可持续释放银离子和活性氧的ZnO/Ag/rGO三元新型光催化抗菌剂（英文）

由于具有独特的物理与化学性质,银纳米粒子被广泛应用于传感器、电化学、光催化等多个领域.在生物领域,银纳米粒子可以通过释放银离子有效地解决细菌感染问题,但是其本身的毒性不可忽略.为了减小银纳米粒子的潜在毒性,迫切需要寻找一种可持续释放银离子(Ag~+)的新型复合光催化抗菌剂.已有研究报道可将银纳米粒子负载在氧化铝、凝胶和二氧化硅上形成银基抗菌材料,但是大多数材料中银纳米颗粒尺寸较大,分布不均匀,且仅靠快速释放的银离子进行抗菌.本文通过一步溶剂热法制备了ZnO/Ag/rGO三元光催化抗菌剂,其中分别由银纳米粒子和氧化锌(ZnO)形成的银离子和活性氧(ROS)可对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌产生协同抗菌作用.负载在还原氧化石墨烯(rGO)上的银纳米粒子持续释放出微量的银离子,后者通过库仑引力牢固地吸附在带负电荷的细菌细胞膜上,从而干扰细菌DNA合成,进而使细菌丧失分裂繁殖能力;与还原氧化石墨烯和银纳米粒子复合的氧化锌可以产生更多的O_2~(·–)和·OH等自由基,具有氧化能力的自由基可分解细菌细胞膜使细菌破裂死亡.银纳米粒子的表面等离子体共振效应不仅可以拓宽氧化锌半导体材料的光吸收范围,而且可以作为电子捕获阱捕获电子,加速光生电子与空穴的分离,有效抑制光生载流子的复合.与其他银基抗菌材料相比,该材料可以实现了30天低浓度银离子持续释放,并利用产生的活性氧和银离子稳定高效地进行抗菌.采用XRD,XPS,SEM,TEM,HRTEM,PL和ESR等表征方法分析了材料的结构、形貌、化学组成、元素价态及光学性质,并通过抑菌圈、最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)等性能测试比较了材料的抗菌性能.XRD和XPS结果证明银和氧化锌纳米粒子成功地负载在还原氧化石墨烯上.SEM,TEM和HRTEM分析发现还原氧化石墨烯上的银和氧化锌纳米粒子分布均匀,尺寸较小(5–10 nm).PL和ESR表征表明ZnO/Ag/rGO相比于ZnO/rGO和Ag/rGO有更好的载流子分离和自由基产生能力.因此,ZnO/Ag/rGO材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更低的最低抑菌浓度(MIC_(E.coli)=100×10~(-6)μg/mL,MIC_(S.aureus)=80×10~(-6)μg/mL)和最低杀菌浓度,该材料在抗菌领域具有潜在的应用前景.     

利用掺杂诱导的金属-N活性位点和带隙调控提升石墨相氮化碳的光催化产氢性能

由于石墨相氮化碳(g-C3N4)的独特结构和性质,特别是其具有合适的能带结构位置及可调控的晶体结构,被广泛应用于光催化产氢反应中.然而,纯相氮化碳具有较快的光生电荷复合速率,这使其光催化产氢活性较低.目前,利用非金属或过渡金属原子掺杂可有效提升电荷分离速度,从而提高光催化产氢活性.相比于非金属掺杂,g-C3N4的三嗪环...     

