晶面可控BiOCl光催化剂的制备及其催化反应活性研究

以五水合硝酸铋和氯化钾为原料,通过水热法合成了BiOCl光催化剂,并对其结构进行表征,考察了前驱体的pH对催化剂结构和降解8-羟基喹啉活性的影响。结果表明,随前驱体pH的增加,催化剂[001]晶面暴露程度下降,带隙能减小,且催化反应活性降低,这可归因于低的带隙能和高的光生载流子复合效率。进一步考察降解体系pH对催化剂反应活性的影响,结果表明,降解体系pH影响8-羟基喹啉在催化剂表面的吸附行为,进而影响催化剂的反应活性。     

Mg-Al 类水滑石/二氧化钛异质复合纳米晶光催化氧化苯的性能

 采用过饱和沉淀法合成 n(Mg)/n(Al) = 2 的 Mg-Al 类水滑石化合物 (Mg-Al-HT), 再用水热法将它与钛胶复合, 制得 Mg-Al-HT/TiO2 异质复合光催化剂. 采用 X 射线粉末衍射、透射电子显微镜、场发射扫描电子显微镜、低温 N2 吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱和热重等技术对催化剂结构、成分和性质进行了表征. 结果表明, 在波长 365 nm 的紫外光照射降解苯的反应中, Mg-Al-HT/TiO2 异质复合光催化剂表现出优于单一的 TiO2 或 Mg-Al-HT 催化剂的光催化活性, 且稳定性更高; 同时讨论了该复合催化剂性能优异的原因. 另外, 运用电子顺磁共振技术检测到体系中存在羟基自由基等活性物种, 并据此提出了 Mg-Al-HT/TiO2 异质复合纳米晶催化剂光催化降解苯的反应机理.     

Ag/BiOX (X=Cl,Br, I)复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能

采用光化学沉积法制备了一系列不同Ag含量的新型Ag/BiOX(X=Cl,Br,I)复合光催化剂,应用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱和N2物理吸附等手段对催化剂进行表征,并以420nm<λ<660nm的可见光为光源,评价了该催化剂光催化降解酸性橙II的活性,考察了不同含量的Ag沉积对BiOX样品光催化性能的影响.N2物理吸附测试结果表明,沉积银在一定程度降低了催化剂的比表面积.UV-Vis测试结果表明,Ag能产生表面等离子共振吸收,有效增强BiOCl和BiOBr对可见光的吸收能力.PL测试结果则表明,Ag能显著抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合.Ag的存在大幅度提高了BiOX对染料的光催化降解活性.当负载Ag的质量分数(w)为1%-2%时,可使BiOCl、BiOBr和BiOI光催化活性分别提高了10、13和2倍.Ag/BiOX复合光催化剂具有更高催化活性的原因是复合光催化剂对可见光有很强的吸收能力,同时产生了银等离子体光催化作用和银抑制了Ag/BiOX(X=Cl,Br,I)的光生电子-空穴的复合.     

GO/Ag3PO4复合光催化剂的制备、表征及光催化性能

以石墨粉为原料,采用Hummers氧化法合成氧化石墨烯(GO).然后在超声作用下,将不同含量的Ag₃PO₄沉积在GO上,制备了一系列4% (w,质量分数) GO/Ag₃PO₄、8% GO/Ag₃PO₄、16% GO/Ag₃PO₄和32% GO/Ag₃PO₄复合光催化剂.对所制备的光催化剂运用N₂物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段进行了表征,并在可见光下考察了GO含量对Ag₃PO₄光催化降解甲基橙(MO)的性能.结果表明, GO能够和Ag₃PO₄实现均匀复合.复合GO提高了催化剂的比表面积,改善了催化剂的吸附性能.复合16% GO使Ag₃PO₄光催化活性提高最显著, 120 min内对MO的降解率达到83%,是纯Ag₃PO₄光催化活性的7.5倍. GO能提高催化剂的比表面积,促进光生电子-空穴(e^-/h⁺)的分离,产生更多活性自由基,从而提高Ag₃PO₄光催化的活性和稳定性.     

