聚邻苯二胺修饰AgCl/g-C3N4纳米片复合光催化剂的制备及性能

近年来,工业社会的发展为人们的日常生活带来了便利,然而也引起了环境污染问题.尤其是抗生素的滥用,不仅会导致各种慢性疾病和微生物的传播,而且会使微生物对抗生素产生抵抗力.因此,寻找一种有效且环保的方法来解决抗生素残留问题至关重要.光催化技术作为一种"绿色"技术,具有充分利用太阳光、降低能耗和完全矿化有机物的突出优点,已被广泛应用于消除环境污染.光敏半导体材料AgCl具有良好的光响应范围、无毒、易制备等优点,成为光催化降解污染物过程中促进光催化剂活性的理想材料.然而,制备的AgCl纳米颗粒易于团聚并发生光腐蚀.目前,片状g-C_3N_4具有比表面积大和适当的带隙等优点.因此,构筑AgCl/g-C_3N_4异质结复合光催化剂不仅可以降低光生电子和空穴的复合速率,加快电子传输,还可以解决AgCl纳米颗粒易于团聚的问题.此外,聚邻苯二胺(PoPD)作为一种导电聚合物,具有高效的电子传输能力,用其包裹AgCl可以防止光腐蚀现象的发生.本文采用沉淀法和光引发聚合法合成了新型高效的PoPD/AgCl/g-C_3N_4复合材料,并以20 mg/L四环素作为目标污染物测试其可见光下的催化性能.用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和比表面积(BET)测定等方法表征分析了催化剂的结构特征、微观形貌和光学性能. XRD分析发现, PoPD未影响AgCl/g-C_3N_4催化剂的晶型结构. XPS结果表明,复合材料由C, N, Ag, O, Cl元素组成,并能得到它们的元素价态.由SEM照片可看到不规则薄片状g-C_3N_4表面均匀地负载着被PoPD包裹的AgCl颗粒.根据BET测试结果,片状的g-C_3N_4比表面积比块状的增大4倍,使目标污染物能与光催化剂表面活性物质充分接触反应.光催化性能测试结果进一步表明, PoPD/AgCl-35/g-C_3N_4在可见光下具有优异的光催化性能:可见光照射120 min内,四环素的降解效率可达83.06%,降解速率常数是纯g-C_3N_4的7.98倍.循环实验表明,经过四次循环后催化剂仍具有优异的光催化降解性能,说明所合成的催化剂具有良好的稳定性.用抗坏血酸、乙二胺四乙酸和异丙醇捕获剂进行了自由基捕获实验,进一步研究PoPD/AgCl/g-C_3N_4催化剂的光催化机理.结果表明,超氧自由基和空穴在降解四环素过程中起主要作用,羟基自由基的作用相对较小.通过价带谱测试和带隙计算出材料的价导带位置,并对可能的机理进行了相应的分析.总之, PoPD/AgCl/g-C_3N_4光催化剂具有良好的稳定性和优异的光催化性能,为制备高稳定性复合光催化剂提供了一种新技术     

C@CdS/埃洛石纳米管复合光催化剂一步热解法的制备及光降解性能(英文)

通过一步热解法合成了一种新的复合光催化剂C@CdS/埃洛石纳米管(HNTs).用扫描电镜(SEM),X射线能谱(EDS),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,比表面积和拉曼光谱(RS)对材料进行表征.利用可见光下降解四环素探究了C@CdS/HNTs的光催化活性.结果表明,所制备的不同热解温度的样品中,400°C热解温度下的样品降解四环素效果最好,可见光照射60 min降解率能达到86%.此外,得益于碳层、CdS和HNTs的共同作用,光催化剂展示了很好的稳定性.放置一年对催化活性没有任何影响,并且经过三次循环实验,光催化剂活性没有很大变化.最后讨论了光催化剂的制备机理,并且对光催化降解过程的中间产物进行了分析.     

