Z-机制磷酸银/钨酸铋复合物的构建及其可见光催化降解有机污染物(英文)

环境危害不仅对人类健康构成巨大威胁,而且也阻碍了经济社会的快速发展.光催化剂通过利用太阳能来降解污染物为环境问题提供一条理想的途径.光催化剂的制备应该考虑以下几点:(1)对可见光响应;(2)高量子效率和稳定性;(3)安全、廉价、无毒的原材料.早期的一些催化剂如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、锗酸锌和磷酸铋等在紫外线照射下表现出优秀的光催化活性.但是紫外光是稀有的,而且对人体健康有害.近年来,对宽带隙半导体的改性如掺杂、贵金属沉积、构建异质结或固溶体催化剂取得了有效进展.遗憾的是,受限于材料的固有属性,有限的改进仍然不能满足实际应用的需求.因此,探索高效稳定的可见光驱动的光催化剂依然是十分有意义的.磷酸银在可见光下表现出超强的光催化降解有机污染物和产氧的能力,但是磷酸银容易受到光腐蚀,光催化活性和稳定性很难维持.另外,磷酸银导带上的电子电势较正,这将导致其很难在光催化过程中被利用.而磷酸银导带上电子的积累会抑制其内部电子空穴对的分离,从而对磷酸银的光催化活性和稳定性造成不利影响.本文选择钨酸铋纳米片与磷酸银复合去抑制电子空穴对的复合和进一步提高磷酸银的活性和稳定性.样品的粉末X射线衍射、能谱和X光电子能谱的分析证实了磷酸银/钨酸铋复合物已经被成功合成.稳态荧光光谱证实了磷酸银/钨酸铋复合物的构建可以作为一种有效抑制电子和空穴对复合的手段.通过对样品进行光催化降解次甲基蓝的实验,我们发现磷酸银/钨酸铋复合材料展现出比磷酸银和钨酸铋更强的光催化活性.其中,磷酸银/钨酸铋光催化降解次甲基蓝的速率为0.61385 min~(-1),这是磷酸银(0.47179 min~(-1))和钨酸铋(0.10270 min~(-1))活性的1.3和6.0倍.同时,磷酸银/钨酸铋表现出耐久的稳定性,在连续五次光降解过程中几乎没有明显的活性损失.进一步通过对磷酸银/钨酸铋复合材料进行光催化活性成分的捕获实验,我们发现空穴、超氧负离子自由基和羟基自由基都发挥了一定的作用.最后,我们讨论了光催化机制,Z-机制光催化机制被认为是合理的.     

可循环SERS基底ZnO/Ag纳米材料合成和表征

利用简易、绿色、一锅煮的水热法合成了花状氧化锌/银复合纳米材料。然后利用各种光谱和显微技术对复合物进行了表征,并讨论了其表面增强拉曼(SERS)性能和光催化性能。结果表明氢氧化钠的量对于这种复合纳米材料的形貌和性能具有重要的调节作用。和其他形貌的氧化锌/银复合纳米材料相比较,花状氧化锌/银复合纳米材料具有最佳的光催化性能。同时进一步以花状氧化锌/银复合纳米材料作为SERS基底研究其表面增强拉曼性能,结果表明这种复合材料同时具有很好的表面增强拉曼性能。光催化和表面增强拉曼结果表明这种花状氧化锌/银复合纳米材料有望在有机物检测中作为一种具有很好的可循环性的新表面增强拉曼基底材料。     

可循环SERS基底ZnO/Ag纳米材料合成和表征（英文）

利用简易、绿色、一锅煮的水热法合成了花状氧化锌/银复合纳米材料。然后利用各种光谱和显微技术对复合物进行了表征,并讨论了其表面增强拉曼(SERS)性能和光催化性能。结果表明氢氧化钠的量对于这种复合纳米材料的形貌和性能具有重要的调节作用。和其他形貌的氧化锌/银复合纳米材料相比较,花状氧化锌/银复合纳米材料具有最佳的光催化性能。同时进一步以花状氧化锌/银复合纳米材料作为SERS基底研究其表面增强拉曼性能,结果表明这种复合材料同时具有很好的表面增强拉曼性能。光催化和表面增强拉曼结果表明这种花状氧化锌/银复合纳米材料有望在有机物检测中作为一种具有很好的可循环性的新表面增强拉曼基底材料。     

