/5.采用 XRD、FE-SEM、EDS、拉曼、可见光光度计、漫反射以及电化学等测试手段对BiVO₄/BiPO₄复合物进行表征.在可见光条件下降解亚甲基蓝来评价BiVO₄/BiPO₄复合物的光催化活性.结果显示,当n_V/n_P<3/7的时候,BiVO₄/BiPO₄复合物的光催化活性随着BiVO₄含量的增加而增加,当n_V/n_P=3/7的时候,复合物具有最佳的光催化性能,反应速率常数k为0.005 1 min^-1,是纯BiPO₄的23.2倍.BiVO₄/BiPO₄复合物的光催化机制主要是由于BiVO₄的加入,提高了电子-空穴的分离率,进而提高了光催化活性.     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(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)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

Ag_3PO_4/MoS_2纳米片复合催化剂制备及可见光催化性能

采用机械球磨法成功制备Ag_3PO_4/MoS_2纳米片复合催化剂。运用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(PL)对复合催化剂的结构和形貌进行了表征。结果表明,Ag_3PO_4纳米粒子均匀地附着在MoS_2纳米片层结构上,两者形成紧密结合。以亚甲基蓝为模拟污染物,研究复合催化剂在可见光照射下的光催化特性;通过循环实验考察复合催化剂的稳定性。结果显示,含有1%的MoS_2纳米片与Ag_3PO_4形成的复合催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率为95%,其降解动力学常数是纯相Ag_3PO_4的2倍。经过5次循环实验后复合催化剂对于亚甲基蓝的降解率为84%,而纯Ag_3PO_4对于亚甲基蓝的降解率仅为35%。Ag_3PO_4/MoS_2纳米片复合催化剂具有优良的光催化活性和高稳定性,主要归因于二硫化钼纳米片与磷酸银形成异质结,磷酸银激发的电子和二硫化钼纳米片产生的空穴直接复合,从而促使光生电子从磷酸银晶体表面快速分离,减轻了磷酸银的光电子腐蚀,同时也提高了复合物的光催化活性。     

Ag3PO4/MoS2纳米片复合催化剂制备及可见光催化性能

采用机械球磨法成功制备Ag₃PO₄/MoS₂纳米片复合催化剂。运用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis）和荧光发射光谱（PL）对复合催化剂的结构和形貌进行了表征。结果表明,Ag₃PO₄纳米粒子均匀地附着在MoS₂纳米片层结构上,两者形成紧密结合。以亚甲基蓝为模拟污染物,研究复合催化剂在可见光照射下的光催化特性;通过循环实验考察复合催化剂的稳定性。结果显示,含有1%的MoS₂纳米片与Ag₃PO₄形成的复合催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率为95%,其降解动力学常数是纯相Ag₃PO₄的2倍。经过5次循环实验后复合催化剂对于亚甲基蓝的降解率为84%,而纯Ag₃PO₄对于亚甲基蓝的降解率仅为35%。Ag₃PO₄/MoS₂纳米片复合催化剂具有优良的光催化活性和高稳定性,主要归因于二硫化钼纳米片与磷酸银形成异质结,磷酸银激发的电子和二硫化钼纳米片产生的空穴直接复合,从而促使光生电子从磷酸银晶体表面快速分离,减轻了磷酸银的光电子腐蚀,同时也提高了复合物的光催化活性。     

Ag/Ag2MoO4/Bi2MoO6复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热、化学沉积和原位光还原的方法成功制备了新型Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆三元复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术对材料的组成、形貌、光吸收特性和光电化学性能等进行系统分析。以四环素为目标污染物,研究Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆在可见光下的光催化性能。研究结果表明,相比于纯Ag₂MoO₄和Bi₂MoO₆,Ag的表面等离子体共振(SPR)效应显著拓宽了催化体系对可见光的吸收能力及响应范围。当Ag₂MoO₄理论负载量(质量分数)为24.6%时,Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆复合材料在20 min内可将四环素完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性,表现出良好的循环稳定性。     

