S型Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂及其增强的可见光诱导的光催化氧化NO性能

近年来,随着工业化和城镇化的飞速发展,作为一种典型的空气污染物,NOx已经造成严重的环境问题,甚至威胁到人类的身体健康.为了解决这个问题,科研工作者研发了许多NOx去除技术,其中光催化技术被认为是一种能有效地去除空气中NOx的技术.作为一种廉价、无毒、热稳定性强、能带结构合适的光催化材料,石墨相氮化碳(g-C3N4)能够有效的利用可见光,将NO光催化氧化为NO3^-.但是由于自身的光生载流子复合率较高,光谱响应范围较窄等缺点,g-C3N4不能有效的光催化去除空气中持续流动的低浓度NO,限制了其在光催化领域中的实际应用.因此,有必要合成出高催化活性、高光响应范围的S型复合光催化剂来克服以上光催化材料的不足.为此,我们利用超声辅助法制备了一系列的S型Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂,呈现出优异的光催化活性:与其纯组分相比,所制备的15-Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂在可见光下照射30 min,可去除68%以上的持续流动的NO(初始浓度400 ppb),且五次循环实验后,Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂仍然具备良好的光催化活性和稳定性.透射电子显微镜结果清楚地表明,Sb2WO6颗粒已成功地均匀地负载到g-C3N4纳米片表面.紫外可见漫反射光谱的结果表明,Sb2WO6和g-C3N4的复合可以有效地提高对可见光的吸收能力.与纯g-C3N4样品相比,复合样的吸收带边具有明显的红移.光致发光光谱结果表明,在Sb2WO6/g-C3N4复合半导体中,光生载流子的复合受到抑制.光电流与电阻抗分析可知,与纯Sb2WO6和g-C3N4相比较,在15-Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂中的光生载流子的迁移速率和分离效率较高.通过对样品的能带结构分析并已有参考文献,我们认为Sb2WO6和g-C3N4的接触边界形成了S型异质结,使光生载流子的转移速率更快,改善了光生电子-空穴对分离,而且增强可见光的利用效率,从而提高了光催化性能.自由基捕获实验结果证实,?O2^-主导了Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂去除NO反应,h^+也在一定程度上参与了光催化氧化NO的反应.通过原位红外光谱技术研究了Sb2WO6/g-C3N4光催化NO氧化的反应机理,研究发现,Sb2WO6/g-C3N4复合光催化剂光催化去除是氧诱导的反应.具体反应机理是在可见光的驱动下,光催化剂表面的光生电子会与被吸附的O2反应生成?O2^-,并与光生h^+一起,共同将低浓度的NO光催化氧化为亚硝酸盐或硝酸盐.该研究有助于深入研究光催化氧化NO机理,并为设计高效光催化剂用于光催化氧化ppb级NO提供了一种极具前景的策略.     

Bi–O–Si键作为热电子传输通道增强SiO2@Bi微球的等离子体光催化效率

具有等离子体效应的贵金属Au和Ag等常被用于修饰半导体光催化剂.非贵金属Bi成本低,来源丰富,最近被报道可以直接作为等离子体光催化剂应用于空气中NO净化.为了进一步提高Bi单质的光催化活性,需对其进行改性.SiO2的禁带宽度过大,不能单独作为光催化剂,但它的稳定性好,比表面积大,因而常作复合材料用于提高光催化剂的反应效率、稳定性及对反应物的吸附能力.目前,尚未见SiO2修饰Bi单质的相关报道.本文通过溶剂热法制备了SiO2@Bi微球,并对其微结构进行了表征,对光催化氧化NO的反应过程进行了原位漫反射红外光谱(DRIFTS)分析,揭示了Bi–O–Si键在提升SiO2@Bi光催化氧化NO性能中的作用机制.结果显示,用SiO2纳米颗粒修饰Bi球,形成的Bi–O–Si键作为热电子传输通道,能显著提高Bi单质光催化氧化去除NO的能力.扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等表征结果表明,SiO2纳米颗粒负载于Bi球上,且SiO2@Bi内形成了Bi–O–Si键.作为光生热电子的传输通道,Bi–O–Si键能促进光生电子的转移和载流子的分离,提高活性自由基?OH和?O2?的产量,增强SiO2@Bi在紫外光下等离子体光催化氧化NO的能力.自由基捕获测试(ESR)表明,SiO2@Bi在光催化反应中产生的?OH和?O2?数量均明显高于单质Bi在反应中形成自由基的数量.原位DRIFTS发现,Bi–O–Si键能快速转移光生电子,从而有利于NO→NO2→NO3?反应的进行.此外,SiO2@Bi的比表面积变大,因而对NO的吸附能力增强,同时促进了光催化反应.本文揭示了SiO2@Bi等离子体光催化性能增强的微观机制和光催化氧化NO的反应机理,为Bi基光催化剂的改性和应用提供了新的认识.     

