Cr掺杂对K2La2Ti3O10光催化活性的影响

通过溶胶-凝胶法制备了层状钙钛矿结构的K₂La₂Ti₃O₁₀及Cr掺杂的K₂La₂Ti₃O₁₀，采用X-射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对K₂La₂Ti₃O₁₀及Cr掺杂K₂La₂Ti₃O₁₀进行了表征。以I^-为电子给体、分别在紫外和可见光辐射下研究了K₂La₂Ti₃O₁₀及Cr掺杂K₂La₂Ti₃O₁₀光催化分解水的产氢活性。采用第一性原理，计算了Cr掺杂对K₂La₂Ti₃O₁₀半导体能带结构和态密度的影响，从电子结构的变化揭示了掺杂引起光催化活性差异的原因。结果表明，Cr的掺入能够改善和提高K₂La₂Ti₃O₁₀的光解水的产氢活性；Cr改善和提高K₂La₂Ti₃O₁₀的光解水的产氢活性存在一个最佳的掺杂浓度；当Cr与Ti的物质量的比为0.02∶1时，紫外光催化分解水产氢速率为1 500 μmol·L^-1·h^-1，可见光催化分解水产氢速率为83.6 μmol·L^-1·h^-1，分别为K₂La₂Ti₃O₁₀掺杂改性前产氢速率的26和5倍。     

石墨烯-氧化钨复合薄膜的制备及界面电子传输特性

以偏钨酸铵为钨源、聚乙烯吡咯烷酮为连接剂,采用浸渍提拉法制备了石墨烯-氧化钨复合薄膜,利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及Raman光谱等方法对复合结构材料进行了表征,并利用光电流测试、交流阻抗谱（EIS）、瞬态光电流谱和强度调制光电流谱等方法,研究复合薄膜电极在光电作用下界面上的载流子转移过程和电荷传输行为. 结果表明,组成薄膜的氧化钨纳米颗粒与石墨烯充分复合,光电性能显著提高;与石墨烯复合后,薄膜的瞬态时间常数增大,电子-空穴对寿命延长;电子传输时间减少,为纯氧化钨薄膜的47.5%.     

硼族元素掺杂对K2La2Ti3O10光催化产氢性能的影响

通过溶胶.凝胶法制备了层状钙钛矿结构的K2La2Ti3O10及硼族元素掺杂的K2La2Ti3O10,采用X-射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(DRS)等对K2La2Ti3O10及硼族元素掺杂K2La2Ti3O10进行表征.以I-为电子给体、分别在紫外和可见光辐射下研究了K2La2Ti3O10及硼族元素掺杂K2La2Ti3O10光催化分解水的产氢活性;采用第一性原理,计算了硼族元素掺杂对K2La2Ti3O10半导体能带结构和态密度的影响.从电子结构的变化揭示了掺杂引起光催化活性差异的原因.研究结果表明,硼族元素的掺入能够改善和提高K2La2Ti3O10的光解水产氢活性;在B,Al,Ga,In与Ti的物质的量的比为0.01:1的情况下,K2La2Ti3O10紫外光催化分解水产氢速率分别为151.7、119.6、155和119.2 umol·L-1·h-1,比K2La2Ti3O10掺杂改性前产氢速率分别提高了166%、110%、172%和109%,可见光分解水的产氢速率为67.0、60.5、55.0和50.0umol·L-1·h-1,分别为K2La2Ti3O10掺杂改性前产氢速率的4、3.7、3.3和3倍.     

含有TiO2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO₂（NT）,将其作为光散射中心,与纳米晶TiO₂混合,制备成一种底层为P25薄膜（作为染料吸收层）,上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 mA·cm^-2,其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2 μmol·cm^-2降到70.1 μmol·cm^-2。这表明过量的大颗粒TiO₂刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。     

石墨烯-氧化钨复合薄膜的制备及界面电子传输特性

以偏钨酸铵为钨源、聚乙烯吡咯烷酮为连接剂,采用浸渍提拉法制备了石墨烯-氧化钨复合薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及Raman光谱等方法对复合结构材料进行了表征,并利用光电流测试、交流阻抗谱(EIS)、瞬态光电流谱和强度调制光电流谱等方法,研究复合薄膜电极在光电作用下界面上的载流子转移过程和电荷传输行为.结果表明,组成薄膜的氧化钨纳米颗粒与石墨烯充分复合,光电性能显著提高;与石墨烯复合后,薄膜的瞬态时间常数增大,电子-空穴对寿命延长;电子传输时间减少,为纯氧化钨薄膜的47.5%.     