Co（Ⅱ）-空穴和Pt-电子助催化剂协同作用增强P掺杂g-C3N4光催化产氢性能（英文）

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型的有机半导体材料,具有独特的层状结构、合适的能带位置、简单的制备方法以及出色的稳定性等特点,因而被广泛应用于光催化产氢领域.但是,较高的光生载流子的复合率和受限的迁移率大大地限制了g-C3N4的光催化产氢性能.目前,大量的研究证实块状g-C3N4的液相剥离、表面改性、元素掺杂、与其他半导体复合构筑异质结以及负载助催化剂等方法可以在一定程度上提高g-C3N4的光催化产氢性能.但是单一的g-C3N4改性方法往往并不能获得最理想的光催化产氢性能,因此,本文采用低温磷化法制备了二价钴(Co(II))修饰的磷(P)掺杂的g-C3N4纳米片(Co(II)/PCN),同时实现了掺杂P原子和负载空穴助催化剂Co(II),该催化剂表现出出色的光催化产氢性能.在光催化制氢过程中,铂(Pt)纳米颗粒作为电子助催化剂成功的负载在Co(II)/PCN上.光催化实验结果表明,最佳的Pt/Co(II)/PCN复合材料光催化产氢速率达到774μmol·g^?1·h^?1,比纯相的g-C3N4纳米片(89.2μmol·g^?1·h^?1)提升8.6倍.同时优化的光催化剂具有良好的光催化稳定性,并在402 nm处具有2.76%的量子产率.XRD,TEM,STEM-EDX和AFM结果证明,成功制备了纳米片状形貌的g-C3N4及其复合材料,催化剂中均匀的分布着Co和P元素.通过XPS证明了P-N的存在以及Co(II)的存在,并且Co(II)是以一种无定型的CoOOH的形式吸附在g-C3N4表面.光照后的TEM证明Pt颗粒成功的负载在Co(II)/PCN表面.UV-vis DRS表明,由于P的掺杂以及Co(II)的修饰,Co(II)/PCN相比于g-C3N4纳米片在可见光区域光吸收有了明显的增强.通过稳态和瞬态光致发光光谱分析,同时结合电化学分析表征(i-t、EIS)以及电子顺磁共振技术分析,证实了Co(II)/PCN高效光催化性能的原因可能是由于更高效的光生载流子分离效率.本文对Pt/Co(II)/PCN可能的光催化增强机理提出了设想.P的掺杂可以优化g-C3N4的电子结构,提高其光生载流子分离效率.而以Pt作为电子助催化剂,可以有效地捕获P掺杂的g-C3N4导带中的光生电子,进而发生水还原产氢反应;以Co(II)作为空穴助催化剂,可以捕获价带中的光生空穴,进而发生三乙醇胺氧化反应.通过采用不同功能的助催化剂,实现P掺杂g-C3N4光生电子空穴的定向分流,促进了P掺杂g-C3N4的光生载流子的分离,从而提高催化剂的光催化产氢性能.本文可以为设计具有空穴-电子双助催化剂的光催化产氢系统提供一个新的思路.     

共沉淀法制备负热膨胀性ZrW_2O_8粉体及其粒径控制初探

随着材料科学的不断发展,对材料性能的要求也越来越苛刻,其中最普遍的问题就是热膨胀,研究开发低热膨胀材料和零膨胀材料可以大大提高材料的性能,扩展材料的应用范围。为适应各个领域对热膨胀材料的特殊要求,负热膨胀(Negative thermalexpansion,简称NTE)材料成为材料研究领域一个新的分支。其实负热膨胀现象早就被发现存在于某些材料中,如:钙钛矿铁电体PbTiO3、半导体材料Si、冰、石英、堇青石2MgO·2Al2O·35SiO2和沸石等[1],但是这些材料的负热膨胀温度范围比较窄,且为各向异性,因此在实际运用中存在许多困难。直至1995年,美国俄勒…     

共沉淀法制备负热膨胀性ZrW2O8粉体及其粒径控制初探

Negative thermal expansion (NTE) material ZrW₂O₈ powders were synthesized using co-precipitation route. The precursor of ZrW₂O₈ was studied by Thermogravimetric and differential scanning calorimetry (TG-DSC). The structure and morphology of the resulting powders were characterized by Powder X-ray diffraction (XRD) and Scanning electron microscopy (SEM), respectively. The results showed that the samples were single phase of α-ZrW₂O₈ with regular shape. High temperature X-ray diffraction measurement indicated that the thermal expansion coefficient of ZrW₂O₈ was -10.35 × 10^-6 K^-1 in the temperature range from room temperature to 150 ℃, -3.08 ×10^-6 K^-1 from 200 ℃ to 600 ℃ and the average value was -5.38 × 10^-6 K^-1. At the same time, polyethylene glycol (PEG) was used as dispersant to primary control the size of ZrW₂O₈.     

