二氧化钛基Z型光催化剂综述(英文)

TiO_2具有无毒、耐腐蚀、高稳定和低成本等特点,已被广泛应用于光催化领域.然而,TiO_2的禁带较宽,只能吸收仅占太阳光4%的紫外光部分,从而严重限制了TiO_2光催化材料对太阳光的有效应用.目前很多方法被用来提高TiO_2光催化效率,如金属/非金属掺杂、贵金属负载、异质结构建和与碳材料复合等,这些策略在提高光催化剂的光催化效率中,涉及到如何兼顾太阳光利用和光生空穴和电子氧化还原能力两者之间的平衡.通常,半导体禁带宽度越窄,半导体的光谱响应范围越宽、太阳光利用越多,但光生空穴和电子氧化还原能力越弱.因此,想要提高TiO_2的光催化性能,应考虑以下两个方面的平衡:即降低带隙宽度,拓展半导体的光谱响应范围;与之同时使价带电位更正,导带电位更负之间的平衡.然而,这两个点是相互矛盾的,因此很难在单组分光催化剂中同时实现这两点.然而,Z型光催化剂可以同时满足这两点要求,即:降低半导体的带隙,同时使导带更负,价带更正,因为Z光催化系统利用了两种半导体的优势,其电荷转移机制类似于自然界中绿色植物的光合作用,其中的载流子传输途径包括两步激发,类似于英文字母"Z",Z型光催化剂因此而得名.Z型光催化剂既能保留较高还原能力的光生电子和又能保留较高氧化能力的光生空穴,由于Z型光催化剂特有的优点,在光催化领域的应用越来越广泛.本文综述了TiO_2基Z型光催化剂的最新研究进展,其中包括:Z型光催化机理、应用范围和光催化活性改进方法.Z型光催化剂分为传统液相Z型光催化体系,全固态Z型光催化体系,以及最近几年发展起来的直接Z型光催化体系.它们的主要应用包括:光催化分解水产氢、二氧化碳还原制备太阳燃料、有机污染物光催化降解.论文进一步讨论了提高TiO_2基Z型光催化剂性能的方法,包括pH值调控、电子导体选择、助催化剂使用、掺杂改性、组织形貌控制、两种半导体质量比优化等.最后,提出了TiO_2基Z型光催化剂今后面临的挑战和发展前景展望.     

二氟沙星在中性水溶液中的光化学性质

对二氟沙星在中性水溶液中的光化学性质进行了研究. 在pH值为7.17 的水溶液中二氟沙星的紫外吸收峰位于273 nm (摩尔消光系数ε=33000 dm³·mol^-1·cm^-1), 323 nm (ε=15500 dm³·mol^-1·cm^-1), 335 nm (ε=15500 dm³·mol^-1·cm^-1)处. 荧光吸收和发射光谱均显示二氟沙星具有pH效应, 其pK_a(电离平衡常数)测定分别为5.9 和9.8. 二氟沙星的荧光量子产额较低, 在pH=3.00 时达到最大值, 为0.06. 同时对二氟沙星在中性水溶液中的激光光解和脉冲辐解进行详细研究. 激光光解研究发现在水溶液中二氟沙星的三重激发态位于620nm, 其摩尔消光系数为7900 dm³·mol^-1·cm^-1. 通过能量转移的方法得到其三重激发态的能量为263.5 kJ·mol^-1,三重激发态的量子产额为0.21. 在激光激发下, 二氟沙星进行单光子电离其量子产额为0.02. 脉冲辐解研究表明二氟沙星可以与水合电子(e_aq^-)及羟基自由基(·OH)快速反应, 其二级反应动力学常数分别为1.72×10¹⁰和1.0×10¹⁰ dm³·mol^-1·s^-1. 本文对二氟沙星光化学性质的研究有助于确定其光敏毒性的产生机理.     

