BaTiO_3纳米颗粒的聚丙烯酰胺凝胶法合成及光催化降解甲基红性能

采用聚丙烯酰胺凝胶法合成了BaTiO3纳米颗粒,利用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、透射电镜和紫外-可见漫反射光谱对样品进行了表征.结果表明,以柠檬酸酸为络合剂、pH=2且在700°C焙烧时可制备出单相BaTiO3纳米颗粒,其形状较为规整,近似呈球形,平均粒径约为55nm,光学带隙值为3.25eV.以偶氮染料甲基红为目标降解物,研究了BaTiO3纳米颗粒的光催化性能.结果表明,在紫外光照射下该纳米颗粒表现出较高的催化活性,光催化机理主要为光生空穴的直接氧化.     

新型半导体可见光催化剂纳米锰酸钇

采用聚丙烯酰胺凝胶法制备了锰酸钇(YMnO3)纳米颗粒,并运用X射线衍射、扫描电镜和紫外可见漫反射光谱对样品进行了表征.结果表明,制得的YMnO3纳米晶主要为六方钙钛矿结构,兼有少许的正交钙钛矿结构,且颗粒粒度均匀、形貌规整、呈类球形,平均颗粒尺寸约为45 nm.另外,测得YMnO3纳米颗粒的光学带隙值为1.31 eV...     

聚丙烯酰胺凝胶法合成TbFeO3 纳米颗粒及其可见光催化活性

采用聚丙烯酰胺凝胶法制备了TbFeO3纳米颗粒, 研究了不同络合剂对样品的纯度、 颗粒尺寸及形貌的影响. XRD分析结果表明, 以酒石酸、 柠檬酸或乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂, 在650 ℃下烧结均可制备出单相TbFeO3纳米颗粒, 但产物的平均粒径不同; 而采用乙酸或草酸为络合剂则难以制得纯相样品. SEM观测结果表明, 以酒石酸为络合剂制备的颗粒细小, 均匀、 形貌规整、 呈球状, 平均粒径约为50 nm; 以柠檬酸为络合剂制备的颗粒主要以近球形为主, 颗粒的尺寸分布相对较宽, 平均粒径约为100 nm; 以EDTA为络合剂制备的颗粒主要呈椭球状, 颗粒尺寸较均匀, 但颗粒间存在不同程度的黏连现象, 平均粒径约为110 nm. 这3种样品的BET比表面积分别为15.4, 8.3和6.8 m2/g. 紫外-可见漫反射吸收光谱研究表明, TbFeO3纳米颗粒的带隙为1.95~1.98 eV. 分别以甲基橙(MO)、 罗丹明B(RhB)、 亚甲基蓝(MB)、 酸性品红(AF)和刚果红(CR)5种有机染料为目标降解物, 考察了TbFeO3颗粒的光催化活性. 结果表明, 在可见光辐照下颗粒表现出良好的光催化活性, 其中, 以酒石酸为络合剂制备的样品光催化效果最好.     

BiFeO_3空间选择性光化学还原Ag及光催化活性

采用溶胶-凝胶法和光还原沉积法制备出Ag改性的纳米BiFeO3粒子,对复合材料进行了FESEM、XRD、XPS、FTIR、UVVis/DRS等分析和表征。考察了波长365 nm以上的光照下,铁磁性材料的空间选择性光化学反应对复合材料的结构、形貌以及光谱性质的影响。以罗丹明B为模拟污染物,考察了纳米Ag-BiFeO3粒子的可见光光催化活性以及稳定性。结果表明:通过光化学沉积,不仅增强了BiFeO3在200~800 nm光照下的响应,而且抑制了光腐蚀现象,提高了BiFeO3的稳定性。在波长大于400nm的光照射12 h后单纯纳米BiFeO3粒子对罗丹明B脱色率约为74%,而Ag-BiFeO3复合材料6 h后约为90%,并且重复使用3次后光催化效果基本不变。     

