钙钛矿材料光催化还原CO2综述

利用半导体材料光催化还原CO2合成可燃物是目前解决能源危机和缓解温室效应的理想途径.本文对几种钙钛矿型材料,包括纯无机卤化物钙钛矿材料、金属有机钙钛矿材料、氧化物型钙钛矿材料和复合型钙钛矿材料在光催化还原CO2领域的应用进行了简单的归纳与总结.     

金属卤化物钙钛矿纳米晶高效发光二极管的制备与器件性能优化

金属卤化物钙钛矿作为一类新型的离子型直接带隙半导体材料在电致发光二极管(LED)中有着重要应用前景. 但实现其应用的前提在于金属卤化物钙钛矿材料需要保持高的发光效率和好的稳定性. 为了提高金属卤化物钙钛矿作为LED发光层的激子结合效率, 从而提升其发光效率, 设计和合成金属卤化物钙钛矿纳米晶材料是一个有效途径. 目前, 基于纳米晶材料设计的金属卤化物钙钛矿LED在绿光和红光(包括近红外光)范围已经展现了高的发光亮度和外量子效率(EQE), 其中最高EQE已经超过了20%, 但其稳定性仍无法满足器件应用的要求. 此外, 更值得关注且更重要的是, 蓝光钙钛矿LED的发光亮度和EQE目前仍然不高. 如何制备高效、 稳定的金属卤化物钙钛矿纳米晶LED, 特别是蓝光LED, 是一个具有重大应用前景且具有挑战性的课题. 本文重点介绍了金属卤化物钙钛矿纳米发光层的结构设计和合成方法及金属卤化物钙钛矿LED的研究进展, 分析了金属卤化物钙钛矿LED不稳定的原因, 并对金属卤化物钙钛矿LED研究面临的挑战和未来发展方向进行了总结与展望.     

钙钛矿型氧化物的制备与光催化性能研究进展

综述了近年来国内外钙钛矿型氧化物的制备方法及其影响因素,总结了这类材料在光催化降解有机物和光催化分解水方面的研究进展,讨论了光催化反应机制及影响光催化活性的因素,并展望了今后对钙钛矿型氧化物研究与应用的发展方向.     

光催化/光电催化5-羟甲基糠醛的研究进展

储量丰富的生物质作为一种可再生的有机资源,可通过化学反应转化为高附加值的化学品或燃料,有助于降低对化石能源的依赖. 5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, HMF)是一种关键的生物质平台分子,其含有醛基、羟甲基和呋喃环,具有优越的化学性能,可通过氧化、加氢、开环水解、醚化和聚合等化学反应转化为一系列高价值的衍生物,可应用于医药、材料、化工、生物燃料等领域.近年来,光催化作为一种经济有效的绿色化学方法不仅克服了传统热催化的缺点,还应用于生物质转化.本文系统地综述了近年来光催化/光电催化HMF的研究进展.同时,本文重点关注了光催化氧化过程中活性物种对HMF选择性的影响和用HMF氧化取代动力学迟缓的水氧化以促进光解水产氢.最后,还对未来的研究方向进行了展望,包括探索多步骤反应策略以提高2,5-呋喃二羧酸(FDCA)的产率,深入研究光催化HMF氧化反应动力学和催化活性位点以全面理解HMF的光催化氧化机制,以及优化光催化剂实现高效选择性的HMF转化,为可持续能源、生物质转化和液体生物燃料领域提供新的创新解决方案.     

金属纳米簇在CO2光催化还原中的研究进展

化石燃料的大量燃烧不仅造成能源危机，而且排放的二氧化碳（CO2）会使气候变暖。以清洁、储量丰富的太阳光作为能量来源，将CO2光催化还原为高附加值的化学产品是缓解当前环境问题和能源问题的主要方法之一。然而，CO2在常温常压下非常的稳定，因此需要设计并构筑高效光催化剂来捕捉和转化CO2，以达到高效光催化CO2还原的目的。在众多研究的光催化剂中，金属纳米簇因其具有独特的结构特点、优异的物理和化学性质，所以在光催化CO2还原领域得到了广泛的应用。基于此，我们首先对金属纳米簇进行了分类，将其分为贵金属纳米簇和非贵金属纳米簇；然后分别对贵金属和非贵金属纳米簇在光催化CO2还原中的研究进展进行了归纳与总结。本文通过及时全面概述近几年该领域的研究进展，从而为未来研究方向提供新思路。     

金属-有机框架基材料在二氧化碳光催化转化中的应用

将大气中的二氧化碳(CO₂)转化为燃料或高附加值化学品是降低大气中CO₂含量、 减缓温室效应的有效途径之一. 光催化CO₂化学转化条件温和, 能耗低, 在CO₂转化中占有重要地位. 金属-有机框架(MOF)基材料由于具有比表面积大、 光电性质优良和可调节性强等特点, 是CO₂光催化转化的常用催化剂之一. 本文综合评述了近两年MOF基材料在光催化CO₂还原反应、 CO₂环加成反应和CO₂羧基化反应中的应用, 阐释了MOF基材料在CO₂光催化转化中的优势和局限性, 并展望了其未来发展.     