Fe3+和Cr3+掺杂对K4Nb6O17光催化活性的影响

通过高温固相反应合成了铌酸盐K4Nb6O17及Fe3 , Cr3 (1.0%, 摩尔分数)掺杂的K4Nb6O17, 并采用X射线衍射、紫外可见漫反射光谱、扫描电镜等对K4Nb6O17及Fe3 , Cr3 掺杂的K4Nb6O17进行了结构和形貌表征. 在甲醇为电子给体、 Pt为助催化剂的情况下, 研究了K4Nb6O17及Fe3 , Cr3 掺杂的K4Nb6O17作为催化剂在～400 nm紫外辐射下分解产生氢的光催化活性, 并讨论了引起3种催化剂活性差异的原因. 实验结果表明, Fe3 , Cr3 的掺杂促使K4Nb6O17的最大吸光波长由原来的400 nm分别拓展到500和450 nm. 在甲醇为电子给体、 Pt作为助催化剂时K4Nb6O17及Fe3 , Cr3 掺杂的K4Nb6O17作为催化剂, 光催化分解水的产氢速率分别为5.35, 5.00, 6.25 mmol·L-1·h-1.     

光催化分解水的研究进展

阐述了利用光催化剂分解水获取氢气的原理和国内外的研究进展,特别对近几年来在开发新型高效半导体催化材料及拓展对可见光的响应等方面的研究工作进行了评述, 阐述了光催化分解水在解决能源紧缺和环境污染等方面的应用前景和今后的研究方向.     

含有TiO2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO_2(NT),将其作为光散射中心,与纳米晶TiO_2混合,制备成一种底层为P25薄膜(作为染料吸收层),上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 m A·cm~(-2),其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2μmol·cm~(-2)降到70.1μmol·cm~(-2)。这表明过量的大颗粒TiO_2刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。     

高比表面空心球状ZnO/ZnAl2O4复合光催化剂制备及活性

以葡萄糖为模板,聚乙二醇(PEG-4000)为分散剂通过一步水热法所得前驱体,经500℃焙烧4 h得到ZnO/ZnAl2O4产物。并用XRD、SEM、TEM、BET、TG/DTA和UV-Vis DRS等技术对样品进行表征。结果表明产物为空心球状ZnO/ZnAl2O4复合光催化剂,比表面积高达158.3 m2.g-1。在模拟太阳光照射下,以甲基橙溶液的光催化降解考察样品的光催化活性,研究了焙烧温度、pH值和PEG加入量对样品光催化活性的影响。结果表明,当pH=9,PEG加入量为10%(以反应理论得到的前驱体ZnO/ZnAl2O4的质量来衡量)时,光催化活性最佳,光照60 min后,0.5 g.L-1光催化剂用量对甲基橙的脱色率达98.7%,与TiO2 Degussa P-25进行比较,相同条件下对甲基橙的脱色率提高了7.7%。     

银耳状Fe-N-C复合催化剂的制备及催化氧还原性能研究

以无机铁盐和邻苯二胺为基础原料,经铁基螯合前驱体热解反应,制备出Fe-N-C复合催化剂.经扫描电镜观察,带有折褶的碳微纳米片相互交迭,形成银耳状的三维自支撑结构.氮气吸脱附测试表明此结构富含微孔和介孔,比表面积可达290 m2/g.通过X射线衍射(XRD)确证石墨化C和多晶Fe3C作为催化剂主相存在, X射线光电子能谱(XPS)进一步揭示N原子主要以石墨N和吡啶N形式掺杂到C骨架中.电化学测试表明银耳状Fe-N-C复合催化剂在碱性条件下催化氧还原反应为四电子过程,其催化活性可媲美商业Pt/C催化剂.经过2000次氧还原测试后,催化极限电流衰减小于5%,并且半波电势仅负移5 mV(商业Pt/C催化剂负移35 mV),表现出优异的氧还原催化稳定性.