微乳液中单分散银纳米颗粒的制备及抗磨性能

采用水/液体石蜡/Span 80-Tween 80/正丁醇微乳液体系, 制备了具有良好单分散性的Ag纳米颗粒. 通过X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪和热分析仪表征了Ag纳米颗粒的结构、形貌、粒径大小及分布、表面键合性质和热性能. 结果表明, 所制备的Ag纳米颗粒具有立方晶型结构, m(Span 80)∶m(Tween 80)=7∶3时, 粒径分布呈单分散性, 平均粒径约为6 nm. 在四球长时抗磨损试验机上考察了分散于液体石蜡中Ag纳米颗粒的抗磨性能. 实验结果表明, Ag纳米颗粒具有良好的抗磨性, 且能显著提高基础油的承载能力.     

高分子单链键接Fe_3O_4制备Janus复合纳米颗粒

采用溶剂热法制备油酸保护的Fe_3O_4纳米颗粒,通过硅烷配体交换在颗粒表面引入氨基.基于氨基快速淬灭阳离子活性种,将阳离子聚合制备的活性高分子链如聚(4-氯甲基苯乙烯)键接到氨基改性的Fe_3O_4纳米颗粒表面,制备高分子链/Fe_3O_4复合纳米颗粒.分子量决定键接活性高分子链数目.当高分子流体力学尺寸大于纳米颗粒直径时,空间排斥效应保证单根高分子链键接到Fe_3O_4纳米颗粒(10 nm),得到呈降落伞结构的复合Janus纳米颗粒,高分子链分布在Fe_3O_4颗粒一侧.当高分子链尺寸较小时,多根高分子链键接到纳米颗粒表面.研究了该复合Janus纳米颗粒双亲特性.作为固体乳化剂可容易乳化水/油体系得到稳定乳液.该Janus纳米颗粒在油水界面通过自组装可得到单层薄膜.     

置换反应制备双金属纳米催化剂

双金属纳米颗粒具有比单金属纳米颗粒更加优异的催化、光学及电学等性能,常见的双金属纳米颗粒制备方法有共还原法、连续还原法、电沉积法、微乳液法及置换反应法等.其中,置换反应是一种重要的双金属纳米颗粒制备方法,具有反应条件温和、无需其他还原剂、所制备的纳米颗粒粒径分布均匀、结构可调可控等特点.采用该方法制备的合金结构、核壳结构以及空心结构的双金属纳米颗粒均表现出优异的催化性能,本文综述了近年来置换反应制备不同结构双金属纳米颗粒的研究现状,并且提出了置换反应制备双金属纳米颗粒研究中存在的问题和今后可能的发展方向.     

超临界抗溶剂法制备纳米氧化铝颗粒

以CO2为抗溶剂介质,无水乙醇为溶剂,采用超临界抗溶剂法制备了Al2O3前驱体硝酸铝纳米颗粒,考察了温度和溶液浓度等因素对制备过程的影响,并通过焙烧前驱体硝酸铝制得了纳米Al2O3球形颗粒.采用热重-质谱、X射线衍射、透射电镜和场发射透射电镜对所制备的硝酸铝和Al2O3纳米颗粒进行了表征,并用H2程序升温还原技术初步考察了纳米Al2O3负载Ni催化剂的还原性能,发现纳米Al2O3比一般Al2O3载体对活性组分Ni具有更好的分散性能.     