掺氮二氧化钛可见光照射降解微囊藻毒素-LR

采用溶胶凝胶法制备了N掺杂TiO2(N-TiO2)纳米粉体光催化剂,利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、紫外可见反射光谱及透射电镜(TEM)分析测定,对光催化剂N/TiO2进行了结构表征.发现N掺杂TiO2相对纯TiO2禁带宽度变窄,可见光区有明显吸收.在可见光照射下,利用纳米N/TiO2作为光催化剂降解微囊藻毒素(Microcystin-LR,MC-LR),通过高效液相色谱仪(HPLC)跟踪检测降解过程MC-LR浓度变化,液质联用仪(LC-MS)检测MC-LR降解中间产物变化.利用电子自旋共振法(ESR)及过氧化物酶催化氧化方法跟踪定性定量测定光催化过程中氧化物种的种类变化.采用总有机碳(TOC)测定仪测定了MC-LR光催化深度氧化矿化效果.结果表明,可见光(λ420nm)照射可有效激发光催化剂N-TiO2活化分子氧降解MC-LR,在反应条件下,光催化反应14h,MC-LR降解率达到100%,20h矿化率达到59%.其光催化反应体系中氧化物种主要为羟基自由基(·OH).质谱检测到13种降解产物,主要反应机理为光催化反应产生·OH进攻MC-LR结构四个易氧化部位,以及一些氨基酸之间的肽键的水解.     

环境湿度对TiO2/活性炭纤维气-固光催化氧化甲苯的影响

在恒温控湿的环境舱中,以自制的TiO2/ACF(活性炭纤维)为光催化剂,研究了环境湿度对甲苯光催化降解过程的影响.通过N2吸附和扫描电子显微镜分别对TiO2/ACF光催化剂的孔径结构和形貌特征进行了表征;利用GC-MS和GC-FID对甲苯光催化过程中生成的中间产物进行了定性及定量分析.结果表明,环境舱中相对湿度增大,甲苯光催化转化率提高;不同相对湿度下,积累在光催化剂表面的中间产物种类相同,但支链氧化产物(苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸)的积累量远多于苯环氧化产物(甲酚和对甲基苯酚)的积累量;随环境相对湿度的增大,苯甲醛在光催化剂表面的积累量减小,其余中间产物的积累量均有不同程度的增加.这说明水分子在甲苯光催化过程中起重要作用,相对湿度不仅影响甲苯的光催化转化效率,还影响其光催化转化的过程.尽管在各湿度条件下,支链氧化都是甲苯光催化降解的主要途径,但环境湿度增大更有利于苯环氧化途径的进行.讨论了水蒸气在甲苯光催化氧化过程中的作用机理.     

Bi–O–Si键作为热电子传输通道增强SiO_2@Bi微球的等离子体光催化效率（英文）

具有等离子体效应的贵金属Au和Ag等常被用于修饰半导体光催化剂.非贵金属Bi成本低,来源丰富,最近被报道可以直接作为等离子体光催化剂应用于空气中NO净化.为了进一步提高Bi单质的光催化活性,需对其进行改性.SiO_2的禁带宽度过大,不能单独作为光催化剂,但它的稳定性好,比表面积大,因而常作复合材料用于提高光催化剂的反应效率、稳定性及对反应物的吸附能力.目前,尚未见SiO_2修饰Bi单质的相关报道.本文通过溶剂热法制备了SiO_2@Bi微球,并对其微结构进行了表征,对光催化氧化NO的反应过程进行了原位漫反射红外光谱(DRIFTS)分析,揭示了Bi–O–Si键在提升SiO_2@Bi光催化氧化NO性能中的作用机制.结果显示,用SiO_2纳米颗粒修饰Bi球,形成的Bi–O–Si键作为热电子传输通道,能显著提高Bi单质光催化氧化去除NO的能力.扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等表征结果表明,SiO_2纳米颗粒负载于Bi球上,且SiO_2@Bi内形成了Bi–O–Si键.作为光生热电子的传输通道,Bi–O–Si键能促进光生电子的转移和载流子的分离,提高活性自由基·OH和·O_2~-的产量,增强SiO_2@Bi在紫外光下等离子体光催化氧化NO的能力.自由基捕获测试(ESR)表明,SiO_2@Bi在光催化反应中产生的·OH和·O_2~-数量均明显高于单质Bi在反应中形成自由基的数量.原位DRIFTS发现,Bi–O–Si键能快速转移光生电子,从而有利于NO→NO_2→NO_3~-反应的进行.此外,SiO_2@Bi的比表面积变大,因而对NO的吸附能力增强,同时促进了光催化反应.本文揭示了SiO_2@Bi等离子体光催化性能增强的微观机制和光催化氧化NO的反应机理,为Bi基光催化剂的改性和应用提供了新的认识.     

