Ag@AgX(X=Cl,Br,I)及其复合物光催化剂的研究进展

综述了具有表面等离子体共振效应的光催化剂Ag@AgX(X=Cl,Br,I)及其与TiO2、BiOX、BiVO4、ZnO等复合物的光催化机理、应用等方面的进展,并展望了Ag@AgX(X=Cl,Br,I)及其复合物未来的发展方向和研究内容。     

基于等离子体型Ag@AgBr插层K4Nb6O17的可控合成及光催化性能

在微波辅助条件下采用离子交换和光致还原的方法将Ag@AgBr纳米粒子插层进入K4Nb6O17层间,制备了具有等离子体共振效应的可见光催化剂(记作K4Nb6O17/Ag@AgBr).在胺交换过程中采用不同链长的有机胺对酸交换产物进行柱撑,通过铌酸钾层间距的变化实现层间Ag@AgBr纳米粒子的形貌调控.利用XRD,SEM,EDX,UV-Vis等手段对复合催化剂进行结构、形貌和性质分析,并对复合光催化剂进行了可见光降解亚甲基蓝、甲基橙和苯酚的性能研究.结果表明:改性后的复合光催化剂在可见光区的响应大大增强;3种复合光催化剂对目标污染物均具有良好的可见光催化活性,其中十二胺柱撑的Ag@AgBr插层K4Nb6O17复合光催化剂对亚甲基蓝的移除效果最好.     

类石墨相C3N4复合光催化剂

利用半导体光催化技术将太阳能转化为化学能或直接降解和矿化有机污染物,是解决能源短缺和环境污染等问题的有效途径。聚合物类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有类似石墨烯的结构,由于其优异的化学稳定性和独特的电子能带结构,可作为太阳能转化、环境污染物降解的催化剂而得到了广泛关注。g-C₃N₄制备原料便宜易得、制备方法简单,可作为廉价、稳定、不含金属的可见光光催化剂应用于光催化降解污染物、水分解制氢制氧及有机合成领域。然而光生电荷易复合,使得g-C₃N₄的催化活性还不能满足大规模应用的需求。本文针对g-C₃N₄光催化活性的提高,综述了国内外在g-C₃N₄复合改性方面的重要研究进展,如金属/非金属掺杂、半导体复合、表面金属沉积等,并讨论了复合物的催化机理。     

PbS插层K2Ti4O9催化剂：制备及光催化制氢活性

利用高温固相反应、离子交换、层间插入反应和硫化处理制备了PbS插层的K2Ti4O9催化剂。利用XRD、TEM、SEM、XRF、PL和紫外-可见漫反射光谱对催化剂进行了表征,考察了催化剂紫外光和可见光光催化制氢活性。结果表明,制备的PbS插层K2Ti4O9催化剂对可见光的吸收范围较宽,其吸收边界约为710 nm,在紫外光和可见光下3 h累积产氢量可达到115.46 mmol.gcat-1和0.92 mmol.gcat-1,与CdS插层K2Ti4O9催化剂相比具有更高的催化活性。     

Ce掺杂K_2La_2Ti_3O_(10)催化剂的可见光高效催化制氢的研究

采用高温固相法合成了铈掺杂的K2La2Ti3O10催化剂,利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-visDRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征.考察了催化剂的可见光催化分解甲醇水溶液制氢的活性,并对可见光催化机理进行了分析.研究表明,铈的掺杂没有改变K2La2Ti3O10的微晶结构,并使催化剂粒径有所减小.紫外可见漫反射分析表明禁带宽度为2.3eV左右,对可见光具有较高吸收.XPS表明La和Ti为+3和+4价,而Ce则是+3和+4的混合价态.担载2wt%Pt后,在可见光下光催化活性大大提高,当铈的掺杂量为0.5mol%(即Ce取代La的摩尔百分量)时,光催化活性达到最大,产氢速率为0.05mmol/h;光照5h后产氢量为0.22mmol,而纯K2La2Ti3O10的产氢量只有0.037mmol.     

