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(V_EG/V_H2O)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,V_EG/V_H2O=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。     

硅藻土基吸附与光催化材料在水处理中的应用

硅藻土是一种由硅藻遗骸所形成的多孔材料,具有比表面积大、抗腐蚀性好和绿色无毒等优点。作为一种原料易得且价格低廉的吸附与催化载体材料,硅藻土在水处理方面表现出广泛的应用前景。天然硅藻土中含有不同比例的金属氧化物杂质,会降低硅藻土的孔隙率和影响其吸附及催化活性。因此,表面修饰和复合改性增强硅藻土吸附及催化性能是目前硅藻土材料应用于水处理方向的研究重点。本文从吸附和光催化原理出发,分析了不同表面修饰及复合改性方法对硅藻土结构与性能的影响,总结了硅藻土基材料在有机废水,富营养污水和重金属离子废水等污水处理方面的应用进展,并对硅藻土基吸附与光催化材料的发展和研究方向进行分析和展望。     

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。     

棒状结构Pt/PbWO4微米晶的合成、表征及其高光催化性能

PbWO4是一类重要的半导体,广泛运用于高能物理领域无机闪烁晶体.它具有许多独特的物理性能,如衰减时间短(10 ns)、能量密度高(8.28 cm3)、低光产率(300 photons/MeV)、短辐射长度(0.9 cm)和高抗辐照损伤等. PbWO4纳米晶体的激子荧光、热荧光和其它光学性能主要取决PbWO4晶体的形貌和微观结构.目前已经合成了不同结构的PbWO4纳米/微米晶体,如四角双锥微米晶、微米球、纳米棒、纳米纺垂体等.近年来, PbWO4的光催化性能也引起人们的重视.研究发现, PbWO4晶体的光催化性能和其形貌、微观结构密切相关.如在不同形貌的十四面体、三维多尺度微米球和纳米颗粒中, PbWO4微米球表现了极高的光催化活性.此外, PbWO4微米球由于密度大,非常容易分离,从而有利于其回收利用,在循环使用时具有很高的稳定性.因此,合成具有特殊形貌的PbWO4纳米/微米晶体具有重要的理论和现实意义.此外,合成贵金属/半导体复合纳米结构是提高光催化性能的另一有效策略.在贵金属/半导体复合纳米结构中,光生电子(e–)和(h+)的复合可以在很大程度上得到抑制,因为光生e–可以快速地迁移至贵金属颗粒中心,从而加速e–和h+的分离.本文利用水热结合焙烧法首先合成了长度大于1μm的棒状PbWO4微米晶.然后利用光化学沉积法,在PbWO4微米晶表面沉积不同含量(0.5 wt%,1 wt%,和2 wt%)的Pt纳米粒子.利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、光致发光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对所制PbWO4和Pt/PbWO4进行了表征.表征结果表明,合成的PbWO4和Pt/PbWO4的比表面积很小(1.5–1.9 m2/g),沉积的Pt纳米粒子为金属态. UV-Vis DRS测试表明,沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进可见光的吸收.另外, PL的结果则证实Pt纳米粒子的存在还可抑制PbWO4晶体在光照下产生的光生e–和h+的分离.而XRD和高分辨TEM分析表明PbWO4微米棒的晶体生长方向为(–102)晶体方向.电子选区衍射表明,棒状PbWO4微米晶具有极高的结晶度.以氙灯为光源进行了光催化降解染料酸性橙II的光催化性能测试.结果表明,当沉积1–2 wt%Pt纳米粒子时,可使光催化活性提高2倍左右.另外, Pt/PbWO4微米棒的密度较大,非常容易进行离心分离催化剂及其循环使用.在第一次使用时酸性橙II的降解率为93%,而在第四次使用时酸性橙II的降解率仍维持在88%,表现出很好的光催化稳定性. Pt/PbWO4具有很高的光催化活性的原因,一方面是由于其具有很高的结晶度和独特的棒状结构,另一方面是由于沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进了可见光的吸收和光生e–与h+的分离.     

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。     

TiO2纳米管修饰镍电极及其光催化辅助电解水制氢性能研究

本文通过水热法制备二氧化钛纳米管(TiO2NT),并用制备的TiO2NT对碱性电解水制氢装置的镍片阳极进行修饰,在电解水的基础上,通过光催化与电解过程的耦合,提出并实现了光催化辅助电解水制氢过程。通过XRD、UV-Vis、FE-SEM、AFM和光催化辅助电解水制氢等方法对试样的结构和性能进行了表征和测试。结果表明,在紫外光照条件下,用TiO2NT修饰镍片阳极的光催化辅助电解水过程的产氢速率比单纯电解水提高了61%。     