溴氧化铋/石墨烯可见光下光催化氧化脱硫的研究（英文）

采用水热法制备了BiOBr/石墨光催化剂,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、固体荧光(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等方法对其进行表征。以二苯并噻吩的环己烷溶液为模拟油品,考察反应温度、石墨烯负载量和氧化剂H_2O_2用量等条件对BiOBr/石墨光催化氧化脱除模拟油中DBT的性能的影响,不同模型化合物的光催化活性为DBT4,6-DMDBTBT,根据实验结果提出了BiOBr/石墨光催化剂氧化DBT的机理。     

光催化降解甲醛的波长效应研究

分别以紫外杀菌灯和黑光灯为光源,研究了TiO2薄膜催化剂上甲醛的光催化氧化反应.实验结果表明,紫外杀菌灯照射下,甲醛的光催化降解率明显低于以黑光灯为光源时甲醛的光催化降解率.采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和热分析(TG-DTA)对反应后的TiO2光催化剂进行分析和表征,对两种不同光源照射下甲醛光催化降解率的差异进行了初步探讨.     

球磨法制备异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)及催化性能

本文用水作为分散介质,掺杂一定量的ZnO于Bi_4Ti_3O_(12)中,采用高能球磨法制备了异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12).利用UV-Vis、XRD、SEM和PL等仪器对样品进行了分析与表征.以375 W中压汞灯为光源,通过对亚甲基蓝的氧化来研究其光催化活性.结果表明,对于光氧化亚甲基蓝(MB),异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)光催化活性高于钛酸铋的光催化活性.当ZnO的掺杂量分别是0.0和0.5wt.%,异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)对亚甲基蓝光氧化率分别达到50.2和80.3 %.     

BN诱导BiOI富氧{110}面的暴露并增强其可见光催化氧化性能（英文）

光催化剂的暴露晶面极大地影响其光催化性能。因此,本文以Bi OI为模型材料,提出了一种提高材料光催化氧化性能的新策略。本文中,BN纳米片的成功复合诱导Bi OI纳米片更倾向于暴露富含表面晶格氧原子的{110}晶面。表面晶格氧原子可以直接参与NO的氧化反应,生成NO2。可见光催化氧化NO性能测试表明,Bi OI复合BN后,NO的去除率可达44.2%,相比于纯相Bi OI (1.4%)提升接近30倍。本文通过构建2D/2D光催化剂来调控材料富氧晶面的暴露,为增强催化剂的光催化氧化性能提供了新的策略。     

WS_2/WO_3光催化选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛

采用H2S高温硫化WO3的方法制备了一系列WS2/WO3光催化剂,利用X射线粉末衍射仪、紫外可见光谱仪分析了产物的结构及光吸收性能,考察了WS2/WO3光催化剂光催化选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛的性能,讨论了WS2的含量、反应时间、反应液pH对光催化选择性氧化反应过程的影响.结果表明:与WO3和经深度硫化的WO3相比,适当的硫化能显著改善催化剂对苯甲醇的选择性氧化行为,反应时间及pH对苯甲醇的转化率及生成苯甲醛的选择性均有重要影响.     

Preparation and characterization of highly photoactive nanocrystalline TiO_2 powders by solvent evaporation- induced crystallization method

Highly photoactive bi-phase nanocrystalline TiO2 photocatalyst was prepared by a solvent evaporation-induced crystallization (SEIC) method, and calcined at different temperatures. The obtained TiO2 photocatalyst was characterized with X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and BET surface areas. The photocatalytic activity was evaluated by the photocatalytic oxidation of acetone in air. The results show that solvent evaporation can promote the crystallization and phase transformation of TiO2 at 100℃. When calcination temperatures are below 600℃, the prepared TiO2 powders show bimodal pore size distributions in the mesoporous region. At 700℃, the pore size distributions exhibit monomodal distribution of the inter-aggregated pores due to the collapse of the intra-aggregated pores. At 100℃, the obtained TiO2 photocatalyst by this method shows good photocatalytic activity, and at 400℃, its photocatalytic activity exceeds that of Degussa P25. This may be attributed to the fact t     