烷基羧甲砜基氢氧化铁热脱羧和热分解法制备纳米氧化铁

十六烷基羧甲砜基氢氧化铁和丁基羧甲砜基氢氧化铁通过热脱羧方法,合成了纳米氧化铁颗粒。采用X射线衍射、红外光谱及透射电镜等手段对纳米氧化铁的合成过程和结构特征进行了表征。制备的纳米氧化铁具有8~18 nm的晶粒尺寸。羧甲砜基的热脱羧过程使得表面活性剂从纳米颗粒表面去除相对容易,特别是丁基羧甲砜基化合物。十六烷基羧甲砜基氢氧化铁制备纳米氧化铁颗粒存在脱羧有机分子还原Fe³⁺过程,而丁基羧甲砜基氢氧化铁通过热脱羧分解的方式合成纳米氧化铁颗粒。     

可见光辐射下新型可循环石墨烯-铁酸铋杂化催化剂高效光催化降解氨氮

近年来,本课题组利用简单的一步水热法,将石墨烯和铁酸锰、铁酸镍进行掺杂,先后制备出石墨烯铁酸锰和活性炭铁酸镍纳米光催化材料,并发现在可见光辐射作用下,这两种光催化剂均能利用可见光能量催化分解过氧化氢产生活性因子,从而有效地降解氨.基于此,本文采用简单的水热法成功制备出新型的高效多相石墨烯铁酸铋(rG-BiFeO3)催化剂,并尝试在不添加H2O2的条件下进行光降解氨氮实验.结果表明,该复合光催化剂仍可接受可见光辐射,在rG和BiFeO3的协同作用下高效地光分解氨氮.由X射线衍射结果计算出rG-BiFeO3的平均粒径约为18.5 nm.通过清晰的rG-BiFeO3的透射电镜图可以观察到,BiFeO3纳米颗粒物较均匀地分散在rG的二维表面上.对比BiFeO3和rG-BiFeO3的傅里叶变换红外光谱可以发现,rG和BiFeO3之间可能形成了化学键.拉曼光谱结果表明,相对于纯的GO,rG-BiFeO3拉曼谱线的D带和G带发生了蓝移,表明石墨烯铁酸铋复合材料中的GO被充分还原成石墨烯.对比BiFeO3和rG-BiFeO3的紫外-可见漫反射光谱发现,rG-BiFeO3的漫反射光谱发生了红移,表明rG-BiFeO3光催化材料对可见光的响应程度进一步提高.比表面积测定表明,BiFeO3的比表面积为21.0 m2/g,而rG-BiFeO3催化剂的比表面积则增加到48.6 m2/g,说明rG-BiFeO3的吸附性能将得到很大提高.可见光催化反应结果表明,在不添加H2O2,pH=11的条件下,0.2 g rG-BiFeO3对50 mg/L NH3-N的降解率达到91.2%.动力学研究表明,BiFeO3光催化剂氧化氨氮反应遵循一级反应动力学规律.另外,由于BiFeO3纳米材料本身具有一定的弱磁性,所以BiFeO3和rG的复合材料也具有一定的磁性,较易回收.催化剂经过7次循环使用后,仍然具有很高的光催化活性.根据已有文献报道,吸附在催化剂表面的氨氮被氧化的路径有两条:(1)氨在被氧化为NH2,NH和N2Hx+y(x+y=0,1,2)等一系列中间产物后,最终被分解为氮气;(2)氨被氧化为中间产物HONH2,最终分解为硝酸盐和亚硝酸盐.本文利用紫外-可见分光光度计对rG-BiFeO3光降解体系下的氨溶液进行了全波长扫描,在206和211 nm处未检测到任何吸光度,从而排除了氨氮最终分解产物为硝酸盐和亚硝酸盐的可能性.这意味着rG-BiFeO3可见光降解氨体系符合第一种氧化路径.进一步的机理研究表明,反应过程中石墨烯与铁酸铋之间的协同作用所产生的空穴、超氧阴离子自由基和羟自由基共同将NH3直接氧化成N2,其中羟基自由基在整个氧化分解过程中起着最主要的作用.     

