溶剂热法合成Fe-CeO2与N-Fe-CeO2纳米粉体及其光催化性能

采用溶剂热法合成了不同Fe掺杂含量的Fe-CeO_2纳米粉体及不同氮源掺杂的N-10%Fe-CeO_2(n_(Fe)/(n_(Fe)+n_(Ce))=10%)纳米粉体。利用TEM、XRD、XPS、Raman和UV-Vis等技术对其微观结构与形貌进行了表征,并通过降解亚甲基蓝溶液对其光催化性能进行了研究。结果表明,Fe掺杂可以提高CeO_2的光催化性能,以10%Fe-CeO_2催化效率最高,对亚甲基蓝的降解率从纯CeO_2的67%提高到95%。而N的掺杂可调节10%Fe-CeO_2催化性能。以浓氨水为氮源的N-10%Fe-CeO_2(NH_3·H_2O-N-10%Fe-CeO_2)的降解率可进一步提高到97%,并且具有较好的稳定性,经5次循环使用,对亚甲基蓝的光催化降解率仍高达89%。CeO_2催化活性的提高主要由于掺杂Fe和N改变了CeO_2的晶体结构与能带结构,促进了光生电子与空穴的产生与催化反应。     

中空Ta2O5/TiO2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TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂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Ta₂O₅/TiO₂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TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂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,TiO₂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。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂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%。     

Ni掺杂黄铁矿型FeS2的溶剂热合成及其可见光催化活性

以FeSO₄·7H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O和NiSO₄·6H₂O为原料,采用溶剂热法合成了Ni掺杂的黄铁矿FeS₂粉体,利用XRD、XPS、FE-SEM、UV-Vis、拉曼光谱等测试手段对所得产物进行了表征分析。结果表明,掺杂适量的Ni可促进白铁矿FeS₂向黄铁矿FeS₂的晶型转变。Ni掺杂有利于提高Ni_xFe_1-xS₂的可见光催化活性,当Ni的掺入量x为0.125时,样品的光催化性能最好。在可见光照射210 min后,亚甲基蓝的降解率为62.8%,与未掺杂FeS₂相比,其降解率提高了26.2%。     

Ni掺杂黄铁矿型FeS2的溶剂热合成及其可见光催化活性

以FeSO₄·7H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O和NiSO₄·6H₂O为原料,采用溶剂热法合成了Ni掺杂的黄铁矿FeS₂粉体,利用XRD、XPS、FE-SEM、UV-Vis、拉曼光谱等测试手段对所得产物进行了表征分析。结果表明,掺杂适量的Ni可促进白铁矿FeS₂向黄铁矿FeS₂的晶型转变。Ni掺杂有利于提高Ni_xFe_1-xS₂的可见光催化活性,当Ni的掺入量x为0.125时,样品的光催化性能最好。在可见光照射210min后,亚甲基蓝的降解率为62.8%,与未掺杂FeS₂相比,其降解率提高了26.2%。     

水热法制备Pr掺杂Bi2WO6三维花状微球的光催化性能

通过水热法制备稀土Pr掺杂Bi₂WO₆三维花状微球,利用XRD、SEM、N₂吸附-脱附、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对所制备的光催化材料进行表征。通过降解亚甲基蓝评价样品的光催化活性。结果表明,1.0% Pr-Bi₂WO₆样品的可见光催化活性最佳,降解率达到95%。Pr掺杂提高了催化剂的可见光吸收性能并且能够束缚光生电子使得电子空穴对有效分离从而获得强氧化物质。对其光催化降解做出了合理的解释。     

水热法制备Pr掺杂Bi2WO6三维花状微球的光催化性能

通过水热法制备稀土Pr掺杂Bi₂WO₆三维花状微球,利用XRD、SEM、N₂吸附-脱附、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对所制备的光催化材料进行表征。通过降解亚甲基蓝评价样品的光催化活性。结果表明,1.0% Pr-Bi₂WO₆样品的可见光催化活性最佳,降解率达到95%。Pr掺杂提高了催化剂的可见光吸收性能并且能够束缚光生电子使得电子空穴对有效分离从而获得强氧化物质。对其光催化降解做出了合理的解释。     

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％。     

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.     

