S掺杂的还原态TiO2-x的制备及其可见光催化性能

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO2一直是研究热点.研究表明,Ti3+自掺杂的TiO2(还原态TiO2-x)不仅能够被可见光激发,而且使TiO2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO2的禁带宽度,使TiO2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti3+自掺杂TiO2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H2,CO中加热TiO2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti3+很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti3+掺杂的TiO2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti3+自掺杂TiO2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO2-x光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H2O2氧化TiH2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti3+自掺杂的纳米TiO2.本文以TiH2和H2O2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO2-x光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO2、还原态TiO2-x和S掺杂TiO2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO2-x的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO2-x样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO2,TiO2-x和S掺杂TiO2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

从人工晶体研究发展历程浅谈基础理论研究的引领作用

人工晶体是信息社会中关系国民经济和国家安全的战略性关键材料。我国人工晶体研究总体处于国际先进水平，部分晶体居国际领先地位，特别是系列“中国牌”晶体的发明和发现引领了人工晶体发展方向，满足了国家重大需求。本文作为山东大学“主题教育”的研习成果，立足于晶体材料国家重点实验室60余年的发展历史，梳理了我国人工晶体的发展历程以及实验室近年来的部分先进成果，“管中窥豹”,浅谈了基础理论研究对学科的引领和支撑作用，并在此基础上提出了相关的思考和建议。希望能给我国人工晶体乃至自然学科的发展策略和方向提供一点有益的借鉴。     

基于晶体学原理的高效光催化材料的设计与制备

光催化技术是一种将太阳能转换为化学能的新技术,基于该技术可利用半导体光催化材料实现光催化分解水制氢、二氧化碳还原制备有机物、降解有机污染物等,是解决未来能源和环境问题的潜在途径之一。然而,作为光催化技术的核心,光催化材料面临着光吸收范围窄、光生载流子分离效率低等问题,这些问题严重制约着光催化能量转化效率及其实际应用。针对制约光催化材料活性的关键科学问题,近年来本课题组从晶体学基本原理出发,基于半导体材料结构与性能的关系,通过对半导体材料的晶体结构、电子结构、微结构参数进行设计与调控,探索制备了一系列具有宽光谱响应范围、高载流子分离效率的新型高效光催化材料,为设计制备新型高效光催化材料提供了一些新的设计思路和材料制备方法。     

ZnO微结构调控及其光学性能的研究

氧化锌不同形貌的合成与控制可以通过一个简单的溶剂热反应来实现,其中乙醇作溶剂,酒石酸做添加剂。通过控制酒石酸的加入量,可以有效地控制ZnO的形貌、尺寸以及到更复杂结构的转变。同时提出了不同形貌ZnO可能的生长机制,并利用FTIR谱进一步证实了酒石酸对ZnO生长的影响。另外,由光致发光光谱可以看出,不同的ZnO形貌,发光性能会有所不同,总体上说,所得ZnO的发光区域主要集中在紫光波段和橙光波段。     

沉积于含硼金属有机框架的Pt(Ⅱ)通过抑制分解来增强光催化H2O2的产生(英文)

H₂O₂作为一种重要的化工资源越来越受到关注,它不仅是环境友好的氧化剂,而且是很有应用前景的新型液体燃料.目前生产H₂O₂主要采用蒽醌法,该方法存在能耗高、副产物有毒等缺点.光催化合成H₂O₂因对环境友好而受到广泛关注,该合成反应中同时发生H₂O₂的生成和分解.目前光催化合成H₂O₂相关研究主要集中在H₂O₂的生成,而有关H₂O₂分解的研究较少.研究发现Pt作为助催化剂在提高光催化活性方面发挥着重要作用,但Pt价态对光催化活性的影响,特别是对H₂O₂的生成和分解的影响,尚未进行详细研究.本文将不同价态的Pt沉积在含硼金属有机骨架(UiO-67-B)上,详细研究了Pt(0),Pt(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)在光催化产H₂O