超声波辐射快速合成高光催化性能的BiOCl(Br)纳米片

在室温条件下,利用超声波辐射方法快速合成了四方状BiOCl(BiOBr)纳米片光催化剂。应用N2-物理吸附、X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外可见光谱等手段对催化剂进行了表征,并以波长为λ=365 nm的紫外光和420 nm<λ<660 nm的可见光为光源,评价了该催化剂光催化降解酸性橙Ⅱ的活性。表征结果表明,超声波辐射可加速BiOCl和BiOBr晶化过程,显著提高BiOCl和BiOBr的结晶度,并使其晶粒发生细化,提高催化剂的比表面积。活性测试表明,声化学合成样品的光催化活性优于普通搅拌制备的样品。其中BiOCl的紫外光催化活性高于商业TiO2(P25)光催化剂。     

F掺杂制备具有高暴露(001)晶面的BiOCl纳米片及其光催化性能

采用溶剂热-煅烧法,通过F掺杂合成了一系列具有高暴露(001)晶面的BiOCl纳米片。应用X射线衍射、N_2物理吸附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、红外光谱和光电流响应等物理化学方法对合成的样品进行了表征分析。结果表明,掺杂适量的F可以促进BiOCl(110)优势晶面的生长,形成高暴露(001)晶面,同时可抑制BiOCl晶粒的长大,并增大BiOCl纳米片的比表面积和提高其表面羟基的数量。在模拟太阳光下,光催化降解偶氮染料罗丹明B结果表明,F掺杂能显著提高BiOCl对罗丹明B的光催化降解活性。其中F_(1.0)-BiOCl对罗丹明B的降解速率是BiOCl的2.67倍。此外,F_(1.0)-BiOCl对酸性橙Ⅱ的光催化降解活性是商业光催化剂P25(TiO_2)的1.24倍。F掺杂引起光催化活性大幅提升的主要原因是,高暴露(001)晶面的生成提升了BiOCl纳米片对染料的吸附性能,同时加快了光生e~-和h~+分离。     

声化学辅助溶剂热合成高光催化性能的BiOCl光催化剂

以五水硝酸铋和氯化钠为原料,乙二醇(EG)和水作溶剂,通过声化学辅助溶剂热法合成了系列BiOCl纳米晶光催化剂。应用氮气物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)和光电流等测试手段对所制备的光催化剂进行了表征。在汞灯和氙灯照射下,以苯酚和甲基橙为水体模型污染物,系统考察了超声辐射时间和醇水比(VEG/VH2O)对BiOCl光催化剂性能的影响。结果表明,当超声辐射时间为60 min,VEG/VH2O=1/4时,合成的BiOCl表现出最佳的光催化活性,为常规沉淀法制备的BiOCl的3.3倍。活性提高的主要原因是,适当时间的超声波辐射和醇水比有利于催化剂比表面积的提高,同时可以丰富催化剂表面羟基(-OH)的数量和提高光生电子和空穴的分离效率。     

Pt/BiOCl纳米片的制备、表征及其光催化性能

采用光化学沉积法制备了一系列不同Pt含量的新型Pt/BiOCl纳米片光催化剂,运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、光致发光光谱、紫外-可见漫反射光谱等手段对Pt/BiOCl进行了表征,并以λ=254nm的紫外灯和钨灯为光源,考察了Pt含量对Pt/BiOCl光催化降解酸性橙II活性的影响.结果表明,沉积的Pt对BiOCl样品比表面积的影响不大,但可有效增强催化剂对可见光的吸收能力,显著抑制光生电子与空穴的复合.当Pt含量为1%~2%时,能大幅度提高紫外光下BiOCl催化降解染料的活性,并产生可见光活性.这是由于Pt/BiOCl具有一定的可见光吸收能力,产生了Pt纳米粒子的等离子体光催化作用.     

