Bi掺杂NaTaO3中Bi的化学价态对其光催化性能的影响

分别采用NaBiO3和Bi(NO3)3为Bi源制备了Bi掺杂NaTaO3光催化剂,研究了Bi离子的价态对NaTaO3光催化分解水制氢性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见吸收光谱研究了催化剂的晶体结构、Bi离子的化学状态和催化剂的光学吸收性能.以光催化分解水制氢反应研究了Bi离子掺杂NaTaO3的催化性能. XRD结果表明,对于两个不同Bi源掺杂的NaTaO3样品, Bi离子的掺杂没有改变催化剂的单斜相结构,但拉曼光谱证实Bi离子的掺杂致使Ta–O–Ta键角偏离了180o. XPS结果表明,以Bi(NO3)3为Bi源时, Bi离子以Bi3+掺杂于NaTaO3的A位;当以NaBiO3为原料时, Bi3+和Bi5+共掺杂于NaTaO3的A位.两种不同Bi源掺杂得到的样品在紫外-可见吸收光谱中给出了相似的光学吸收,但Bi3+的掺杂对NaTaO3光催化性能影响不大,而Bi3+和Bi5+共掺杂大大提高了NaTaO3的光解水制氢性能. Bi离子取代Na离子在A位的掺杂,在NaTaO3结构中引入了能够促进载流子分离的空位和缺陷;与此同时, Bi的掺杂导致Ta–O–Ta键角偏离180o而不利于载流子迁移.对于Bi3+掺杂的NaTaO3样品,这两种作用相互抵消,使得其催化性能与NaTaO3相比没有变化;而Bi3+和Bi5+的共掺杂和高价态Bi5+的掺杂引入了更多的空位和缺陷,提高了光生电子-空穴的分离效率,从而提高了光催化产氢性能.研究表明,光催化过程中载流子的迁移是影响催化性能的重要因素,而在ABO3钙钛矿结构的A位引入高价态离子是促进光生载流子分离的有效途径.     

TiN_(0.3)/CeO_2光阳极材料的构筑及其光电催化性能(英文)

采用高温氮化法在Ti片基底上生长一层TiN0.3薄膜,进一步利用电化学沉积法在TiN0.3薄膜上生长CeO2,制备了TiN0.3/CeO2复合材料.分别用X射线衍射和扫描电镜研究了复合材料的晶体和形貌结构,用紫外-可见光谱探究了材料的光学吸收性能.结果表明,球状CeO2颗粒均匀地分布在TiN0.3表面;该复合光阳极除了TiN0.3对可见光的吸收外,外层的CeO2同时实现了对紫外光的吸收.光电催化性能研究发现,TiN0.3/CeO2复合光阳极能够显著提高TiN0.3或CeO2的光电流密度,同时增加光电流的稳定性.TiN0.3/CeO2独特的双层结构是其光电催化性能提高的主要原因.在TiN0.3与CeO2界面处异质结构的驱动下,CeO2层中的光生电子迁移至TiN0.3层,而相应的光生空穴在界面处被Ce3+所消耗,从而提高了CeO 2层中电子和空穴的分离效率,光电流密度也随之提高;同时,位于CeO2与电解液界面处的Ce3+作为水分子的吸附中心和反应活性中心,加快了界面处水的氧化反应,从而进一步促进了稳定光电流的产生.鉴于TiN0.3/CeO2光阳极材料优良的光电催化性能,其在太阳能光电催化领域具有潜在的应用,对于新型高效光电转化材料的设计与合成具有借鉴作用.     

炭气凝胶孔结构对其负载的TiO2光催化降解甲基橙性能的影响

选用两种孔径不同的炭气凝胶CA125和CA500制备了碳含量为20%的TiO2/CA光催化剂,采用X射线衍射、扫描电镜和N2吸附-脱附对催化剂进行了表征,并考察了其光催化降解甲基橙反应性能.结果表明,TiO2/CA样品中TiO2主要以锐钛矿相存在,伴随有少量的金红石相,且均匀分散于炭气凝胶的表面.催化剂的孔隙率分析表明,孔结构直接影响到催化剂的光催化活性,以中孔为主的TiO2/CA125活性要远高于TiO2/CA500.这主要源于中孔良好的吸附性能及其合适的空间限域效应.