球磨法制备复合光催化剂Bi12TiO20/ZnO及其光催化性能

本文用水作为分散介质,采用球磨法掺杂一定量的Bi₁₂TiO₂₀于ZnO中制备复合光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO. 利用UV-Vis、XRD和SEM等仪器对样品进行了分析与表征. 通过对甲基橙的氧化来研究其光催化活性. 结果表明,光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO对甲基橙氧化的催化活性高于氧化锌的催化活性.当Bi₁₂TiO₂₀的掺杂量为0.5%(质量分数),球磨时间为12 h,焙烧温度为300℃时,光照20 min后,复合光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO对甲基橙的降解率可达到95.2%.     

NOx气相光催化氧化降解研究

利用ＴｉＯ２光催化氧化技术对ＮＯｘ进行了净化研究,在一定反应条件下,ＮＯｘ光催化氧化降解率很高,Ｐ－２５的降解达９７％。考察了氧气,水含量等对ＮＯｘ光催化氧化的影响,同时对ＮＯｘ的吸附、光催化氧化动力学行为及机理进行了研究。利用ＦＴＩＲ分析确定反应产物,催化剂失活是由于反应产物硝酸吸附在催化剂表面所致。     

以工业粉煤灰为原料制备 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂及其催化性能

2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP)作为杀虫剂、除草剂和烯烃基芳香族化合物阻聚剂而被广泛地应用于工农业生产中.在 DNBP生产和使用过程中,会产生大量难以降解的有机废水,从而对人类和生态环境造成极大危害.因此,开展含 DNBP废水的处理技术和方法研究具有重要的现实意义. TiO2半导体材料由于具有良好的光化学特性和电化学行为,近几十年来一直是光催化领域的研究热点.在能量等于或大于 TiO2的带隙能级的辐照光照射下, TiO2可以产生光生电子/空穴对(e-/h+).光生电子和空穴分别与 TiO2表面被吸附的 H2O和 O2分子反应,生成具有强氧化性的活性羟基自由基(?OH),对硝基酚类有机污染物具有较强的降解能力. TiO2光催化反应属于非均相反应,反应在催化剂的表面进行,催化剂对污染物的吸附是影响其催化降解性能的重要因素.但是,传统 TiO2光催化剂存在比表面积小,对有机污染物吸附能力差,光生电子与空穴易于复合等缺陷,限制了 TiO2光催化技术的进一步发展和在水处理领域中的大规模应用.我们基于气凝胶具有多孔性、大比表面积和高孔隙率的特点,以富含硅、铝的工业废弃物粉煤灰为反应原料,首先利用碱熔法和常压干燥技术制备出 SiO2-Al2O3气凝胶.在此基础上,以钛酸四丁酯(TBOT)为反应前体, SiO2-Al2O3气凝胶为载体,利用酸催化溶胶-凝胶法(sol-gel)制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂.利用 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附(BET)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等分析测试技术对所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂结构进行了表征.结果显示,在 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂中,粒径尺寸为10~30 nm的锐钛矿型 TiO2纳米颗粒均匀分散在 SiO2-Al2O3气凝胶载体上. TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂呈现典型介孔材料的 IV型等温线. SiO2-Al2O3气凝胶的加入极大提高了 TiO2光催化剂的比表面积和对有机污染物的吸附性能,但是对 TiO2光波吸收范围影响不大.在制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂基础上,进一步对其在可见光条件下的光催化性能进行了研究.以500 W的 Xe灯光源模拟自然太阳光, DNBP为探针污染物分子,系统考察了可见光照射条件下溶液 pH值、光催化剂用量、光反应时间、DNBP溶液初始浓度不同因素对 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂催化活性的影响.结果表明, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP有机污染物的吸附率和光降解率明显高于纯 TiO2样品.在 DNBP溶液初始浓度为0.167 mmol/L, pH =4.86,催化剂用量6 g/L,光照时间5 h的条件下, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率几乎高达100%.根据 Langmuir-Hinshelwood方程,在低浓度下光催化降解反应符合一级反应动力学.所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂具有良好的稳定性和重复利用性能.重复利用5次后, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率仍高达90%以上.利用紫外-可见分光光度计、气相-质谱联用仪对 DNBP降解中间产物进行了分析,探讨了 DNBP的光催化降解机理.     