离子刻蚀法制备具有高效催化性能的m-Bi2O4/BiOCl p-n异质结催化剂

光催化技术作为一种绿色的环境修复方法而备受关注,它直接利用太阳光作为能源,可有效地降解有机污染物.铋系化合物具有化学稳定性强、抑制光腐蚀、无毒和来源广泛等优点,被认为是一种环境友好的光催化剂,广泛用于降解染料、苯酚和其他有机污染物.BiOCl具有独特的内部结构,可形成内电场促进电子和空穴的移动,抑制其复合.但是BiOCl本身带隙能过大,只能被紫外光激发,对光的利用率较低,限制了其在环境治理中的应用.近两年来发现,m-Bi2O4带隙能小,可吸收大波长的可见光,催化性能好.为充分发挥m-Bi2O4的优异性质,改善BiOCl的性能,本文将BiOCl与m-Bi2O4复合制得新型催化剂,降低催化剂的带隙能,增强对光的吸收,提高量子效率,促进光生载流子的分离,抑制电子-空穴复合,从而提高催化剂性能,加速降解反应进程.本文通过离子刻蚀法制备具有p-n异质结的m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂,通过调节HCl的加入量制得不同比例的催化剂,并考察了其在可见光下催化降解MO(甲基橙)的性能.结果表明,m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂在可见光下表现出优异的光催化降解MO和四环素的性能,反应10内min可降解95％的MO,反应150 min内四环素的降解率为85.5％;该复合催化剂对MO和四环素的光降解效率分别是纯BiOCl的52.3和4.9倍.活性自由基捕获实验表明,空穴在光催化降解过程中起最主要的作用,其次是超氧自由基,羟基自由基对降解反应也起到一定的作用.采用XRD,SEM,EDS,TEM,SAED,FT-IR,Raman,XPS,BET,UV-vis和光电流等表征方法分析了催化剂的结构、形貌、化学组成、元素价态、孔结构、带隙能、光学性质和载流子复合效率.结果表明,与BiOCl的斜四方体相比,m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂呈现纳米片状结构,氯离子进入晶格的内部,颜色也由BiOCl原来的深褐色变为黄色.m-Bi2O4/BiOCl为介孔结构,比表面积为112.90 m2/g,其吸收波长红移,由紫外光扩展至可见光区域,带隙能也由3.2降低为1.87 eV,能带弯曲形成p-n异质结,提高了电子-空穴的转移效率,抑制其复合;m-Bi2O4/BiOCl的光电流密度高于m-Bi2O4和BiOCl,电子-空穴的分离效率更高,因而其催化性能更优越.     

TiO2/AC复合光催化剂对苯和丁醛的气相光催化降解机理

 利用溶胶-凝胶并水热处理法制备了TiO2光催化剂和TiO2/AC复合光催化剂,在静态光催化反应器中研究了苯和丁醛的气相吸附和光催化降解,利气相色谱分析确定了生成的中间体. 结果表明, TiO2/AC复合光催化剂比TiO2光催化剂具有较强的吸附能力和较高的光催化活性; 在TiO2和TiO2/AC上,苯(或丁醛)光催化降解产生相同的中间体,表明在两种催化剂上发生的光催化反应遵循相同的机理,进而讨论了其可能的光催化氧化途径.     

Ag-TiO2/蒙脱土复合纳米光催化剂的研究

本文以蒙脱土(简称MMT)为载体,利用四氯化钛水解法将纳米TiO2引入到蒙脱土层间,经500℃煅烧后得到稳定结构的TiO2柱撑蒙脱土,再通过化学还原法将金属银负载于其上,合成出载银/二氧化钛柱撑蒙脱土复合光催化剂(Ag-TiO2/MMT).通过XRD、IR、BET、AAS等分析方法对复合光催化剂的物相组成、键合状况、比表面积、元素含量等物化性质进行了表征.对降解亚甲基蓝的光催化活性测试表明具有如下的光催化活性序列:Ag-TiO2/MMT>TiO2/MMT>TiO2(P25),其中Ag-TiO2/MMT由于柱化后具有较大的比表面积和Ag的负载改性而具有最高的光催化活性.     