过渡金属掺杂和碳纳米管（CNT）接枝双重改性TiO2光催化剂

提出了一种过渡金属掺杂和碳纳米管(CNT)双重改性TiO2的新方法:首先采用溶胶-凝胶法合成掺杂镍和铁的二氧化钛基催化剂,然后采用流化床化学气相沉积方法(FBCVD)在二氧化钛基催化剂表面接枝生长CNT,得到CNT/Fe-Ni/TiO2复合光催化剂.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面分析、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等方法考察了双重改性复合光催化剂CNT/Fe-Ni/TiO2的结构和性能,通过降解亚甲基蓝溶液评价了双重改性复合光催化剂的活性.结果表明,在TiO2表面接枝的CNT具有较好的石墨化结构,CNT生长过程中小部分TiO2由锐钛矿向金红石晶型转变.过渡金属和CNT双重改性有效地克服了TiO2的比表面积小、量子效率低等缺点,明显提高了TiO2的光催化活性.     

Ag2S/Ag2WO4微米棒的声化学合成、表征及其高光催化性能

TiO2作为一种光催化剂广泛应用于各种污染物的降解.但是它较大的宽禁带(~3.2 eV)导致其很难吸收可见光,因此寻找窄禁带的具有可见光响应的半导体光催化剂成为近年来光催化研究的热点.在众多窄禁带光催化剂中,纯 Ag2S在降解污染物方面并不出色,但是作为一种窄禁带的直接带隙半导体,它在加快电子迁移和提高光量子效率方面表现出色.目前有许多高催化活性的 Ag2S异质结复合半导体光催化剂的报道,如 Ag2Mo3O10-Ag2S, TiO2-Ag2S, ZnS-Ag2S和NiO-Ag2S等. Ag2WO4是一种具有新颖物理化学性质的半导体材料,在催化、传感器、抗菌和光致发光等方面有着广泛应用.但是, Ag2WO4的理论带隙较宽,约为3.5 eV,而且光照下Ag2WO4很容易产生光化学腐蚀而分解出单质银,作为光催化剂存在太阳光利用率低和稳定性较差等缺点.声化学是一种特殊纳米材料的合成方法.它主要是利用超声空化产生特殊的物理化学环境来强化化学键的生成,同时实现半导体从无定形态到固定晶型转变.本文采用超声辅助共沉淀法制备了长为0.2?1μm、直径为20?30 nm的 Ag2S/Ag2WO4微米棒复合光催化剂.利用 X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、光电子能谱、光致发光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)和光电流等手段对所制 Ag2S, Ag2WO4和 Ag2S/Ag2WO4进行了表征.结果表明,合成的样品比表面积较小(2.7?3.6 m2/g). UV-vis DRS测试表明,声化学处理能有效拓宽 Ag2S/Ag2WO4在可见光区的吸收范围,提高其可见光响应性能.另外, PL和光电流测试结果证实,在声化学制备的 Ag2S/Ag2WO4体系中,光生电子(e?)-空穴(h+)的复合过程被极大地限制,具有较高的 e?-h+分离效率.以金卤灯为光源进行了光催化降解染料亚甲基蓝的性能测试.结果表明,声化学合成的 Ag2S/Ag2WO4的反应速率常数(0.150 min?1)分别为单纯 Ag2WO4(0.031 min?1)和 Ag2S (0.004 min?1)的4.7和29.8倍.自由基捕获实验表明,在 Ag2S/Ag2WO4光催化降解甲基橙过程中主要的活性物种为超氧自由基(?O2?)和光生空穴(h+).此外,声化学合成的 Ag2S/Ag2WO4表现出很好的光催化稳定性.循环使用3次后,该样品对亚甲基蓝的光催化活性仍高达80.4%,而纯 Ag2WO4几乎完全失活. Ag2S/Ag2WO4具有很高的光催化活性的原因,一方面是声化学处理提高了催化剂的结晶度,同时生成了独特的棒状结构;另一方面是在超声作用下, Ag2S和 Ag2WO4两相紧密接触形成异质结,促进了可见光的吸收和光生 e?与 h+的分离.     

CNTs/TiO2多孔复合膜的组装及光催化性能

提出了一种在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃上组装碳纳米管(CNTs)/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂的新方法.采用喷涂热解法(SPD)将掺杂镍和铁的含有嵌段聚合物P123的二氧化钛前驱体溶胶涂覆在FTO导电玻璃上,制备Fe-Ni/TiO2多孔膜,再采用化学气相沉积法(CVD)在Fe-Ni/TiO2膜上原位生长CNTs,得到CNTs/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂.CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜具有多级孔结构特征,在TiO2表面原位生长的CNTs不但具有较好的石墨化结构,且CNTs较均匀地分布在整个膜层的孔中.考察了CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜光催化剂的结构和性能,并通过降解甲基橙溶液评价了复合膜的光催化活性.结果表明,CNTs的复合及铁和镍的掺杂等改性显著提高了TiO2膜材料的光催化活性.