核壳结构p-n异质结复合光催化剂BiFeO3@TiO2的制备及其在可见光催化降解中的应用

化石燃料的迅速消耗导致环境污染与能源危机日益加剧.太阳能高效利用与转换是解决该难题的有效途径之一.在众多光催化剂中,TiO2因其高催化活性、高稳定性、低毒性以及低成本等优势而普遍受到关注,但TiO2存在着带隙过宽而无法利用可见光的缺陷,严重制约了其在光催化方向的实际应用.核壳型复合纳米材料具有较大的比表面积、较高的光吸收能力以及所吸附的污染物分子易于从吸附面扩散到光致降解面等特点,而表现出较强的有机污染物吸附性能以及良好的光催化活性.以磁体材料为核将TiO2包覆于磁体表面,可以制备具有磁分离特性的磁载光催化剂.而铁酸铋作为一种在室温下同时具有铁电性和铁磁性的钙钛矿型材料,由于其较窄的带宽(2.1 eV)在可见光催化氧化方面也受到了极大的关注.本文首先通过柠檬酸自燃烧法制备了可磁性分离的BiFeO3粉体,再以水解沉淀法将TiO2包裹在BiFeO3前驱体上形成了不同质量比(1:1,1:2,2:1)的核壳结构的BiFeO3@TiO2复合粉体,并以甲基紫为例,对其在紫外光和可见光照射下的光催化性能分别展开了研究.结果表明,BiFeO3@TiO2复合粉体的光催化性能较单独的BiFeO3或TiO2均有所提升.其中质量比为1:1的BiFeO3@TiO2复合粉体(TiO2壳层厚度为50–100 nm)展现出最强的光催化氧化活性,且在可见光下有更高的光催化效率.经表征分析,该复合粉体光催化性能高的原因可能归结于BiFeO3与TiO2两者之间形成了p-n异质结界面,有效地提高了电荷载流子的传输分离效率,同时BiFeO3较窄的禁带宽度拓展了纳米TiO2的光谱吸收范围,增强其光吸收能力.光电化学Mott-Schottky测试结果进一步证实:BiFeO3粉体在与TiO2复合之后,其电荷载流子传输与供体密度均有显著提升.自由基猝灭实验表明,在甲基紫光催化降解中起主要作用的为羟基自由基与光生电子,并结合能带理论与自建电场理论对降解机理进行了阐述.进一步研究表明,甲基紫降解效果最优条件为:复合粉体的投加量为1 g/L,甲基紫初始浓度为10 mg/L,初始pH为5.另外,质量比1:1的BiFeO3@TiO2对甲基橙和刚果红染料废水也具有较好的降解效果,表现出良好的工业应用前景.     

铕掺杂对纳米TiO2的光催化活性的影响

用溶胶-凝胶法制备了掺杂Eu3+的纳米TiO2,用XRD和TG-DTA对其进行了表征,并以正庚烷为气相有机污染物的实例研究了样品的光催化活性,发现Eu3+进入TiO2晶格中引起了TiO2晶格膨胀,导致晶格畸变增大,抑制了TiO2晶相的转变和粒径的增长.结果表明,Eu3+掺杂可提高TiO2的光催化活性,并且当掺杂摩尔分数为0.3%时,光催化活性最好.随着焙烧温度的升高,光催化活性下降,而利用较高的水解酸度则有利于得到光催化活性较高的样品.     

TiO2纳米粒子制备方法对其光催化活性的影响

分别用胶溶法、金属醇盐水解法和低温水解法制备了TiO2纳米粒子;采用XRD和BET技术,测试了TiO2粒子的粒径、晶型及表面积。以庚烷的气相光催化氧化为探针反应,考察了不同方法、不同温度处理的TiO2粒子的光催化活性。结果表明,以胶溶法和金属醇盐水解法制备的TiO2粒子,随焙烧温度的增加TiO2粒子长大,晶型由锐钛矿向金红石型转变,光催化活性降低。用低温水解法,可在低温下制得金红石型TiO2粒子,但其催化活性很低。说明由原料和制备方法所决定的TiO2粒子的物理化学性质,影响其光催化行为。锐钛矿型TiO2粒子催化活性较金红石型TiO2好。这是由于前者的表面羟基含量较高且带隙能较大的缘故。     