高岭土磁性复合材料表面印迹聚合物选择性吸附分离环丙沙星

以氨基改性的磁性高岭土为基质材料,利用电子转移产生催化剂的原子转移自由基聚合法制备磁性高岭土表面印迹聚合物(MMIPs)。通过FTIR、TEM、TGA、XRD和VSM等方法对其物理化学性质进行表征,其比表面积112 m2·g-1,且具有较好的热稳定性、超顺磁性(Ms=13.365 emu·g-1)。吸附性能研究表明,准二级动力学模型能较好地描述MMIPs对环丙沙星(CIP)吸附动力学行为,Langmuir等温模型能较好地拟合MMIPs对CIP的吸附平衡数据,25℃时MMIPs的单分子层吸附容量为89.36 mg·g-1。选择性实验研究表明,MMIPs对CIP具有较好地选择识别性。结合高效液相色谱分析技术,MMIPs已成功应用于鲜鱼样品中痕量CIP的分离、富集和回收,CIP的回收率为92.15%。     

杂多酸光催化降解有机污染物

本文综述了杂多酸对有机污染物的光催化降解,包括自身光致催化作用,半导体协同光催化作用,H₂O₂存在下的类Fenton反应和超声辅助催化作用。杂多酸与有机物反应的机理主要是电子-空穴对的产生和·OH等自由基的生成。概述了杂多酸的结构类型和杂多酸光催化作用的优点和局限性,提出利用掺杂调变杂多酸的晶体结构,降低其能带宽度,提高光催化作用反应的量子效率;探索杂多酸与其它电子受体的组合,特别是与具有可见光活性的物质的组合,以扩大光响应范围,实现可见光催化反应。     

C@CdS/埃洛石纳米管复合光催化剂一步热解法的制备及光降解性能

通过一步热解法合成了一种新的复合光催化剂C@CdS/埃洛石纳米管(HNTs). 用扫描电镜(SEM),X射线能谱(EDS),透射电镜(TEM),X 射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,比表面积和拉曼光谱(RS)对材料进行表征. 利用可见光下降解四环素探究了C@CdS/HNTs 的光催化活性. 结果表明,所制备的不同热解温度的样品中,400 ℃热解温度下的样品降解四环素效果最好,可见光照射60 min 降解率能达到86%. 此外,得益于碳层、CdS和HNTs 的共同作用,光催化剂展示了很好的稳定性. 放置一年对催化活性没有任何影响,并且经过三次循环实验,光催化剂活性没有很大变化. 最后讨论了光催化剂的制备机理,并且对光催化降解过程的中间产物进行了分析.     

可用于环境修复的半导体光催化剂及其改性策略研究进展

多相光催化技术作为一种直接利用太阳光降解多种污染物的先进氧化工艺在环境修复领域的研究中引起了广泛关注.在多相光催化过程中,半导体材料在太阳光的激发下,其强大的氧化/还原能力可快速高效降解各种污染物.研究者通常根据环境中污染物的状态和种类选择合适的半导体材料及修饰策略,构建高效多相光催化体系,探究光催化材料在环境修复中的...     

Ag/CN/ZnIn2S4 S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO2研究(英文)

S型异质结在电子的激发和输运方面具有优异的表现。本研究采用光沉积和水热法制备了Ag/CN/ZnIn₂S (ACZ) S型异质结复合光催化剂,其中,ACZ-60的CO和CH₄产率最高,分别为5.63μmol·g^-1和0.23μmol·g^-1,是CN的6.5倍和2.1倍。通过电子自旋共振(ESR)和紫外光电子能谱(UPS)的表征分析,得出ACZ遵循S型电子转移路径的结论,进一步通过光电化学和PL测试证明S型异质结的形成改善了原本单体催化剂电子空穴复合率高的问题,同时也增强了光吸收。另一方面,沉积在CN表面的Ag NPs既作为反应活性位点,又具有等离子效应,进一步增强了对可见光的吸收性能,有效提升了电子传递效率,同时为反应提供了更多的热电子。此外,通过原位红外解释了光催化还原CO₂可能的反应路径。本研究为设计具有等离子体效应的S型异质结光催化剂提供了新思路。     