过渡金属掺杂的双钙钛矿Ba2InNbO6的光催化分解水性能研究

双钙钛矿材料由于其丰富的化学组成及晶体结构被认为是一类优良的光催化材料,但大多数双钙钛矿氧化物仅表现出紫外光催化活性。因此,本文通过过渡金属离子Fe、Cr、Ni等掺杂调控双钙钛矿化合物Ba2InNbO6的能带结构,期望实现高效的可见光催化活性,并研究掺杂元素对晶体结构、微观形貌、表面状态等物化性质的影响。结果表明,过渡金属能够成功地引入到双钙钛矿的Ba2InNbO6的In位点,并能拓宽材料的可见光吸收范围。此外,过渡金属引入晶胞发生收缩,颗粒尺寸增大,表面亲水性也得到了极大的改善。与Ba2InNbO6相比,过渡金属掺杂的样品光催化析氢活性得到了极大的改善。其中,Ba2In0.9Fe0.1NbO6在全范围照射(λ≥250 nm)下的析氢量最高,达到了15.8μmol,并且在可见光(λ≥420 nm)照射下的析氢速率为2.71μmol/h,其对应的表观量子效率为0.016%。     

多金属氧酸盐光催化降解有机污染物研究进展

光催化作为一种高级氧化技术在有机污染物的降解方面得到广泛研究。本文概述了多金属氧酸盐光催化降解有机卤化物、染料、农药等有机污染物的研究进展,介绍了多金属氧酸盐与半导体氧化物、层状双氢氧化物、分子筛与介孔材料、离子交换树脂形成的复合材料,以及与半导体氧化物、聚乙烯醇等形成的复合膜材料的相关研究。     

光催化甲烷转化研究进展

甲烷催化转化为高附加值产物、实现甲烷高效利用,具有重要的研究意义及工业应用价值。长期以来,如何在较温和的条件下将甲烷转化为其它更有价值的有机衍生物,如醇、芳烃、长链烷烃和烯烃等,是催化、化学及化工领域的热点和难点课题之一。光催化反应由光能激发产生光生电子和空穴,参与到甲烷C―H键活化和自由基形成,这为低温甲烷转化提供新的途径,本文主要围绕甲烷氧化和偶联反应,总结了近年来光催化研究进展,并对如何进一步提高光催化性能提出展望。     

光催化烯烃α-酰化反应

烯烃酰化反应被广泛用于制备结构丰富且高附加值的酮、醛、羧酸及其衍生物.多组分串联N-杂环卡宾催化和过渡金属催化的烯烃α-酰化反应具有高效、高选择性的优点,然而受限的反应模式和底物范围限制了反应的发展.光催化烯烃α-酰化反应突破了这一限制,具有更丰富、更广泛的底物适用范围.以研究策略为线索,对这一快速的研究进展进行了总结和展望.     

光催化技术在降解有机染料污染物方面的应用

光催化技术是一种新兴的高效节能现代污水处理技术,本文从半导体光催化技术研究现状、反应机理、反应动力学、光催化技术发展及其存在的问题等方面对半导体光催化技术在降解常见有机染料方面的应用加以综述.     

Photocatalytic activities of poly(methyl methacrylate)/titanium dioxide nanofiber mat

This study aimed to evaluate the photocatalytic activities of poly(methyl methacrylate) (PMMA)/titanium dioxide (TiO₂) nanofiber mat. TiO₂ nanoparticles in crystal phase were first prepared by sol-gel process and then PMMA/TiO₂ nanofiber mat was prepared through electrospinning. The composite (PMMA/TiO₂) nanofiber mat was compared with that of pure PMMA nanofiber mat through performing FTIR and UV-Vis spectroscopy, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, weight loss and water contact angle measurements. The photocatalytic activity of PMMA/TiO₂ nanofiber mat was evaluated by investigating both the photocatalytic decomposition of a model dye, methylene blue, and photocatalytic degradation of the composite nanofiber mat in the ambient air under ultraviolet light irradiation.     

自旋电子学-光催化产氢交叉学科研究中的测试表征技术进展

清洁能源的研究和开发为解决化石燃料的日益枯竭问题带来了希望.氢能燃烧热值高,产物零污染,是理想的清洁能源.利用太阳能,通过光催化反应从水中制取氢气,是一条极有发展前景的制氢途径.然而,太阳能光催化制氢的发展受到许多因素的限制,特别是光电子传输过程中的电子-空穴复合及能量损失导致的电子输运效率低以及高的产氢产氧过电位导致水分解过程的势垒增大.自旋电子学的发展,为太阳能光催化制氢中的这些问题提供了解决之道.通过将自旋电子学的思路及原理应用于太阳能光催化制氢,借助自旋输运及电子隧穿可有效提高电子的输运效率,光电子的自旋极化还可降低产氢产氧过电位并抑制副产物的生成.测试表征技术的发展为揭示自旋电子学-太阳能光催化制氢交叉科学的内秉机理做出了重要贡献.然而,目前尚无相关文籍对此类测试表征技术的发展进行总结和评述.考虑到这些测试表征技术在自旋电子学-太阳能光催化制氢交叉科学研究中的重要作用,对它们进行归纳和总结,评述其发展面临的问题与挑战,探索并合理预测其未来的发展方向.     