不同形貌ZrWMoO8粉体的制备、表征及其负热膨胀特性

采用水合前驱物分解的方法, 以钨酸铵、钼酸铵及硝酸氧锆为原料制备了不同形貌的ZrWMoO8粉体. 对其前驱体进行了热重-差热分析(TG-DSC), 并以X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线荧光光谱仪(XRF)等手段考察了不同胶凝剂(HCl, HClO4, HNO3, H2SO4及H3PO4)对产物结构和形貌的影响. 结果表明, 胶凝剂的选择对ZrWMoO8粉体的形貌有较大影响. 在100—700 ℃范围内, 以HCl为胶凝剂制备出来的立方相ZrWMoO8粉体的热膨胀系数为-3.84×10-6 K-1.     

二维/一维BiOBr0.5Cl0.5/WO3 S型异质结助力光催化CO2还原

S型异质结不但可以提高载流子的分离效率,还可以维持较强的氧化还原能力。因此,构建S型异质是提高光催化二氧化碳还原反应的有效途径。本研究通过静电自组装法构建了具有近红外光响应(> 780 nm)的二维BiOBr_0.5Cl_0.5纳米片和一维WO₃纳米棒S型异质结光催化剂,并用于高效还原二氧化碳。能带位置和界面电子相互作用的综合分析表明：在光催化二氧化碳还原反应过程中,BiOBr_0.5Cl_0.5/WO₃遵循S型电子转移路径;不仅提高了载流子的高效分离,还维持了两相(BiOBr_0.5Cl_0.5和WO₃)较高的氧化还原能力。此外,二维纳米片/一维纳米棒的结构使得半导体之间具备良好的界面接触,有利于载流子的分离,且暴露更多的活性位点,最终提高催化效率。结果显示,BiOBr_0.5Cl_0.5/WO₃异质结催化剂表现出较高的CO₂还原能力和CO选择性,CO的产率高达16.68 μmol∙g^-1∙h^-1,分别是BiOBr_0.5Cl_0.5的1.7倍和WO₃的9.8倍。本工作为构建S型二维/一维异质结光催化剂高效还原二氧化碳提供了新的思路。     

热电子驱动氧化钨/石墨化氮化碳S-型异质结实现宽光谱光催化产氢活性

近年来,等离子体材料因具有独特的局域表面等离子体共振(LSPR)效应,可实现可见光到近红外范围内光利用,因此引起人们的广泛关注.利用等离子体材料(贵金属或重掺杂半导体材料)合理构建异质结构,可以同时拓宽光催化剂的光谱响应范围,抑制载流子的复合,从而提高光催化活性.在已报道的等离子体半导体中,WO3–x具有无毒、价廉以及光谱响应宽等优异特性.本文通过将一维等离子体W18O49纳米线负载到2D g-C3N4纳米片上,构建了WO3–x/HCN S型异质结光催化剂.在可见光下光催化产氢活性测试中,纯相质子化氮化碳(HCN)的产氢活性相对较低,为259μmol·g?1·h?1,而W18O49/HCN复合材料的产氢活性显著高于HCN,其中性能最优的W18O49/HCN复合材料产氢速率为892μmol·g?1·h?1,约为HCN的3.4倍.在550 nm单色光照射下,W18O49/HCN复合材料的产氢速率仍有41.5μmol·g?1·h?1,纯相HCN和W18O49均未有H2生成.在420,450,520 nm处测得的W18O49/HCN复合材料的表观量子效率分别为6.21％,1.28％和0.14％.W18O49纳米线起着扩展光吸附和热电子供体的双重作用,使WO3–x/g-C3N4具有宽光谱响应的光催化分解水活性.等离子体W18O49纳米线可以产生热电子,热电子转移到HCN的导带(CB),参与水还原反应,实现宽光谱的光催化产氢活性.利用固体紫外测试确定了W18O49/HCN复合材料能带结构,与传统的WO3催化剂相比,W18O49在500–1200 nm处表现出明显的尾部吸收,这是由于W18O49大量的氧空位引起的LSPR效应.而W18O49/HCN异质结具有比HCN更长的吸收边.通过第一原理密度泛函理论模拟计算了W18O49和HCN的功函数,分别为5.73和3.95 eV.因此,当HCN与W18O49结合形成紧密的界面时,电子会从做功函数小的HCN向做功函数大的W18O49移动,直至达到费米能级平衡,形成内建电场.此外,由于电子数量的减少,HCN的能带边缘向上弯曲,而由于电子的捕获,W18O49能带边缘向下弯曲,这种向上与向下的能带弯曲是S型结构的典型特征之一,这也与XPS测试结果相吻合.W18O49/HCN异质结内建电场驱动WO3–x中导带(CB)的电子向g-C3N4的价带(VB)移动.在该设计中,效率低的电子和空穴被重新组合并排出,而具有高氧化还原能力的功能电子和空穴则被保留下来.不仅如此,S-scheme有望同时引导光生电子和热电子运动,从而避免逆电荷传递,有利于热电子的有效利用.W18O49和g-C3N4匹配的带隙所产生的S-scheme可以导致较强的氧化还原能力和较高的光诱导电荷迁移速率.对HCN与W18O49/HCN光电性能的测试结果表明,1D/2D W18O49/HCN异质结的构建可以充分改善光生电子-空穴对的分离和迁移,进而表现出更好的光催化活性.电子自旋共振结果也证实了W18O49/HCN中S型电荷转移机制.     

