自掺杂SnO2微球的水热合成及其可见光催化性能

本研究采用水热法,以柠檬酸为螯合剂,通过控制n(Sn⁴⁺)/n(Sn²⁺)的数值,合成了由具有丰富氧空位的SnO₂纳米晶体组装成的微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)及UV-Vis漫反射光谱对SnO₂纳米微球进行表征分析,结果表明:在酸性水热条件和柠檬酸的螯合作用下,二氧化锡纳米晶体聚集形成微球;在Sn⁴⁺/Sn²⁺摩尔比例为3:7时,其微球尺寸最小,整体分散性较好;同时适量二价锡离子的掺杂使得该样品氧空位浓度达到最佳,氧空位的存在将使得样品光吸收范围拓展至可见光,因而该样品显示出较强的可见光催化效率,在8 min内完全降解甲基橙。     

水热法制备二氧化锡/钨酸铋复合光催化材料及其催化活性研究

本文用水热法制备了正交晶系的纳米球状结构的二氧化锡和正交晶系的由片状聚集成球状结构的钨酸铋,并且对二者进行了复合,制备出了二氧化锡/钨酸铋复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试仪(BET)、紫外可见分光光度计等技术对复合样品的结构、形貌、比表面积、孔容孔径和光学性质进行了表征。用碘钨灯模拟太阳光,分别以二氧化锡、钨酸铋和二氧化锡/钨酸铋复合材料为催化剂降解罗丹明B(RhB),研究所制备的二氧化锡/钨酸铋复合材料的光催化活性。光催化90 min时二氧化锡、钨酸铋和二氧化锡/钨酸铋对罗丹明B的降解率分别是9%、22%和30%。实验结果表明,在可见光下,二氧化锡/钨酸铋复合材料的光催化活性要高于单一的二氧化锡和钨酸铋。     

g-C3N4-W18O49复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

通过简单的溶剂热法成功制备出了g-C3N4-W18O49复合光催化剂,采用XRD、SEM、TEM以及PL对所得催化剂的物相结构及形貌和光学性能进行了表征,通过降解甲基橙和光解水产氢实验研究所得催化剂的催化性能及其催化机理.由实验可知,W18O49的含量为50;时所得g-C3N4-W18O49复合光催化剂的降解性能最好,其降解率比纯g-C3N4纳米片提高48;;为进一步研究复合光催化剂的电子-空穴传输机理,我们又进行了光解水制氢实验.结果表明:单一的W18O49无产氢活性,它的复合明显降低了g-C3N4的产氢速率,说明复合结构中光生电子是从g-C3N4传递到了W18O49,表现出明显的Ⅱ型异质结复合特征,而不是部分文献所提出的Z型方式.     

炭吸附纳米氧化铋的制备及其光催化性能

以粗氧化铋和浓硝酸为原料,采用炭吸附共沉淀法制备氧化铋(Bi2 O3)纳米粉体.通过热重分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)对得到的粉体的焙烧温度、物相、光吸收性能及微粒尺寸进行表征.结果显示:活性炭的加入有效阻止了纳米氧化铋在制备、干燥以及焙烧过程的团聚和烧结;在500℃煅烧制备的Bi2 O3粉体结晶度高、颗粒分布均匀,平均晶粒尺寸为10.8 nm,比表面积为86.43 m2·g-1;加入活性炭煅烧得到的Bi2 O3粉体在可见光区域吸收性能明显增强,对可见光有更好的吸收性能.评价纳米Bi2O3光催化活性是利用可见光光催化降解甲基橙(MO)目标污染物,60 min内甲基橙降解率达到91.77;.     

