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1.
光催化完全分解水制氢是一个在粉末颗粒中实现多个串行物理化学步骤的复杂反应过程.这一过程在理论上具有体系简单、成本低、易操作等特点.然而,单步光激发系统中通常存在严重的光生载流子复合,这极大地制约了光催化的整体效率.利用能带结构不同的半导体合理构建异质结催化剂被认为是解决这一难题的重要途径之一.特别是近年来,S型异质结概念的提出为设计异质结结构以及分析不同半导体之间的载流子迁移问题提供了新的思路.本文以小粒径BiVO4/Bi0.6Y0.4VO4(BYV)为研究对象,首先利用"共沉淀-晶化"的方法制备了BYV固溶体纳米颗粒,随后利用压力诱导固溶体中四方相钒酸铋结构转变为单斜相,从而构建了BiVO4/Bi0.6Y0.4VO4复合光催化剂.XRD,Raman,HRTEM,HAADF-EDS的结果表明,经过高压后处理的BYV固溶体表面会出现粒径约为5 nm单斜钒酸铋纳米颗粒,实现了原位构建异质结结构.随后载流子动力学的相关表征以及Au选择性光沉积的结果表明,在光照条件下,所构建异质结中的光生电子主要分布在BYV固溶体上,而在表面形成的单斜相钒酸铋颗粒主要起到了类似"空穴"捕获的作用.这种在异质结中的载流子迁移路径符合S型异质结机理.电化学、稳态荧光光谱以及瞬态荧光光谱的表征结果表明,相比于单一固溶体,在S型异质结这种两步激发系统中所存在的载流子迁移路径能够大幅促进光生载流子分离,从而提高了小粒径BYV的光催化完全分解水性能.综上,构建S型异质结是一种解决小粒径光催化剂中载流子分离能力差的有效途径.同时,压力诱导材料晶型转变实现原位构建异质结的制备方法也为提高光生载流子分离效率提供了新的研究思路与机遇.  相似文献   
2.
Antibiotics, once being released into the environment, become recalcitrant organic pollutants, which pose a potential risk to ecological balance and human health. In this study, a Z-scheme heterojunction of bismuth oxyiodide (BiOI)/exfoliated g-C3N4 (BiOI/ECN hereafter) was synthesized by the combination of thermal exfoliation of g-C3N4 and chemical precipitation of BiOI for efficient photocatalytic degradation of tetracycline in aqueous solutions under visible light irradiation. The optimized BiOI/ECN delivered an outstanding degradation rate at circa 0.0705 min?1, which was 10 times higher than that of the bulk g-C3N4. The photocatalytic degradation efficiency of tetracycline remained almost unchanged in a pH range of 3–11, and the BiOI/ECN displayed an excellent photostability upon recycled usage. The photocatalytic mechanism of tetracycline was ascribed to the main reactive oxidation species of photogenerated holes and superoxide radicals. In addition, the possible degradation pathways of tetracycline were investigated by HPLC-MS to identify intermediates. The toxicity of photocatalytic-generated intermediates of tetracycline was found significantly alleviated according to the calculation of quantitative structure–activity relationship prediction. This work not only provides an attractive photocatalyst for the removal of tetracycline but also opens a new avenue for rational design of Z-scheme heterojunction composites for tetracycline degradation.  相似文献   
3.
随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 e V)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-C3N4上的光生电子和空穴极易复合,表面催化活性位点较少,可见光响应范围较窄,使得其催化效率不高.基于g-C3N4独特的有机分子结构,通过引入功能化的特定基团以优化g-C3N4的电子能带结构,促进载流子传输,拓展可见光响应范围,是提高其光催化效率的有效途径.已有研究表明,在各种功能化官能团中,具有强电负性的含氧基团对g-C3N4的Melon单元优化是非常有效的.因此,本文通过g-C3N4与氨基磺酸间的简单固相热反应成功合成了磺酸基功能化的g-C3N4纳米片(SACN),并实现了同步增强的相互作用.根据固体强酸特性,氨基磺酸可以在热处理的辅助下对g-C3N4进行酸刻蚀,从而增加其比表面积以及表面催化活性位点.更重要的是,理论计算与实验表征结果表明,磺酸基团的吸电子诱导效应所产生的电荷驱动力可极大改善g-C3N4的电荷转移动力学,有效抑制了它们的再结合.此外,吸电子诱导效应还可促进g-C3N4的局域电子再分布,进而降低g-C3N4的导带电位,增强光诱导电子的还原能力.光催化性能测试结果表明,SACN-400样品(前驱体中氨基磺酸加入量为400 mg)在光催化分解水制备氢气以及光降解传统污染物领域展现出较好的性能,其在入射光波长为420±15 nm时的产氢表观量子效率为11.03%.综上,本文为设计合成具有较高产氢性能以及污染物降解效率的石墨相氮化碳基光催化剂提供了一种简便有效的策略.  相似文献   
4.