高岭土磁性复合材料表面印迹聚合物选择性吸附分离环丙沙星

以氨基改性的磁性高岭土为基质材料,利用电子转移产生催化剂的原子转移自由基聚合法制备磁性高岭土表面印迹聚合物（MMIPs）。通过FTIR、TEM、TGA、XRD和VSM等方法对其物理化学性质进行表征,其比表面积112 m²·g^-1,且具有较好的热稳定性、超顺磁性（M_s=13.365 emu·g^-1）。吸附性能研究表明,准二级动力学模型能较好地描述MMIPs对环丙沙星（CIP）吸附动力学行为,Langmuir等温模型能较好地拟合MMIPs对CIP的吸附平衡数据,25℃时MMIPs的单分子层吸附容量为89.36 mg·g^-1。选择性实验研究表明,MMIPs对CIP具有较好地选择识别性。结合高效液相色谱分析技术,MMIPs已成功应用于鲜鱼样品中痕量CIP的分离、富集和回收,CIP的回收率为92.15%。     

二维g-C3N4表面Au粒子尺寸调节的界面电子传输行为及光催化性能

目前,环境污染与能源危机是直接影响着人类生存与发展的两大难题.以半导体材料作为催化剂、太阳能作为驱动力的光催化技术由于具有成本低廉、清洁环保、反应条件温和等优点被认为是解决上述问题最具开发价值的理想方法,并得到科研工作者的广泛研究与关注.近几十年的研究表明,该技术在有机污水处理及光催化还原CO2转化成高能燃料领域均有良好表现.本文采用高温热聚合及酸处理剥离技术,以尿素作为原料,成功制备出薄层二维g-C_3N_4(CN)纳米片材料,并以该材料作为载体及催化主体,通过恒温水浴还原技术在其表面负载不同尺寸的Au纳米粒子,成功制备出一系列Au/CN复合光催化材料.运用系统的表征及测试手段,对所制备的二维光催化材料的晶相结构、化学组分、形貌和表面特征及光电化学特性进行了详细表征与研究,并针对该二维材料表面Au纳米粒子的尺寸效应、表面效应和等离子体共振效应(LSPR)等特性研究了复合材料界面间电子的传输效率与迁移机制.尺寸较小的Au纳米粒子的费米能级到CN导带底端的距离较短,其表面原子比例及缺陷含量较高,有利于Au纳米粒子对光生电子的捕获并抑制电子空穴对的复合.由于LSPR效应,可见光下Au表面可产生大量高能热电子并注入到CN表面,从而抑制光生电子从CN导带到Au表面的传输.三维时域有限差分法(FDTD)模拟结果显示, Au纳米颗粒的尺寸越大,拥有的LSPR效应越强,其表面热电子含量越高,光电子传输抑制现象越强烈.光电化学性能分析(PEC)结果显示,在颗粒分布密度合理的情况下,具有较小尺寸Au纳米颗粒的复合材料内部光生电子空穴对的分离效率越高.光催化实验表明,在Au纳米粒子分布合理的情况下,拥有最小Au纳米颗粒尺寸的3-Au/CN样品表现出最好的光催化活性.在可见光条件下照射30 min,该样品对罗丹明B水溶液(RhB, 10 mg/L)的光降解效率高达92.66%;紫外光条件下照射8h,该样品光催化还原CO_2转化成CO和CH_4的产率分别为77.5和38.5μmol/g,约是纯CN还原性能的6倍和10倍.结合文献报道及上述实验结果,我们提出了一个尺寸影响的光催化作用机制.     

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO,ZIF,MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO₂、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的主要因素.尽管MOFs基光催化材料研究已经取得了令人瞩目的进展,但对MOFs基光催化剂进行可控设计制备仍然存在挑战.如何实现纳米MOFs基光催化材料的制备与规模化生产、可调缺陷MOFs基光催化材料的精准设计、开发高稳定性的MOFs基光催化材料等仍需进一步探索.因此,未来需要从MOFs的纳米化合成、复合材料界面结构的精准调控、催化活性机制与稳定性关系等方面对MOFs基光催化材料进行深入的研究.