聚合物调控氧化钛层柱蒙脱石的结构和性能研究

为了改善氧化钛层柱蒙脱石的结构性能,以长链聚合物-端氨基聚甲基环氧乙烷(PPO-D-2000)为结构调节剂,调控合成了聚合物-氧化钛层柱蒙脱石材料。采用X射线粉末衍射、红外、拉曼光谱、TG/DSC、TEM和BET等手段进行了结构表征。结果表明,相比于小分子量表面活性剂而言,长链聚合物不仅能显著提高氧化钛层柱蒙脱石中的二氧化钛含量,而且比表面积比单独氧化钛柱撑蒙脱石增加了约13%,达到241.52m2/g,尤其是孔径、孔体积等孔道结构参数增加一倍左右。将合成的柱撑蒙脱石材料应用于对水中甲基橙的吸附和光催化性能研究表明,聚合物的调控作用能提高氧化钛层柱蒙脱石的吸附能力,光催化效率也有所改善。因此,聚合物对优化无机层柱粘土材料结构、改善吸附和催化性能具有良好的调控作用,为发展环境催化材料提供了新的途径。     

Low-temperature synthesis and photocatalytic activity of TiO2 pillared montmorillonite

TiO2 pillared montmorillonite (PILM) was synthesized by hydrolyzing TiO2 sol into the interlayers of montmorillonite (MMT) at low temperatures. It is novel that all the as-prepared catalysts without calcination show a high photocatalytic activity for the degradation of acid red G (ARG) under UV light irradiation. The as-prepared powders were characterized by XRD, TEM, UV-vis diffuse reflectance spectroscopy, BET, and FT-IR. The X-ray diffraction analysis indicated that the (001) plane of MMT in the composites disappeared and that the layered structure became disordered, which also was confirmed by the TEM photographs. The UV absorption edge of the composites shows a red-shift in comparison to that of pure TiO2 particles. The obtained catalyst has the highest photocatalytic activity when the composite temperature is 70 degrees C, which could be attributed to the synergetic effects of the adsorbability of MMT and the photocatalytic property of TiO2 in it.     

BiOCl纳米片微球的制备及其形成机理

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法制备了BiOCl纳米片微球.BiOCl纳米片交织在一起,形成开放的微孔结构.不同条件下合成的BiOCl形貌分析表明,纳米片微球的形成是乙二醇辅助生长的过程:乙二醇的2个氧原子与1个或2个铋离子配位生成含铋多聚络合物.在溶剂热过程中,Bi3+离子催化乙二醇聚合脱水,生成的水分子反过来原位促进金...     

Immobilization of bismuth oxychloride on cellulose nanocrystal for photocatalytic sulfonylation of arylacetylenic acids with sodium arylsulfinates under visible light

As a promising semiconductor photocatalyst, BiOCl has been widely used in the field of environmental protection. However, due to its weak ability to absorb visible light, the application of BiOCl in other important photocatalytic fields has been significantly limited, such as organic synthesis. In this work, a facile method was used to prepare a highly efficient heterogeneous nano-photocatalyst BiOCl/cellulose nanocrystal (CNC). Subsequently, the BiOCl/CNC was verified by XPS, ESR, BET and other characterization methods. The results show that not only the strong interaction between BiOCl and CNC increases the visible light absorption intensity of the composite, but also the combination of BiOCl and CNC makes the specific area of the catalyst more than twofold. In addition, a large number of hydroxyl groups contained in CNC can be combined with the BO bond in BiOCl through hydrogen bonds, forming abundant oxygen vacancies on BiOCl/CNC. Excitedly, these changes enable BiOCl/CNC to exhibit excellent photocatalytic performance and regeneration performance in the sulfonation reaction of arylacetylene acid and sodium arylsulfinate, with a yield of up to 96%. This work represents a step towards a low-cost, environmentally friendly composite of cellulose and BiOCl, which will provide useful enlightenment for future exploration in related fields.     