利用有机助剂提高TiO2光催化产氢和降解性能

采用助催化剂加速光催化材料中空穴-电子对的分离提高光催化效率的有效方法.本文以有机分子草酰胺(OA)作为新型助催化剂来促进TiO2光催化材料的光生载流子分离,从而增强其光催化H2释放和染料降解性能.最佳TiO2-OA复合光催化剂上H2的析出和罗丹明B的光催化效率分别达到2371μmol g–1 h–1和1.43×10–2 min–1,分别是TiO2的2.4和3.8倍.系统研究了光催化增强的可能机理,并提出OA凭借其π-共轭结构作为助催化剂,不仅增强了TiO2的光吸收,而且促进了空穴转移,因而达到了加速电荷分离的效果.利用湿化学法合成了TiO2-OA光催化材料,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)以及紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等表征方法对该催化剂的结构特征、微观形貌和光学性能进行分析,并研究了TiO2-OA复合材料的光催化性能. SEM和TEM结果表明, TiO2-OA呈方形,尺寸约为30nm.OA含量为30wt%的TiO2-OA样品在用于制氢的光催化水分解反应中表现最佳.同时研究了TiO2-OA光催化剂的光催化机理,用对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和正丁醇进行了自由基捕捉剂实验.结果表明,羟基自由基在降解有机染料过程中起主要作用.通过光电流测试、材料价带导带位置计算以及·O2和·OH定量实验并结合文献分析认为,掺入具有独特π-共轭结构的OA可以提供空穴转移位点,从而极大地促进TiO2和OA之间光生电子-空穴的分离和转移.本工作可能为构建具有新型有机助催化剂的高效光催化体系开辟了一条新途径.     

制备方法对负热膨胀性ZrW2O8粉体的颗粒大小以及负热膨胀性能影响的研究

采用共沉淀法、分步固相法和溶胶凝胶法制备负热膨胀性ZrW₂O₈粉体。以XRD、SEM和TEM对产物结构及形貌进行表征，以原位X射线衍射分析粉体的负热膨胀特性。结果表明3种方法所制备的粉体均为单一立方结构的α-ZrW₂O₈相，共沉淀法制备的粉体颗粒较大，平均尺寸约为2.5 μm × 3.0 μm，溶胶凝胶法制备的颗粒最小，平均尺寸达到100 nm。所得粉体均表现为较强的负热膨胀特性，当粉体粒径相差不大时，负热膨胀系数变化很小，当颗粒粒径降低到纳米级时，负热膨胀系数有减小的趋势。