Ag/Ag2MoO4/Bi2MoO6复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热、化学沉积和原位光还原的方法成功制备了新型Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆三元复合光催化剂。通过X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等技术对材料的组成、形貌、光吸收特性和光电化学性能等进行系统分析。以四环素为目标污染物,研究Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆在可见光下的光催化性能。研究结果表明,相比于纯Ag₂MoO₄和Bi₂MoO₆,Ag的表面等离子体共振（SPR）效应显著拓宽了催化体系对可见光的吸收能力及响应范围。当Ag₂MoO₄理论负载量（质量分数）为24.6%时,Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆复合材料在20 min内可将四环素完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性,表现出良好的循环稳定性。     

多孔超薄g-C3N4纳米片负载Pt复合材料的制备及其光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,通过热氧化刻蚀法制备多孔超薄g-C₃N₄纳米片（CNHS）,将其与氯铂酸钾溶液混合后采用原位光化学还原法成功制备了CNHS负载Pt光催化剂（Pt-CNHS）。使用粉末X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、紫外可见漫反射光谱和N₂吸附-脱附测试等技术对所制备样品的结构、形貌、光吸收特性、光电化学性能和比表面积等进行系统分析。并以气相甲苯为目标降解物,研究其光催化性能。结果表明,相对于体相g-C₃N₄（CNB）和CNHS,Pt的引入可以有效增强催化剂对可见光的吸收能力、响应范围及载流子分离效率。与纯g-C₃N₄和CNHS相比,Pt-CNHS在紫外和可见光照射下均表现出更高的光催化降解气相甲苯的活性。此外,也对Pt-CNHS光催化剂在可见光照射下降解气相甲苯的反应历程做了初步研究。     

氮掺杂TiO2光催化剂的制备及可见光催化性能研究

在溶胶-凝胶法基础之上,以尿素为氮源,通过较温和的反应条件来制备氮掺杂TiO₂光催化剂。以亚甲基蓝为模型化合物、日光色镝灯为光源,探索了其可见光光催化性能;并用XRD、低温氮气吸附-脱附技术、UV-Vis等表征了其结构特征;同时以对苯二甲酸为探针分子,结合化学荧光技术研究了光催化体系中·OH自由基的变化规律,进一步验证了其光催化活性规律。结果表明：氮掺杂能引起TiO₂光催化剂的激发吸收光谱明显红移并具较好的可见光响应性;在不同煅烧温度和尿素/钛酸丁酯物质的量的比     

Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其可见光驱动下的光催化活性增强

报道了一种新型Ag/Ag₃PO₄/g-C₃N₄三元复合光催化剂的制备及其半导体界面处的快速载流子分离所引起的光催化活性的显著增强效应。通过X射线衍射,扫描电子显微镜,紫外-可见吸收光谱以及光致发光光谱等就其晶体结构、形貌、组分、光学吸收以及载流子的快速分离行为进行了表征与分析。以罗丹明B作为模型化合物分子,研究发现,所制备的Ag/Ag₃PO₄/g-C₃N₄三元复合光催化剂在可见光照射下表现出比Ag₃PO₄以及Ag₃PO₄/g-C₃N₄二元催化剂更为优异的光催化活性。研究认为,Ag₃PO₄表面尺寸约为40 nm的Ag纳米粒子在可见光下受激所产生的等离子表面共振效应以及Ag₃PO₄与g-C₃N₄界面处所形成的类似异质结结构对所制备的Ag/Ag₃PO₄/g-C₃N₄三元复合光催化剂光催化活性的显著增强起到重要作用。     

可见光响应的Co3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag₃PO₄纳米颗粒、磷酸钴（Co₃（PO₄）₂,CoP）纳米片以及它们两者的纳米复合结构（CoP/Ag₃PO₄）,同时还比较了它们的可见光催化活性. 采用场发射扫描电镜（FESEM）、X 射线衍射（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征. 结果表明,CoP/Ag₃PO₄复合纳米结构的可见光降解甲基橙（MO）的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质. 这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴. 此外,我们还发现CoP/Ag₃PO₄降解另一种阳离子型染料——罗丹明B（RhB）的能力则远不如纯Ag₃PO₄,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力. 本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.