氯氧化铋催化剂的电子结构调控及其光催化性能研究

以不同Bi/Cl摩尔比例为原料设计合成了一系列BiOCl半导体催化材料。扫描电子显微镜、XRD衍射峰拟合等分析结果显示,Bi/Cl比例的改变对BiOCl的形貌、表面结构、微观电子结构均具有一定的调控作用。以Bi/Cl = 1 : 1为原料合成的BiOCl光催化剂具有最窄的带隙值（Eg=3.18 eV）,使得其具有较强的的光响应能力。光催化去除罗丹明B（RhB）结果表明,随着Bi/Cl摩尔比例的减小,BiOCl的催化性能呈现先增强后减弱的趋势。Bi/Cl = 1 : 1样品具有最优的催化活性,源于其较优异的光吸收性能以及特殊的表面特性。光催化机理研究表明,光催化去除RhB的过程中,起作用的活性物质主要为光生电子、空穴以及半导体表面产生的超氧自由基。     

增强光催化活性的3D分级结构Bi2W06微球及表面酸性

以KNO3为矿化剂,用水热法制备了3D分级结构Bi2WO6微球,通过XRD、SEM、BET对产物进行了表征．探讨了3D分级结构Bi2WO6微球可能的形成机理．以罗丹明B为模型污染物,研究了合成产物的光催化性质．结果表明：在紫外光下,RhB的降解以共轭结构断裂的光催化反应为主;而在可见光照射下,RhB的降解可能是光催化和光敏化共同作用的结果．进一步以吡啶为探针分子,通过吸附吡啶红外光谱探讨了Bi2W06表面酸性与光催化降解RhB之间的关系．研究显示,Bi2W06具有较强的表面酸性,增强了Bi2WO6与RhB分子之间吸附作用,有利于染料分子上的电子跃迁至催化剂上,易于发生光敏化和光催化反应。     

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.     

利用AgVO3改性MoS2增强活性氧产生及其光催化性能的提高

随着全球工业化进程的发展,环境污染问题日益严重,已经成为21世纪影响人类生存与发展的重要问题.光催化氧化技术被认为是解决环境问题最有应用前景的技术之一,已经成为环境领域的研究热点.众所周知,二硫化钼(MoS2)可以被可见光激发产生电子-空穴对,但是由于其氧化还原电势并不高,抑制了氧分子活化的量子效率,且激发后的光生载流子容易复合,导致光催化效率不高.因此,迫切需要对MoS2光催化材料进行修饰与改性,采用提高光催化过程中活性氧(ROSs)的量来提高其光催化活性.银钒氧化物(AgVO3,Ag2V4O11,Ag3VO4和Ag4V2O7等)因其在锂电池、传感器和光催化剂领域的应用而引起了人们的关注.其中,AgVO3具有较窄的带隙和高度分散的价带,具有潜在的应用价值.本文采用水热法成功制备了AgVO3/MoS2复合光催化剂,并采用X射线粉末衍射、扫描电子显微、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等表征技术研究了所制光催化剂的物相结构、样品形貌和光学性能.以四环素为研究对象,将其应用于AgVO3/MoS2复合光催化剂的降解实验.结果表明,随着AgVO3质量比从1.0 wt%增加到3.0 wt%,所得催化剂的光催化活性不断提高;当进一步增加AgVO3的质量时,复合催化剂的活性逐渐降低.这是由于过多的AgVO3的引入导致在光催化剂表面形成电子-空穴对复合中心,增加了载流子复合几率.因此,AgVO3/MoS2复合光催化剂中AgVO3的最佳质量比为3.0 wt%,其降解速率常数为0.0087 min–1,分别是MoS2(0.00509 min–1)和AgVO3(0.00495 min–1)的1.71和1.76倍.由于AgVO3改性后的MoS2具有优异的光催化性能,能促进O2的吸附/活化,加速MoS2表面生成H2O2的双电子氧还原反应,从而产生更多的ROSs.利用电子自旋共振光谱、POPHA荧光检测和自由基捕获实验相结合的方法来阐明ROSs的形成机理.同时,ROSs的产生会加速消耗AgOV3导带上的电子,为降解污染物留下更多的空穴.本文为表面催化工程促进ROSs生成的合理设计提供了新的思路,有望在环境治理中得到实际应用.