Ag/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能

采用静电纺丝技术及煅烧法制备了氧化锌纳米纤维, 然后采用水热法将银纳米颗粒负载到了氧化锌纳米纤维表面. 利用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 能量色散X射线光谱(EDX)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等技术对合成的Ag/ZnO纳米纤维的结构和组成进行了表征. SEM结果表明, 直径在5~100 nm之间的银纳米颗粒附着在直径在80~330 nm之间的氧化锌纤维表面形成了异质结构. 以常见的有机污染物甲基橙、 亚甲基蓝和罗丹明B等为降解底物, 对Ag/ZnO纳米纤维的光催化性能进行了表征. 结果表明, 负载银纳米颗粒后, 复合催化剂的光催化性能明显提高.     

Ag/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能（英文）

采用静电纺丝技术及煅烧法制备了氧化锌纳米纤维,然后采用水热法将银纳米颗粒负载到了氧化锌纳米纤维表面.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线光谱(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等技术对合成的Ag/ZnO纳米纤维的结构和组成进行了表征.SEM结果表明,直径在5~100 nm之间的银纳米颗粒附着在直径在80~330 nm之间的氧化锌纤维表面形成了异质结构.以常见的有机污染物甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B等为降解底物,对Ag/ZnO纳米纤维的光催化性能进行了表征.结果表明,负载银纳米颗粒后,复合催化剂的光催化性能明显提高.     

可循环SERS基底ZnO/Ag纳米材料合成和表征

利用简易、绿色、一锅煮的水热法合成了花状氧化锌/银复合纳米材料。然后利用各种光谱和显微技术对复合物进行了表征,并讨论了其表面增强拉曼（SERS）性能和光催化性能。结果表明氢氧化钠的量对于这种复合纳米材料的形貌和性能具有重要的调节作用。和其他形貌的氧化锌/银复合纳米材料相比较,花状氧化锌/银复合纳米材料具有最佳的光催化性能。同时进一步以花状氧化锌/银复合纳米材料作为SERS基底研究其表面增强拉曼性能,结果表明这种复合材料同时具有很好的表面增强拉曼性能。光催化和表面增强拉曼结果表明这种花状氧化锌/银复合纳米材料有望在有机物检测中作为一种具有很好的可循环性的新表面增强拉曼基底材料。     

银纳米颗粒的绿色可控合成及光催化性能的研究

以桑葚植物提取液为还原剂和稳定剂,合成了单分散的类球形、多晶银纳米颗粒。采用紫外-可见分光光度计、透射电子显微镜和选区电子衍射,对银纳米颗粒的形貌、成分及微观结构进行了表征。在可控合成的基础上,以2-、3-、4-硝基苯酚(2-、3-、4-NP)为目标污染物,考察了银纳米颗粒的光催化性能。结果表明,在太阳光照射下,银纳米颗粒展现出了高的光催化活性和稳定性(90天)。2-、3-、4-NP降解反应的动力学速率常数关系如下:K_(4-NP)K_(2-NP)K_(3-NP)。其中,4-NP降解反应的动力学速率常数最大可达0.33 min~(-1),并可由降解体系中银纳米颗粒的添加量来线性调控。     

水热法制备磷酸镍及其光催化性能评价

采用水热合成法以Ni(NO3)2·6H2O为镍源、KH2PO4为磷源合成了磷酸镍,并详细研究了用水热法合成磷酸镍过程中Ni/P摩尔比、晶化温度及溶液酸碱度对磷酸镍光催化降解染料亚甲基蓝的影响,优化了合成条件。通过X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和热重-差热(TG-DTA)和N2吸附等技术对其晶相组成、表面形貌、官能团结构、光吸收特性、热稳定性和比表面积进行了表征。合成材料通过对亚甲基蓝的光催化降解性能进行评价,当制备条件Ni/P摩尔比为3:2、反应温度为110℃、p H为碱性时晶化36 h合成的材料其光催化性能最佳。     