Comparative study of sol-gel-hydrothermal and sol-gel synthesis of titania-silica composite nanoparticles

Titania-silica composite nanoparticles were prepared by sol-gel-hydrothermal and sol-gel routes, respectively, and their physico-chemical and photocatalytic properties were compared. The results of XRD, TEM and BET surface areas showed that sol-gel-hydrothermal route led to anatase titania-silica composite nanoparticles with large specific surface area, but the sol-gel route tended to form mixture of anatase and rutile. The composite nanoparticles prepared by sol-gel-hydrothermal route had better thermal stability against phase transformation from anatase to rutile, agglomeration and particle growth than those prepared by sol-gel route. On the basis of XRD, FT-IR, XPS and ²⁹Si MAS-NMR, a strong interaction was found between SiO₂ and TiO₂, and Ti-O-Si bonds formed during both the two routes. But more Ti-O-Si bonds formed in the composite nanoparticles prepared by sol-gel-hydrothermal route than those prepared by sol-gel route. As a result, the titania-silica composite nanoparticles prepared by sol-gel-hydrothermal route exhibited higher photocatalytic activity in decomposition of methylene blue than that prepared by sol-gel route, and it had excellent photocatalytic activity even after calcined at 1000 °C.     

微乳法制备纳米TiO2 /SiO2的结构及光催化研究

Nanosized TiO₂ and TiO₂/SiO₂ particles were prepared by hydrolysis of tetrabutyl titanate (TBOT) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) in the TX-100 reverse microemulsion. These particles were characterized by TG-DSC, XRD, FTIR, TEM，N₂ adsorption-desorption. Their photocatalytic activity was tested by degradation of methyl orange. The result shows that TiO₂/SiO₂ nanoparticles are with a monodispersed spherical phase and a uniform size distribution，and TiO₂ particles are dispersed on the surface of SiO₂. The band for Ti-O-Si vibration in FTIR was observed, the Ti-O-Si bond increased the stability of anatase TiO₂, suppressed the phase transformation of titania from anatase to rutile. And due to the addition of SiO₂, the average size of titania decreased from 38 nm in pure TiO₂ to 5 nm in TiO₂/SiO₂. It was found, under UV light irradiation, TiO₂/SiO₂ particles showed higher activity than pure TiO₂, and TiO₂/SiO₂(1/1) particles showed the highest photocatalytic activity on the photocatalytic decomposition of methyl orange, which was influenced by crystal structure, particle size, crystallinity and Surface area Characteristics.     

液相还原Ru/CNTs催化氨分解性能研究

近年来各国对环境保护日益关注,为了减少甚至消除汽车、小型发电站等带来的污染,供给质子膜燃料电池(PEMFC)的现场制氢技术的研究受到关注.     

熔盐中熟化处理提高BiFeO3的可见光催化活性

研究发现, 通过熔盐中熟化处理可以显著地提高BiFeO3的可见光催化活性.     

复合Ag/ZnO分级结构微球的制备及其光催化性能研究

采用化学沉淀法制备ZnO微球,利用柠檬酸三钠（TCD）避光还原硝酸银在ZnO表面沉积银粒子制备Ag/ZnO复合材料.利用XRD、SEM、TEM、EDS、FTIR、UV-vis DRS、PL、BET等对Ag/ZnO的结构、组分、形貌及光谱性质进行了表征,通过紫外及可见光照降解甲基橙溶液评价样品的光催化性能.结果表明：ZnO纳米微球是由ZnO纳米片相互交错构筑而成的具有丰富孔道的分级结构,Ag纳米粒子均匀沉积在ZnO纳米片上.Ag的沉积显著增加了ZnO的可见光吸收,猝灭了ZnO荧光,提高了ZnO催化活性.