离子液体在大气压等离子体中稳定性研究

采用发射光谱、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱和核磁共振技术分析1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[Bmim]HSO₄）, 1-丁基吡啶硫酸氢盐（HSO₄）和1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼（[Bmim]BF₄）三种离子液体在大气压介质阻挡放电氩等离子体体系中的稳定性，并分别以上述三种离子液体为辅助液采用大气压介质阻挡放电等离子体技术制备TiO₂，进一步研究三种离子液体在等离子体中的稳定性对所制备的TiO₂晶相结构的影响。结果表明：向大气压介质阻挡放电氩等离子体中分别引入[Bmim]HSO₄，HSO₄和[Bmim]BF₄离子液体后并未改变氩等离子体放电光谱谱峰的位置和数量且没有新的谱峰生成，但谱峰强度都明显降低，说明上述三种离子液体没有在等离子体区蒸发形成激发态物种；[Bmim]HSO₄和HSO₄放电前后的红外吸收光谱基本一致，表明离子液体在放电后的化学键未发生改变；[Bmim]HSO₄和HSO₄的紫外可见吸收光谱显示其吸收峰的位置和强度未发生改变，说明两种离子液体在等离子体作用后的结构是稳定的；[Bmim]BF₄放电前后的红外吸收光谱各个特征峰并无明显差异，但其紫外可见吸收光谱图谱吸收峰的位置却发生较大的偏移，进一步对放电前后的[Bmim]BF₄离子液体进行核磁共振分析，两者的1H NMR峰数相同，但放电后的离子液体化学位移向高位偏移大约0.2单位，说明其化学环境发生了变化，表明有部分[Bmim]BF₄结构发生改变。光谱和核磁共振技术分析表明离子液体[Bmim]BF₄在等离子体作用后结构发生了改变。采用三种离子液体辅助大气压介质阻挡放电等离子体技术制备TiO₂样品的X-射线衍射分析结果表明 [Bmim]HSO₄和HSO₄辅助制备的HSO₄-TiO₂和[Bmim]HSO₄-TiO₂，谱图与锐钛矿相TiO₂标准谱图基本一致，表明所制备的TiO₂为纯锐钛矿型。而[Bmim]BF₄辅助制备的[Bmim]BF₄-TiO₂在2θ=24.1°处的衍射峰向小角度偏移，2θ=48°处的衍射峰向大角度偏移，说明[Bmim]BF₄在辅助制备TiO₂过程中，F进入TiO₂的晶格，破坏了TiO₂原子间的平衡状态，生成了F掺杂TiO₂光催化材料。F掺杂TiO₂光催化材料的形成也间接证明了离子液体[Bmim]BF₄在大气压等离子体中的不稳定性，此结果与核磁共振及紫外可见光的检测结果相一致。同时说明离子液体在等离子体的作用下对于纯锐钛矿晶格的形成和促进高活性掺杂型的光催化材料具有重要作用。为等离子体辅助离子液体制备高性能纳米材料提供重要的实验和理论依据。     

二氧化锰/钒酸铋复合光催化剂的制备及性能

采用液相沉淀法制备了不同锰含量的二氧化锰(MnO_2)/钒酸铋(BiVO_4)复合光催化剂,利用XRD、SEM、XPS等对催化剂进行了表征。通过对罗丹明B的降解,研究了不同锰含量的光催化剂在太阳光下的光催化降解性能,并考察了催化剂用量对光降解率的影响。结果表明,制备出的不同Mn含量的BiVO_4光催化剂均为单斜晶型结构,且Mn元素是以MnO_2的形式存在,说明Mn元素的引入没有改变BiVO_4的晶型和结构。其中Mn含量为1.67%的BiVO_4样品具有最高的光催化活性,光催化反应90 min对罗丹明B溶液的降解率可达到26.39%,比纯BiVO_4样品的降解率(14.06%)提高了近一倍,其催化性能提高的原因可能是由于一定量MnO_2的存在使催化剂中光生电子-空穴的高效分离造成的。同时发现当MnO_2的含量过高,由于形貌分布不均,会变成光生电子和空穴的复合中心,致使催化剂的活性降低。不同用量的同种催化剂光降解实验结果表明:对罗丹明B的光降解率随催化剂用量的增加而增大,但超过一定用量后,光降解率增加速度变缓。     

Z型光催化剂Sb2WO6/g-C3N4的制备及光催化性能

通过水热反应合成了Sb₂WO₆改性的g-C₃N₄复合材料(Sb₂WO₆ /g-C₃N₄). 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫散射反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)等表征了样品的性质. 结果表明, Sb₂WO₆在g-C₃N₄的表面上生长, 并且复合材料光吸收能力有一定的增强, 光生电子-空穴的重组率降低. 通过罗丹明B(RhB)的光降解评价了Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的光催化性能. 结果表明, 模拟日光下Sb₂WO₆质量分数为10%的Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料在60 min内对RhB的降解率为99.3%, 高于纯g-C₃N₄和Sb₂WO₆. Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的这种高度增强的光催化活性主要归因于强的界面相互作用促进了光生电子-空穴分离和迁移. 添加自由基清除剂的实验结果表明, ·O^2-和h⁺是光催化反应中的主要活性物质. Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料在几个反应周期内表现出优异的稳定性. 根据实验结果提出了一种可能的Z型光催化机理.     

新型2D MXenes纳米材料在光催化领域的应用

MXenes是一类新型的二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物的总称,在物理、化学、材料科学和纳米技术领域产生了巨大的影响。MXenes材料在制备过程中,表面会生成羟基、氟等基团,表面具有亲水性和良好的可见光响应,加上其自身具有比表面积大、活性位点丰富等优点,使其成为一种新兴的光催化材料。本文主要对MXenes及其复合材料在光催化领域的最新研究进展进行总结,简要介绍了MXenes材料的合成方法及理化性质,着重介绍了MXenes及其复合材料作为光催化剂的复合方式,光催化机理等方面的内容,并逐一列举其在光催化氧化与还原反应中的重要作用,最后对MXenes及其复合物的进一步研究提出建议和展望。