磷酸银复合材料在催化及抗菌方面的研究进展

综述了磷酸银复合材料在化学及相关领域的研究,主要集中在光催化降解污染物、环境药物、杀菌消毒和光解水等方面。光催化在降解污染物方面,尤其是在降解有机染料方面表现突出,如罗丹明B溶液、亚甲基蓝溶液等;光催化降解环境药物方面,磷酸银复合材料对阿拉特津、甲磺酸吉米沙星等药物的降解率可达到90%以上;抗菌性能方面,磷酸银对大肠杆菌有较强的抑制作用,对金黄色葡萄球菌也有一定的抑制作用。简单说明了磷酸银光催化的原理,磷酸银带隙较窄,价电子激发后产生光生电子-空穴对,光生空穴具有强氧化性,光生电子则具有强还原性,迁移到磷酸银的表面后,参与物质的氧化还原反应。最后对磷酸银的改进方法和发展前景进行了总结。     

可持续释放银离子和活性氧的ZnO/Ag/rGO三元新型光催化抗菌剂（英文）

由于具有独特的物理与化学性质,银纳米粒子被广泛应用于传感器、电化学、光催化等多个领域.在生物领域,银纳米粒子可以通过释放银离子有效地解决细菌感染问题,但是其本身的毒性不可忽略.为了减小银纳米粒子的潜在毒性,迫切需要寻找一种可持续释放银离子(Ag~+)的新型复合光催化抗菌剂.已有研究报道可将银纳米粒子负载在氧化铝、凝胶和二氧化硅上形成银基抗菌材料,但是大多数材料中银纳米颗粒尺寸较大,分布不均匀,且仅靠快速释放的银离子进行抗菌.本文通过一步溶剂热法制备了ZnO/Ag/rGO三元光催化抗菌剂,其中分别由银纳米粒子和氧化锌(ZnO)形成的银离子和活性氧(ROS)可对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌产生协同抗菌作用.负载在还原氧化石墨烯(rGO)上的银纳米粒子持续释放出微量的银离子,后者通过库仑引力牢固地吸附在带负电荷的细菌细胞膜上,从而干扰细菌DNA合成,进而使细菌丧失分裂繁殖能力;与还原氧化石墨烯和银纳米粒子复合的氧化锌可以产生更多的O_2~(·–)和·OH等自由基,具有氧化能力的自由基可分解细菌细胞膜使细菌破裂死亡.银纳米粒子的表面等离子体共振效应不仅可以拓宽氧化锌半导体材料的光吸收范围,而且可以作为电子捕获阱捕获电子,加速光生电子与空穴的分离,有效抑制光生载流子的复合.与其他银基抗菌材料相比,该材料可以实现了30天低浓度银离子持续释放,并利用产生的活性氧和银离子稳定高效地进行抗菌.采用XRD,XPS,SEM,TEM,HRTEM,PL和ESR等表征方法分析了材料的结构、形貌、化学组成、元素价态及光学性质,并通过抑菌圈、最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)等性能测试比较了材料的抗菌性能.XRD和XPS结果证明银和氧化锌纳米粒子成功地负载在还原氧化石墨烯上.SEM,TEM和HRTEM分析发现还原氧化石墨烯上的银和氧化锌纳米粒子分布均匀,尺寸较小(5–10 nm).PL和ESR表征表明ZnO/Ag/rGO相比于ZnO/rGO和Ag/rGO有更好的载流子分离和自由基产生能力.因此,ZnO/Ag/rGO材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更低的最低抑菌浓度(MIC_(E.coli)=100×10~(-6)μg/mL,MIC_(S.aureus)=80×10~(-6)μg/mL)和最低杀菌浓度,该材料在抗菌领域具有潜在的应用前景.     