光催化氧化是一种应用前景良好的环境治理技术.与絮凝、物理吸附和化学氧化等常见的方法相比,光催化氧化具有环境友好、氧化完全、方便和廉价等优势.特别是可见光光催化氧化,可利用太阳能中占比最高的可见光,在应用中更具优势.因而,探索可见光响应性能优异的光催化剂一直是光催化氧化领域的一个重要研究内容.硒化铋(Bi2Se3)是一种带隙(带隙宽度在0.3~1.3 e V)非常窄的半导体,能吸收全部波长范围的可见光和近红外光.此外,Bi2Se3还具有独特的金属表面态,其表面具有良好的导电性.这些特性使其在可见光光催化氧化领域具有很大的应用潜力.然而,由于Bi2Se3价带位置高,氧化能力很弱,其价带上的空穴在光催化反应中难以被消耗,导致空穴大量累积,并迅速与光生电子复合,大幅降低了Bi2Se3的光催化性能.因此,一直以来,Bi2Se3很少被用于光催化反应.如何充分利用Bi2Se3的光响应优势,制备出性能优异的光催化剂,仍是具有挑战性和吸引力的研究方向.本文采用预先制备的Bi2O3/g-C3N4复合物作为前驱体,通过原位转化的方法,将前驱体置于热的Se蒸汽中,使前驱体上的Bi2O3与Se蒸汽反应,完全转化为Bi2Se3纳米颗粒,从而制得Bi2Se3/g-C3N4复合光催化剂(Bi2Se3含量约为4 wt%).透射电镜结果表明,所形成的Bi2Se3纳米颗粒较均匀地分布在g-C3N4表面.表面功函数分析发现,Bi2Se3与g-C3N4结合后,它们的费米能级分别由原来的-0.55和-0.18 e V变为平衡时的-0.22 e V,可形成指向g-C3N4的内建电场,有利于形成梯型(S型)异质结.在此基础上,能级位移、荧光分析、结构计算和反应自由基测试等结果表明,Bi2Se3和g-C3N4之间形成了S型异质结.在可见光光催化降解苯酚的实验中,所制备的Bi2Se3/g-C3N4复合物的光催化活性明显优于单一的Bi2Se3和g-C3N4.结合比表面、孔结构、光吸收和荧光等对比分析,认为Bi2Se3/g-C3N4的这种S型异质结构在其光催化活性增强中起到了关键作用.在光照条件下,其g-C3N4导带中光生电子向Bi2Se3的价带迁移,并与光生空穴复合,从而使Bi2Se3导带上可保留更多的高活性光生电子参与光催化反应,由此Bi2Se3/g-C3N4的光催化活性增强.循环性能测试和光还原实验结果表明,所制备的Bi2Se3/g-C3N4复合光催化剂具有良好的稳定性.本文工作为高可见光吸收的光催化剂制备和性能增强提供了新途径和新视野.  相似文献   
5.
In this study, we report a waste material-ground granulated blast furnace slag (GGBFS) as a low cost geopolymer, hybridised with ZnO to form a novel and efficient photocatalyst capable of discolouring textile wastewater. GGBFS is a waste material in an iron industry. Methylene blue was used as the probe dye and natural sunlight was used for activation of the photocatalyst. It was observed that under the experimental conditions, ZnGP-40 exhibited twice the discoloration efficiency than conventionally used ZnO or TiO2. This enhanced performance is majorly attributed to increased surface area of ZnO when strewn in the GGBFS matrix. The photocatalysts were characterized by SEM, TEM, PSA, TGA, BET and UV–Vis/NIR. The effect of photocatalyst loading, speed of agitation and solar insolation has also been studied. Since this study has been performed in direct sunlight, it exhibits a realizable application of solar energy in the treatment of wastewater.  相似文献   
6.
CdS nanowires doped with different contents of Eu dopant were synthesized by solvothermal method. XRD, SEM, TEM and Raman analyses certified that the as-synthesized samples were hexagonal CdS uniform nanowires. The pure CdS nanowires were 1–3 ?μm long and 80 ?nm diameter with the 1st and 2nd order longitudinal phonon modes at 298 and 594 ?cm?1. The 3% Eu-doped CdS wires were 800 ?nm–2.5 ?μm long and 75 ?nm diameter with the 1st and 2nd order longitudinal phonon modes at 296 and 593 ?cm?1. CdS nanowires grew along the [001] direction due to the surface energy effect. The photocatalytic properties of CdS and Eu-doped CdS nanowires were investigated for the degradation of rhodamine B (RhB) illuminated by visible radiation. In this research, Eu dopant played the role in promoting the photocatalytic kinetics because Eu3+ ions act as an electron acceptor to promote charge separation and photocatalytic activity. Both OH and O2? were the main active radicals used to transform RhB molecules into CO2, H2O and other intermediates.  相似文献   
7.