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。     

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1.72 e V。通过比较Fe2BiTaO7、P25TiO2、掺氮Ti O2和Bi2In Ta O7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0.022 93 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。     

花状CeO2/TiO2异质结的构筑及光催化性能

采用溶剂热法制备了三维花状CeO₂/TiO₂异质结光催化剂,然后以甲基橙(MO)为模拟有机污染物,在氙灯照射下考察了其光催化活性。结果表明,花状结构由纳米片和纳米颗粒复合而成,纳米片上均匀地附着CeO₂颗粒。Ce/Ti的物质的量之比(n_Ce/n_Ti)和溶剂热时间影响异质结的光催化性能,当n_Ce/n_Ti=0.1、溶剂热时间为6 h时,CeO₂/TiO₂的光催化活性达到最佳,氙灯照射50 min的降解率达95%,光催化活性优于纯TiO₂,这主要是CeO₂和TiO₂形成了异质结,有利于光生电子和空穴的分离。     

球状MoS2/WO3复合半导体制备及其对RhB的光催化性能

采用水热法成功制备了MoS₂/WO₃复合半导体光催化剂,分别通过SEM、TEM、EDS、XRD、Raman和DRS对催化剂的形貌,组成及结构进行表征,并用BET模型计算比表面积。对比发现球状MoS₂/WO₃对罗丹明B（RhB）的光降解效率明显高于纯WO₃、片状MoS₂/WO₃复合半导体。针对球状MoS₂/WO₃复合半导体,分别研究了MoS₂不同负载量（0.5%,1%,2%,5%,10%）对RhB光催化降解性能的影响,结果表明MoS₂含量为2%时催化效果最佳。同时,研究了溶液的pH值（pH=1,3,6,7,11）对光催化降解反应活性的影响,结果显示pH=6时降解率最高。当催化剂量增加到1 g·L^-1时,30min后RhB降解率达到96.6%。球状MoS₂/WO₃的瞬态光电流为0.050 6 mA·cm^-2,比纯WO₃提高了2.4倍。经过5次循环实验,球状MoS₂/WO₃复合半导体催化剂仍能保持90%的高降解率。     

一锅法制备S型异质结光催化剂Fe2O3/Fe2TiO5及其高效降解有机污染物性能

首次采用简单的一锅法制备了Fe₂O₃/Fe₂TiO₅异质结纳米材料。构建S型异质结后,与纯的Fe₂O₃和Fe₂TiO₅相比,Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合材料表现出更高的光催化降解速率和效率。经过2.5 h的光照后,Fe₂O₃/Fe₂TiO₅可以降解接近100%的亚甲基蓝（MB）。在Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合材料中,Fe₂O₃和Fe₂TiO₅之间形成了内建电场,可以促进光生电子-空穴对的分离。因此,具有更高能量的Fe₂TiO₅导带中的电子和具有更高能量的Fe₂O₃价带中的空穴可以得到有效的保留,从而使它们更加有效地扩散到催化剂表面,并参加降解反应。此外,Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合材料具有很好的光催化稳定性。     

Fe3O4@SiO2@TiO2-Co/rGO磁性光催化剂的合成及其光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法和水热法（HTM）合成了Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂-Co/rGO复合纳米粒子（磁性光催化剂）,通过X射线衍射、扫描电子显微镜及其能量分散光谱和UV-vis漫反射光谱对产物进行了表征分析.研究了Co掺杂量、溶液pH值、亚甲基蓝（MB）溶液初始浓度以及干扰离子（例如Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-）等因素对MB降解的影响,并对磁性光催化剂的可重复使用性进行了分析.正常实验条件下（pH=7,[MB]=10 mg/L,磁性光催化剂用量=0.1 g/50 mL）,150 min内MB最大去除率达到98.24%.干扰离子影响MB降解次序为CO₃^2- < Cl^- < SO₄^2-,磁性光催化剂重复使用7次MB光降解率仅下降7.07%,新型磁性光催化剂具有良好的MB降解性能和较高的重复使用性能.     

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%。     

Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO2纳米管阵列上修饰了Fe2O3纳米颗粒。利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能。结果表明,Fe2O3纳米颗粒的修饰将TiO2纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe2O3/TiO2纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO2纳米管阵列的9倍。而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO2纳米管阵列高出30%。     

钛铁矿制备二氧化钛-四氧化三铁复合材料及其光催化应用

TiO_2因具有多种优异的特性被广泛应用在半导体光催化领域,但是纳米结构的TiO_2颗粒细微,在进行光催化反应之后,难以回收再利用。本文以廉价钛铁矿为原料制备光催化剂TiO_2,同时利用副产物铁合成Fe_3O_4,并采用简单温和的浸渍法制备Fe_3O_4/TiO_2磁性复合材料。通过XRD、FT-IR、SEM、EDS等手段对材料形态结构进行表征分析,并以光降解有机污染物若丹明B为探针反应,考察其光催化性能。结果表明,质量比为1∶10的Fe_3O_4/TiO_2复合材料结构稳定、分散均匀,具有最优的光催化活性(波长356nm下反应3h,若丹明B降解率达到64.0%),并表现出良好的重复性。同时,动力学结果显示降解符合一级反应动力学。