ZIF-8衍生的具有可控氧空位的ZnO对光催化去除NO的增强及毒性NO2形成的抑制

氧化锌作为一种半导体材料,具有合适的能带结构位置,高催化效率,低成本和环境可持续性,因而广泛用于光催化领域.然而,由于氧化锌的宽带隙,可见光吸收能力差以及光生电子-空穴对的快速复合,极大地影响了其光催化效率.通过引入氧空位调控光催化剂的结构被证明是一种可以改善光生载流子的分离,从而提高光催化性能的有效方法.本文以ZIF-8为前驱体,采用两步煅烧法合成了具有不同浓度氧空位分布的ZnO纳米光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振(EPR)、荧光光谱仪(PL)等手段系统地分析了合成的光催化剂的理化性质,并评价了它们在可见光下光催化氧化去除NO反应性能.EPR结果表明,样品中氧空位的浓度取决于温度处理的过程.通过两步煅烧法得到氧化锌中氧空位的含量高于一步直接煅烧法所得的样品.此外,随着煅烧温度升高,合成的氧化锌晶格越完好,其氧空位含量越少.UV-Vis DRS结果表明,两步煅烧法合成的ZnO与商业的ZnO及一步法直接煅烧合成的ZnO相比,其吸光范围从紫外光拓展到了可见光,表现出了更加优异的吸光性能.光催化反应结果表明,与商业氧化锌和一步直接煅烧法所得样品相比,两步煅烧法合成的样品表现出了更优异的光催化去除NO性能,并抑制了中间产物毒性NO2的产生,促进了NO的深度氧化.具体反应路径为:在光照过程中,光生电子很容易被氧空位俘获,与O2反应产生更多的超氧自由基(·O2^-),从而将NO氧化成最终的产物硝酸盐.尤其有趣的是,先在350 ℃煅烧2小时再400℃煅烧1小时的两步法样品Z 350-400的NO去除效率分别比一步法样品Z 400(400℃煅烧)和商用ZnO高出1.5和4.6倍.这表明以MOF材料衍生的具有适当量氧空位的金属氧化物为一种高效去除NO的光催化剂具有很好的应用前景.     

水热法原位合成纳米氧化锌阵列及其光催化应用

在对氨基吡啶(p-APD,1.0 mol/L)介质中,140℃、12 h条件下采用简单的水热法在锌片上原位合成氧化锌纳米阵列。用X射线衍射、扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对其晶体结构和形态分别进行了表征和观察,讨论了该氧化锌材料可能的形成机理。该氧化锌在紫外光照射下对罗丹明B染料具有很强的光催化降解能力。     

梨形核壳结构氧化锌/银亚微米球的制备、表征及光学性能

利用亚锡离子还原银离子生成的金属银沉积在合成的梨形氧化锌表面作为晶种,进一步生长银纳米粒子,制备了梨形的、核壳结构的、单分散的氧化锌/银亚微米球。利用X射线衍射、透射电镜、能量色散X射线谱、紫外可见吸收谱及光致发光谱对所制备样品的形貌、微观结构、组成和光学性能进行了表征。结果表明:(1)样品是由梨形亚微米氧化锌核和银纳米颗粒壳组成;(2)在氧化锌表面的银纳米粒子作为光激发产生的电子捕获剂提高了光产生的载流子的分离效率,在能量没有改变的情况下减少了紫外发射光的强度,淬灭了可见发射光。     