活性炭负载纳米TiO_2光催化降解甲醛废水研究

甲醛对人和温血动物的毒性很强,如果人类长期饮用被甲醛污染的水源,会引发头昏、贫血以及各种神经系统疾病.为此,研究学者对甲醛废水的处理进行了很多的试验研究.目前处理甲醛废水的主要方法有:芬顿法、光催化氧化法、湿式氧化处理等高级氧化技术,二氧化氯法,蒸汽吹脱法,氧化吸附法,SBR工艺等.     

活性炭负载TiO2光催化氧化二苯并噻吩的研究

以活性炭负载的TiO2为光催化剂,H2O2为氧化剂,30W紫外灯为光源,对含二苯并噻吩（DBT）的模型硫化物进行光催化氧化脱硫研究。考察了TiO2的煅烧温度、负载量、催化剂用量、H2O2用量和光照时间对DBT去除率的影响。实验结果表明,用溶胶 凝胶法制备的TiO2 /活性炭催化剂对DBT具有很好的光催化效果。最佳反应条件为,催化剂煅烧温度400℃,TiO2的负载量为32％,催化剂用量0.7g/100mL, H2O2最佳用量为10mL,即O/S（摩尔比）为14。在最佳反应条件下,光照时间8h,DBT去除率为90％, 此反应为一级动力学反应。     

石墨烯-二氧化钛复合催化剂对光催化性能的提高(英文)

以石墨烯氧化物和钛酸四丁酯为原料,通过水热法、无氧煅烧转晶合成了graphene-TiO2复合催化剂,并采用透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等手段对其进行了表征.结果表明,TiO2全部为锐钛矿晶型,呈纳米颗粒状附着在薄膜状的graphene表面.以亚甲基蓝为目标物,评价了graphene-TiO2催化剂的光催化性能.结果表明,graphene-TiO2的光催化降解能力明显优于相同方法制备的纳米TiO2颗粒,且具有较好的稳定性,空穴在降解过程中起主要作用,碱性溶液更有利于催化剂对MB的降解.     

不同前驱体制备氮掺杂二氧化钛及其光催化性能比较

在氨气气氛中和不同温度下焙烧纳米管钛酸和商业Degussa-P25,得到两系列可见光响应型氮掺杂二氧化钛光催化剂.采用高分辨透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪和X射线衍射仪对两系列样品的形貌、光谱吸收和晶体结构等物理化学性质进行了表征和比较.通过可见光光催化氧化丙烯评价系统对两系列样品的活性进行了评价.结果表明,600℃处理纳米管钛酸得到的催化剂可见光催化活性最好,是相同条件下处理Degussa-P25得到的催化剂(N-P25)活性的3.3倍.研究表明,纳米管钛酸是制备可见光响应型光催化剂较好的前驱体.     

以偏钛酸为原料制备高效负载型纳米TiO2/活性炭光催化剂

以颗粒活性炭(AC)为载体, 偏钛酸为钛源, 采用浸渍-水热法制备负载型TiO2光催化剂, 在300～800 ℃下热解处理. 利用X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱和氮气吸附对催化剂样品进行了表征. 以甲基橙(MO)降解为模型反应, 对负载型TiO2光催化性能进行评价. 结果表明, 经600 ℃焙烧的样品具有最佳光催化性能, 为锐钛矿晶型, 负载于活性炭上的TiO2是由30～50 nm的球型颗粒组成. 负载型TiO2/AC光催化剂的光催化活性高于相同方法制备TiO2和AC混合物及商业化产品Degussa P25与活性炭混合物, 光降解反应符合一级反应动力学方程. 催化剂重复使用5次其光催化活性基本保持不变.     

Synthesis and photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles prepared by chemical vapor condensation method with different precursor concentration and residence time

Nanosized TiO(2) photocatalysts were synthesized using a chemical vapor condensation method under a range of synthesis conditions (precursor vapor concentration and residence time in a tubular electric furnace). X-ray diffraction showed that the prepared TiO(2) powders consisted mainly of anatase (>94%) with a small amount of rutile. The mean particle diameter from the Brunauer-Emmett-Teller surface area and transmission electron microscopy measurements ranged from 9.4 to 16.6 nm. The specific surface area (92.5-163.5 m(2) g(-1)) of the prepared TiO(2) powders was found to be dependent on the synthesis conditions. The content of hydroxyl groups on the surface of the prepared TiO(2) sample was higher than those on commercial TiO(2), resulting in increased photocatalytic oxidation. The photocatalytic activity of the TiO(2) samples prepared in a methylene blue solution was strongly dependent on the crystallinity and specific surface area, which were affected by the TTIP vapor concentration and residence time.