Mechanism of photocatalytic oxidation of gaseous ethanol

A photocatalytic film reactor with a titanium dioxide film was used for oxidation of gaseous ethanol at 253.7 nm. The influences of partial pressures of oxygen and water vapour in different carrier gases were studied. The rate of photocatalytic oxidation of ethanol was significantly affected by the content of oxygen but water vapour had no effect. It was suggested that the photocatalytic transformation of ethanol follows a direct oxidation mechanism where the interaction of ethanol with positive hole gives first cationic free radical of ethanol, which is converted by multipathway reactions with oxygen to acetaldehyde, ethyl formate, and ethyl acetate.     

还原氧化石墨烯-TiO2光催化剂的研究进展

还原氧化石墨烯-TiO₂(rGO-TiO₂)复合材料被合成以来，其应用不断被拓展。以rGO-TiO₂作为光催化剂时，发现rGO可以作为电子储存体和光敏剂，从而提高TiO₂的光催化活性。本文从rGO-TiO₂的设计出发，综述其在光催化过程中rGO的作用以及制备复合材料中氧化石墨烯(GO)的作用。期望为研究者通过设计高效光催化剂从而减少环境污染和改变能源使用结构提供参考。     

光催化降解水中有机污染物研究现状与展望

光催化技术是一种新兴、高效、节能、现代污水处理技术。从半导体光催化技术研究现状、反应机理、常见有机污染物光催化降解的现状、提高半导体光催化剂活性的途径、光催化技术发展中存在问题等方面对半导体光催化技术加以综述和讨论。目前不论从光催化技术、光催化的基础研究以及光催化应用研究方面都需进行大量的、深入研究工作。     

二硫化钼基复合材料的合成及光催化降解与产氢特性

随着环境污染和能源短缺的加剧,无污染环境修复技术及清洁能源替代工程已成为一项重要而紧迫的任务。作为层状结构的过渡金属硫化物,二硫化钼带隙较窄,边缘具有高的反应活性,容易与其他物质形成复合结构,是近年来光催化环境修复及清洁能源领域的研究热点。本文详细介绍了半导体二硫化钼及其复合物的合成方法和光催化降解与产氢行为,重点阐述了二硫化钼及其复合物的具体复合方式、光催化降解污染物活性、光催化产氢活性以及具体的降解与产氢机理等方面的内容,并举例说明。二硫化钼及其复合物在光催化降解污染物和光催化产氢方面具有绿色、廉价、高效等优点,在环境修复及清洁能源领域具有巨大的潜力和应用发展前景。     

Preparation of TiO2/ZnS core/sheath heterostructure nanotubes via a wet chemical method and their photocatalytic activity

TiO₂/ZnS core/sheath heterostructure nanotubes are prepared via a simple wet chemical method at room temperature. The samples are characterized with transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and UV-vis absorption spectrum. Their photocatalytic activity for degradation of methyl orange under UV illumination is valuated. It is found that the ZnS layer changes with the concentration of precursors. The photocatalytic activity of the TiO₂/ZnS depends not only on the structure of the support (TiO₂ nanotubes) but also on the specific interaction between ZnS and support.     

构建光催化氧化-还原体系的研究进展

光催化氧化-还原体系能够同时驱动光催化氧化反应和还原反应,产生协同效应,从而提高光催化反应的活性。在此,提出了构建光催化氧化-还原体系的原则,并介绍了光催化还原硝基芳烃耦合氧化有机物、光催化还原重金属离子协同氧化有机物、光解水制氢协同氧化有机物三个方面的实例。接着,阐述了光催化氧化-还原体系的反应机理,期望通过构建光催化氧化-还原体系,更有利于太阳能转化并缓解环境和能源问题。     

金属Nd增强TiO2高硅氧纤维薄膜光催化性能及机理研究

用浸渍-提拉法在高硅氧玻璃纤维网格布上制备了具有优异光催化性能的金属Nd/TiO₂薄膜,甲基橙光催化降解实验表明Nd的掺杂对TiO₂催化剂薄膜的光学性能有明显的促进作用,当Nd的掺杂量为3 wt%时,表现出最优的光催化降解效果。采用XRD、SEM、UV-vis漫反射等分析方法对Nd/TiO₂薄膜进行表征分析,探讨光催化机理。结果表明:适量掺杂金属Nd能够细化TiO₂薄膜晶粒,得到分布致密均匀的锐钛矿型TiO₂薄膜;同时使TiO₂薄膜的拉曼和紫外可漫反射峰位红移,薄膜的禁带宽度从原来的3.15 eV减小到2.77 ev,促进了对紫外光的吸收,拓宽了TiO₂薄膜的光响应范围,增强了TiO₂薄膜的光催化活性。