GO/Ag3PO4复合光催化剂的制备、表征及光催化性能

以石墨粉为原料,采用Hummers氧化法合成氧化石墨烯(GO).然后在超声作用下,将不同含量的Ag₃PO₄沉积在GO上,制备了一系列4% (w,质量分数) GO/Ag₃PO₄、8% GO/Ag₃PO₄、16% GO/Ag₃PO₄和32% GO/Ag₃PO₄复合光催化剂.对所制备的光催化剂运用N₂物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段进行了表征,并在可见光下考察了GO含量对Ag₃PO₄光催化降解甲基橙(MO)的性能.结果表明, GO能够和Ag₃PO₄实现均匀复合.复合GO提高了催化剂的比表面积,改善了催化剂的吸附性能.复合16% GO使Ag₃PO₄光催化活性提高最显著, 120 min内对MO的降解率达到83%,是纯Ag₃PO₄光催化活性的7.5倍. GO能提高催化剂的比表面积,促进光生电子-空穴(e^-/h⁺)的分离,产生更多活性自由基,从而提高Ag₃PO₄光催化的活性和稳定性.     

贵金属Pd沉积对BiOCl光催化性能影响研究

利用光化学沉积法合成了一系列不同Pd含量(0.5;、1;、2;、4;)的Pd/BiOCl复合纳米片.利用X射线粉末衍射(XRD)、N2-物理吸附/脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)等物理化学手段对合成的Pd/BiOCl进行了表征.以模型污染物-染料酸性橙Ⅱ为光催化降解对象,考察了该系列光催化剂在紫外光(λ=254 nm)和可见光下光催化降解酸性橙Ⅱ的活性.表征结果显示,尺寸为2 nm左右的Pd纳米粒子沉积在BiOCl纳米片上没有引起催化剂的比表面积的明显变化,但是Pd纳米粒子能使催化剂具有一定的可见光吸收能力.活性测试表明,在紫外光下,当沉积2;的Pd纳米粒子时,BiOCl催化降解染料的活性提高了2.1倍,而在可见光下光催化活性提高了6.3倍.     

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.     

相转变制备超长α-Bi2O3微米棒及其表征

首先利用液相沉淀法合成了BiOBr纳米片(～50 nm),然后以BiOBr纳米片为前驱体,进行焙烧,使BiOBr发生相转变,制备长度为～ 200 μm的α-Bi2O3微米棒.运用热重(TG)、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱分析(UV-Vis DRS)研究了BiOBr煅烧过程中发生的相变及形貌的变化.发现BiOBr纳米片是一种热力学不稳定的半导体,化合物中的Br元素在煅烧过程中逐步被释放.随着Br元素的释放,BiOBr在600℃转变成片状结构的Bi24O31Br10.生成的片状结构Bi24O31Br10在800℃左右完全转变成超长α-Bi2O3微米棒.这个研究结果提供了一种简单、有效合成α-Bi2O3微米棒的方法.     

Al3+掺杂ZnS纳米晶的合成、表征及其光催化性能

在较温和的溶剂热条件下制备了一系列Al3+掺杂的ZnS纳米晶光催化剂.利用N2物理吸附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等技术对合成的样品进行了表征.考察了不同含量的Al3掺杂对ZnS的结晶度、比表面积、表面羟基、光吸收性能及其对不同染料的光催化降解性能的影响.结果表明,在140℃下合成的球状ZnS纳米晶具有较好的结晶度;Al3+掺杂在增加催化剂的比表面积的同时丰富了催化剂的表面羟基;此外,掺杂的Al3+可以明显抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合,提高光催化反应效率.当掺杂最佳含量的6mol; Al时,可使催化剂光催化降解染料酸性橙Ⅱ、亚甲基蓝和罗丹明B的降解率分别提高3.5、1.0和0.9倍.     

异质结构AgCl/Bi2WO6微米球制备、表征及其光催化性能

首先利用水热法制备了由纳米片组装的粒径为1.5–2μm的Bi2WO6微球,然后在微球表面沉积了不同含量的AgCl (5 wt%,10wt%,20wt%,30wt%),制备了异质结构AgCl/Bi2WO6微球光催化剂.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射吸收等手段对所制的光催化剂进行表征,并以紫外光和可见光分别为光源,罗丹明B为降解对象测试了其光催化活性,考察复合不同含量的AgCl对Bi2WO6光催化剂的性能影响.结果表明,沉积AgCl对Bi2WO6的晶体结构、表面性能和光吸收性能没有产生明显影响,但大幅度提高了Bi2WO6的紫外和可见光催化活性.当复合20wt%AgCl时, AgCl/Bi2WO6光催化活性最佳,紫外光下比纯Bi2WO6提高了2.2倍,可见光下提高了1倍.这主要是由于形成的AgCl/Bi2WO6异质结能有效抑制光生电子和空穴的复合,从而提了其光催化性能.     

设计和制备能量转换和环境净化的高效异质结光催化剂

在过去的几十年中,光催化由于具有将太阳能转化为清洁氢化学能和降解各种污染物的广泛应用前景,因而引起了人们广泛关注.近期,很多研究表明,两个具有相匹配电子能级结构的半导体形成接触良好的异质结,可以有效地促进电荷转移和抑制光生电子(e–)和空穴(h+)的复合,从而显著提高光催化剂的活性和稳定性.本文主要讨论了异质结对半导体光催化剂的促进作用;分析了异质结对一些典型光催化剂如TiO2,ZnO和Ag基半导体等光催化性能的影响;讨论了异质结光催化剂的制备方法和对光催化过程影响的基本机理;最后,提出了设计和理解异质结促进光催化反应机理所面临的挑战.     

室温下超声波辐照制备介孔结构的TiO2及其光催化性能

在室温条件下,利用超声波辐照方法合成了一系列具有大比表面积的介孔结构TiO₂光催化剂。应用N₂-物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对合成的样品进行了表征。考察了超声波强度、发射时间对TiO₂的结晶度、比表面积、孔体积、孔径等物理结构的影响,并提出了超声波辐照下TiO₂的介孔结构的形成机理。以λ=365 nm的紫外光为光源,评价了该系列催化剂光催化降解染料甲基橙的性能。结果表明超声波功率的增加将增加TiO₂的结晶度和孔径,并使其晶粒发生细化,提高催化剂的分散性。声化学合成的样品具有较高的光催化活性,其主要原因是超声波辐照方法合成的TiO₂具有较高的结晶度和较大的比表面积和孔体积。      

Ti4+掺杂制备花状SnO2/Sn3O4异质结微米球及其光催化性能

通过水热法制备了由层状纳米片堆叠而成的花球状Sn_3O_4及x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4(x%为Ti与Sn的物质的量之比)。采用X射线粉末衍射、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表征分析。结果表明,由于Ti~(4+)电负性及离子半径与Sn~(4+)相似,可以很好地进入Sn_3O_4晶格中替代Sn~(4+)形成替代掺杂,但不引起大的晶格畸变。同时,掺入Ti~(4+)后使得一部分Sn~(4+)直接与O结合生成纳米球状Sn O_2颗粒分散覆盖在Sn_3O_4表面,形成Sn O_2/Sn_3O_4异质结。光催化活性表明,x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4不仅具有较强的还原Cr~(6+)能力,而且拥有氧化降解有机污染物甲基橙和酸性橙Ⅱ的能力。催化活性的增强归因于x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4具有比较大的比表面积和更强的光吸收,同时Sn O_2/Sn_3O_4异质结的生成有效地提升了光生电子与空穴的分离效率。     

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.