纳米Ag@AgBr表面敏化K2Ti4O9可见光催化剂的微波合成、表征和光催化活性

利用微波法合成纳米尺寸Ag@AgBr表面敏化K₂Ti₄O₉的复合光催化剂（Ag@AgBr/K₂Ti₄O₉）,并通过SEM、X-射线能量色散谱（EDX）、TEM、选定区域电子衍射（SAED）、XRD、紫外-可见漫反射（UV-Vis Diffuse Reflectance）、XPS等对其进行了表征,同时在可见光下测定催化剂对有机物降解的光催化活性。结果表明,粒径为0.2~0.5μm的Ag@AgBr均匀分散在K₂Ti₄O₉表面,Ag@AgBr/K₂Ti₄O₉对可见光有很好的吸收且Ag@AgBr的担载量影响可见光的吸收。当Ag@AgBr的担载量为25wt%时,复合光催化剂具有最高的光催化活性,光照1h对罗丹明B（RhB）的降解率可达97%。另外,催化剂的担载量和稳定性也做了考察。催化剂较高的光催化活性主要归因于Ag纳米粒子的表面等离子体效应和有效的光生电子-空穴的分离。     

微波辅助制备CdS插层K2La2Ti3O10复合物及其光催化制氢的性能

采用微波辅助通过酸交换、胺柱撑、离子交换等步骤制备了CdS插层的K2La2Ti3O10(记做CdS-K2La2Ti3O10)复合光催化剂.利用X射线粉末衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)等对产物进行表征,考察了CdS-K2La2Ti3O10在紫外光及可见光下催化制氢活性.结果表明,微波辅助法与传统法制备的插层复合催化剂晶型结构相似,同时大大减少了离子交换反应时间,减少了对层间结构的破坏,拓展了催化剂的可见光吸收范围.微波辅助制备的催化剂在紫外光和可见光照射3 h后的产氢量分别为221.53 mmol/(g cat.)和3.23 mmol/(g cat.),并对光催化机理进行了分析.     

CdS插层的K4Nb6-xCuxO17复合物的制备及其光催化制氢活性

以Nb2O5,K2CO3和CuO为原料经高温固相反应合成K4Nb6-xCuxO17催化剂,并通过层间离子交换反应,胺插入反应以及硫化反应制备CdS插层K4Nb6-xCuxO17复合催化剂(K4Nb6-xCuxO17/CdS)。利用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),场发射扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDX),紫外-可见漫反射(UV-Vis),分子荧光光谱(PL)等技术对催化剂进行表征。考察了催化剂的可见光催化制氢活性。结果表明,Cu离子掺杂进入K4Nb6O17晶格中,CdS位于K4Nb6O17层间。CdS插层K4Nb6-xCuxO17催化剂的最大吸收光波长约为550 nm。催化剂制氢活性有明显提高,紫外光和可见光下3 h产氢量分别达到279.83 mmol.gcat-1和7.11 mmol.gcat-1。最后讨论了复合催化剂光生电荷转移机理。     

铁锆复合氧化物催化甲醇与CO2直接合成 DMC反应性能

采用溶胶-凝胶法制备的铁锆复合氧化物催化甲醇与CO2直接合成碳酸二甲酯（DMC）反应,其催化活性远高于氧化铁和氧化锆,当铁锆摩尔比为5：1时,其催化活性是氧化锆的2倍。利用XRD、XPS、IR、TPD和N2物理吸附-脱附等技术对催化剂进行了表征。结果表明,氧化铁主要以六方晶相的α-Fe2O3形式存在,氧化锆主要以四方晶相存在,铁锆之间发生了相互作用,使铁锆复合氧化物表面L酸增强和少量B酸产生。L酸的增强和B酸的产生是催化剂催化活性增加的主要原因,并对催化剂的催化作用机理进行了探讨。     

光催化制氢的助催化剂

随着能源和环境问题的日益突出,构建可持续发展、绿色环保和新型高效的能源体系,成为当今世界关注的焦点。由于太阳能清洁、低成本和环境友好等特性,利用太阳能光催化制氢成为解决能源问题的有效策略。单一的半导体光催化剂由于光的利用率低、电荷空穴易复合和缺少充足的活性位点等缺点,很难满足光催化的所有要求,常引入助催化剂来解决这一问题。负载助催化剂可以促进电荷分离,提高光催化效率。本文主要介绍助催化剂在光催化制氢中所起的作用,比如增强光的吸收、促进电荷分离、增加活性位点、提高H的吸附能力等,同时介绍了助催化剂的负载方法;总结了助催化剂对于活性的影响因素,包括尺寸效应、位置效应、构型效应、数量效应等,为设计高效稳定的助催化剂提供思路。最后对光催化制氢的助催化剂的未来发展进行展望。