随着能源短缺和环境问题日益突出, 寻找清洁和可再生能源来替代化石燃料是本世纪科学家面临的最紧迫的任务之一. 为了实现我国“双碳”战略目标, 利用太阳能将二氧化碳(CO2)转化为清洁燃料和化学品是实现社会可持续发展的途径之一. 催化剂是CO2光还原技术的核心组成部分, 其可以吸附气态CO2分子, 在可见光照射下将CO2还原为一氧化碳(CO)、 甲酸(HCOOH)、 甲醇(CH3OH)或甲烷(CH4)等能源小分子. 目前, 新型CO2还原光催化体系的开发取得了很好的进展. 本文综合评述了近年来均相及非均相丰产金属卟啉类催化剂在光催化CO2还原中的研究进展, 并对在金属卟啉均相催化剂作用下, CO2光还原为CO或CH4的反应机理分别进行了介绍, 还讨论了金属卟啉基多孔有机聚合物与卟啉有机金属框架在光催化CO2方面的重要应用. 最后, 对可见光驱动卟啉类金属配合物催化的CO2还原的发展前景进行了展望.  相似文献   
8.
Chao Gao  Yujie Xiong 《中国化学》2022,40(1):153-159
Constituting the artificial carbon cycle,for example,through recycling CO2 and converting CH4 to value-added fuels and chemicals with solar energy,offers a sustainable future for humankind to tackle the global environmental issues and energy crisis.However,significant bottlenecks remain in such photocatalytic conversion,mainly related to the reaction activity and product selectivity.Herein,we share our efforts and systematic research progress on addressing the double bottlenecks for achieving solar-driven artificial carbon cycle,with specifically focusing on the photocatalytic CO2 and CH4 conversion.We further elucidate the common fundamentals behind various designed photocatalytic materials systems.Toward future development,we highlight the opportunities and challenges in the research field.  相似文献   
9.
In this article, Z-scheme NiO/α-MoO3 p-n heterojunction is successfully synthesized by a facile hydrothermal route. The phase and nanostructures are researched through a series of characterizations, such as XRD, SEM, TEM, EDX, XPS and DRS. It is confirmed that the NiO nanoparticles are deposited homogeneously on one dimensional α-MoO3 nanobelts and p-n heterojuction is constructed at the interface of α-MoO3 and NiO. Photocatalytic activity of the as-synthesized photocatalysts is investigated by photodegradation of methylene blue (MB) under simulated solar light irradiation. Compared with bare α-MoO3, the NiO/α-MoO3 p-n heterojunction exhibits significantly improved photocatalytic activity and photostability for MB degradation. The improvement in the photocatalytic performance can be attributed to the optimization of the charge transport pathway offered by Z-scheme heterojunctions, which can promote the effective separation of electron-hole pairs. The results indicate that Z-scheme NiO/α-MoO3 p-n heterojunction is a novel and efficient photocatalyst with potential application for the removal of organic contaminant in wastewater.  相似文献   
10.
纳米片与空心球上之间的合理界面调控是开发高效太阳能制氢光催化剂的潜在策略。在各类光催化材料中,金属硫化物由于具有相对较窄的带隙和优越的可见光响应能力而被广泛研究。ZnIn2S4是一种层状的三元过渡金属半导体光催化剂,其带隙可控(约2.4 eV)。在众多金属硫化物光催化剂中,ZnIn2S4引起了广泛兴趣。然而,单纯的ZnIn2S4光催化活性仍然相对较差,主要是因为光生载流子的复合率较高、迁移速率较慢。在半导体光催化剂上负载助催化剂是提升光催化剂性能的一种有效方法,因为它不仅可以加速光生电子和空穴的分离,而且还可以降低质子还原反应的活化能。作为一种三元过渡金属硫化物,NiCo2S4表现出较高的导电性、较低的电负性、丰富的氧化还原特性以及优越的电催化活性。这些特性表明,NiCo2S4可以作为光催化制氢的助催化剂,以加速电荷分离和转移。此外,NiCo2S4和ZnIn2S4都属于三元尖晶石的晶体结构,这可能有助于构建具有紧密界面接触的NiCo2S4/ZnIn2S4复合物,从而提高光催化性能。本文中,将超薄ZnIn2S4纳米片原位生长到非贵金属助催化剂NiCo2S4空心球上,形成具有强耦合界面和可见光吸收的NiCo2S4@ZnIn2S4分级空心异质结构光催化剂。最优NiCo2S4@ZnIn2S4复合样品(NiCo2S4含量:ca. 3.1%)的析氢速率高达78 μmol·h-1,约是纳米片组装ZnIn2S4光催化剂析氢速率的9倍、约是1% (w, 质量分数)Pt/ZnIn2S4样品析氢速率的3倍。此外,该复合光催化剂在反应中表现出良好的稳定性。荧光和电化学测试结果表明,NiCo2S4空心球是一种有效的助催化剂,可促进光生载流子的分离和传输,并降低析氢反应的活化能。最后,提出了NiCo2S4@ZnIn2S4光催化析氢的可能反应机理。在NiCo2S4@ZnIn2S4复合光催化剂中,具有高导电性的NiCo2S4助催化剂可快速接受ZnIn2S4上的光生电子,用以还原质子生成氢气,而电子牺牲剂TEOA捕获光生空穴,进而完成光催化氧化还原循环。该研究有望为基于纳米片为次级结构的分级空心异质结光催化剂的设计合成及其光催化制氢研究提供一定的指导。  相似文献   
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