不同形貌ZnO@PANI纳米复合材料的制备及光催化性质

采用直接沉淀法和水热合成法制备出形貌和尺寸比较均一的颗粒状、棒状和球形花状的纳米ZnO。使用硅烷偶联剂KH-42(苯胺甲基三乙氧基硅烷,C6H5-NH-CH2-Si(OCH3)3)对所得纳米ZnO进行表面化学修饰,修饰后的纳米ZnO(m-ZnO),经由皮克林乳液聚合法使苯胺单体在其表面聚合,形成聚苯胺(PANI)包覆的氧化锌纳米复合材料(m-ZnO@PANI),采用XRD、SEM、HRTEM、FTIR、UV-Vis、TG等对样品进行表征;研究了m-ZnO@PANI纳米复合材料对亚甲基蓝(MB)的光催化性能。结果表明,复合材料对可见光也有较强的吸收,在紫外、可见光照射下都有较好的光催化降解效率。其中,棒状ZnO纳米复合材料的光催化降解性能最好,它的紫外-可见光和可见光光催化降解率分别达到98.2%和97.1%,而且复合材料的光催化性能稳定,二次循环的紫外-可见光催化降解率仍达到96.0%。     

金属掺杂磷铝分子筛的制备及其光催化性能研究

采用水热合成法,以正磷酸为磷源、硝酸铝为铝源,四丙基溴化铵(TPAB r)为模板剂,原位掺入Fe(NO3)3.9H2O或Zn(NO3)2.6H2O作为金属源,在180℃下晶化3天,以制得金属掺杂的磷铝分子筛.用XRD、XRF、FT-IR、UV-V is-DRS等方法对所合成的分子筛进行表征,以甲基橙溶液为目标降解物在紫外光下评价其光催化性能.初步研究表明,所合成的产品具有A lPO4-5分子筛结构,该系列金属掺杂磷铝分子筛在紫外光下有着较好的光催化性能.     

室温合成片层花状氧化锌及其光催化

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板,硝酸锌和氢氧化钠为原材料,采用湿化学法,在室温(25℃)下,搅拌2 h合成了大量生长有序的片层花状氧化锌。讨论了物料比、时间和反应温度等条件对合成材料形貌和结构的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对其晶体结构和形态进行了表征。此外,实验中发现,花状氧化锌对罗丹明B染料有显著的光催化降解特性,在紫外光照射140 min,罗丹明B的降解率达到98.6%。     

还原石墨烯氧化物/磷酸秘纳米复台物的台成及增强的光催化活性

以石墨烯氧化物和硝酸铋为前驱物、甘油为溶剂,200℃下反应1 h,采用溶剂热方法"一锅煮"合成还原石墨烯氧化物/磷酸铋复合纳米材料.利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、表面增强拉曼光谱和紫外-可见光谱对所合成样品的形貌和结构进行表征.以罗丹明B作为降解模型分子,考察了复合纳米材料在紫外光照射下的光催化活性.实验结果表明,复合纳米材料的光催化活性优于磷酸铋.在2 h内,还原石墨烯氧化物/磷酸铋对罗丹明B降解率为87.5%;而同样条件下,磷酸铋对罗丹明B的降解率仅为45.7%.复合材料光催化活性的提高主要归因于石墨烯纳米片高效的电子受体和传输特性能有效促进电子-空穴对的分离,进而提高了复合材料的降解效率.     

碘钨酸银/碳纳米管复合材料的制备及其光催化应用初探

本文采用水热合成法制备碘钨酸银/碳纳米管复合材料和碘钨酸银单一材料,并对其进行扫描电子显微镜、X-射线粉末衍射、红外光谱表征、紫外-可见光漫反射以及电化学性质的测试。初步探究其光催化性能,实验结果表明,碘钨酸银/碳纳米管复合材料的催化性能较好,其光催化降解亚甲基蓝在60分钟可达到85.4%。     

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。     

不规则形ZnO纳米棒的制备及其光催化性能研究

本文采用溶剂热法,以Zn(NO3)2,NaAc为原料,聚乙二醇-10000为表面活性剂,制备了不规则形的ZnO纳米棒。并用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、荧光光谱、紫外-可见分光光度计对其进行了表征。考察了硝酸锌用量、聚乙二醇-10000用量、反应时间和反应温度等对氧化锌粒子形貌和大小的影响,初步讨论了氧化锌纳米棒的可能形成机理。以ZnO纳米棒作为光催化剂,考察了其光催化降解龙胆紫的性能。研究了催化剂用量、龙胆紫的初始浓度对光催化降解率的影响。