激光光解NO_2产物——氧原子O(~3P_(J''''''''))的REMPI离子谱

由Nd:YAG激光器三倍频,输出波长为λ=355 nm(28 169 cm~(-1))的激光光解NO_2分子产生的氧原子,通过共振增强多光子电离(REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间(TOF time of flight)质谱技术,获得了自旋-轨道精细能级分辨的氧原子O(2 p~3P_J~″=2,1,0)离子谱.氧离子信号强度与UV电离激光能量(λ≈226 nm)之间的关系能用三次方曲线很好拟合,它表明光解产物氧原子是通过(2+1)多光子吸收过程而被电离的.由离子信号得到的氧原子基态三个自旋-轨道支能级布居比f_1=I(~3P_1)/I(~3P_2)与fo=I(~3P_0)/I(~3P_2)分别为0.54±0.09和0.20±0.04,并且在不同的光解激光能量下其布居比保持不变.这一比值与统计分布计算的值为0.6和0.2一致(即统计分布~3P_2:~3P_1:~3P_0=1:0.6:0.2).这是由于样品(NO_2)在较低的压力下(1.33×10~(-4)Pa)和极短的光解-电离时间范围内(10~(-8)s),产物O(~3P_J~″)支能级间几乎不可能发生碰撞能量转移,因此,氧原子三个自旋-轨道角动量分裂能级布居O(~3P_J~″=2,1,0)是统计分布的.     

激光光解NO2产物--氧原子O(3PJ″)的REMPI离子谱

由 Nd:YAG激光器三倍频 ,输出波长为λ =355 nm( 28 169 cm- 1)的激光光解 NO2分子产生的氧原子 ,通过共振增强多光子电离( REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间( TOF time of flight)质谱技术 ,获得了自旋轨道精细能级分辨的氧原子 O(2p 3PJ″ =2,1,0)离子谱 .氧离子信号强度与 UV电离激光能量(λ≈ 226 nm)之间的关系能用三次方曲线很好拟合 ,它表明光解产物氧原子是通过( 2+ 1)多光子吸收过程而被电离的 .由离子信号得到的氧原子基态三个自旋轨道支能级布居比 f1=I(3P1)/I(3P2)与 f0=I(3P0)/I(3P2)分别为 0.54± 0.09和 0.20± 0.04,并且在不同的光解激光能量下其布居比保持不变 .这一比值与统计分布计算的值为 0.6和 0.2一致(即统计分布 3P2∶ 3P1∶ 3P0=1:0.6:0.2) .这是由于样品 (NO2)在较低的压力下( 1.33× 10- 4 Pa)和极短的光解电离时间范围内( 10- 8 s) ,产物 O( 3PJ″)支能级间几乎不可能发生碰撞能量转移 ,因此 ,氧原子三个自旋轨道角动量分裂能级布居 O( 3PJ″ =2,1,0)是统计分布的.     

Ketene的218 nm光解的速度离子成像研究

用离子速度成像方法研究了乙烯酮分子在218 nm光解下的光解动力学,得到了光解产物CO的共振多光子电离谱,以及在不同振转态的角分布和平动能分布。得出如下结论：(1)CO(X~1∑~ )在v=0和v=1两个振动态都具有较热的转动激发,而且在v=0振动态的转动激发要比在v=1振动态的转动激发高；(2)乙烯酮分子在218nm光解的主要通道是产生CH_2((?)~1A_1) CO(X~1∑~ )产物通道,同时产生CH_2((?)~1B_1) CO(X~1∑~ )和CH_2((?)~3B_1) CO(X~1∑~ )产物通道也可能存在。(3)光解产物CO在不同振转态的各向异性参数β都大于零,对于不同的振动态观察到的现象没有明显地不同。     

钒—硫团簇的形成和光解

报导了用激光直接溅射法产生钒硫团簇，并用串级飞行时间质谱仪研究了所产生的团簇离子的分布及紫外激光光解规律。钒硫二元团簇正负离子都是由周边硫原子包围团簇骨架而构成的，骨架是由数目大体相同的钒和硫原子组成，表示成（ＶＳ）ｎ，它们结合紧密，构成了稳定的钒硫团簇的核心。稳定的团簇正离子为ＶｎＳｎ＾＋、ＶｎＳｎ＾＋＾＋和ＶｎＳｎ＋２＾＋（ｎ＝１，２，…１４）。ＶｎＳｎ＾＋团簇系列在ｎ＝２，４时具有很高的丰度     

波包演化法研究碘甲烷的光解

三步量子辛算法进行了波泡演化被用于研究碘甲烷的光解，理论对各种动力学性质作出了预言，这些性质包括：吸收截面，产物的振动分布，反应通道比，模拟预言了碘甲烷光解中的选模化学行为。     

碘甲烷在强激光脉冲作用下的光解及其控制

量子辛算法是一种高精度、高效率的含时演化算法。通过对碘甲烷在强光脉冲作用下的光解过程的应用，对文献［３］中提出的算法进行了检验，并进一步探讨了碘甲烷光解的激光控制的可能性。