AgBr/TiO_2异质结型复合可见光催化剂的制备及其光催化活性

以钛酸四丁酯、KBr、AgNO3为前体,合成了具有异质结结构的纳米AgBr/Ti O2复合可见光催化剂.利用XRD、TEM、HRTEM和UV-Vis等方法对催化剂的晶相组成、形貌、粒度、微观结构、吸光性能等进行了表征.光催化降解亚甲基蓝活性结果表明,复合与单组分催化剂的光催化活性顺序为:AgBr/Ti O2AgBrAg-Br/P25P25Ti O2.含光敏剂AgBr的复合及单组份催化剂由于具有对可见光的良好吸收性能而具有较高的光催化活性.对于AgBr/Ti O2光催化剂,随mAgNO3/mTi O2比的增加,光催化活性先增强后减弱,当mAgNO3/mTi O2=3.35时光催化活性最高,分析结果表明,该复合催化剂粒径约15 nm,分散均匀且形成了紧密接触的AgBr/Ti O2异质结微结构,在紫外可见区(250～800 nm)都具有最强的光吸收.     

异质结型光催化膜的活性及其机理研究

采用浸渍提拉法制得TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,ZnO/TiO₂,TiO₂/ZnO,Fe₂O₃/TiO₂和TiO₂/Fe₂O₃石英玻璃基底负载膜.光催化降解亚甲基蓝实验表明,TiO₂和ZnO具有良好的光催化活性,Fe₂O₃活性较差.但形成异质结后,TiO₂和Fe₂O₃的光催化降解能力发生明显的变化.用254nm紫外光光照后,TiO₂,ZnO和Fe₂O₃等3种氧化物膜与水的接触角均有不同程度的降低,TiO₂表现出超亲水性,ZnO/TiO₂和Fe₂O₃/TiO₂膜与水的接触角小于对应的单纯ZnO和Fe₂O₃膜与水的接触角,其中Fe₂O₃/TiO₂表面出现超亲水性.瞬态光电导谱的少数载流子寿命的测定表明,异质结势垒电场能有效地增强光生电子-空穴对的分离效率.根据能带理论建立的两组异质结能带模型可合理地解释实验结果.     

n-p异质结型CdS/BiOBr复合光催化剂的制备及性能

采用两步水热法制备了CdS/BiOBr复合光催化剂,并通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对其物相、表面结构、光响应性等性质进行了表征.结果表明,合成的CdS/BiOBr复合材料是n-p型异质结,由CdS颗粒裹附在BiOBr纳米球的表面构成,这种结构不仅具有良好的可见光响应范围,且有利于光生电子的迁移,并有效地抑制光生电子/空穴对的复合.通过光催化降解模拟染料废水和光催化脱除模拟含硫燃料评价了CdS/BiOBr复合材料的可见光催化性能.结果表明,6%(质量分数)CdS/BiOBr降解次甲基蓝的拟一级动力学常数分别为BiOBr和CdS的5.3和9.6倍,脱除噻吩的拟一级动力学常数分别为BiOBr和CdS的1.9和3.2倍.CdS/BiOBr具有良好的光催化稳定性,循环使用5次后,降解率仍能达到90%以上.     

YFeO3/TiO2异质结材料的制备及其光催化性能研究

通过研磨-焙烧法制备了YFeO3/TiO2异质结材料,考察了焙烧温度和组分质量含量变化对合成异质结材料的影响;进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FRIR)、紫外-可见漫反射(UV-vis/DRS)、光电子能谱(XPS)等表征并测试了不同样品光催化降解橙黄Ⅱ的活性.结果表明,YFeO3/TiO2复合氧化物不仅具有明显的可见光光响应,而且表现出比单组分相对较高的光催化降解活性.最佳的复合样品为600℃焙烧下,w(TiO2)=0.9的复合样品.复合材料光催化活性的提高可归因于p-YFeO3与n-TiO2间存在的p-n结.     

新型光催化异质结:S型异质结

太阳能是最丰富的清洁和可再生能源,光催化技术在太阳能利用中具有很大潜力,这有赖于高效半导体光催化剂的设计制备.然而,单一光催化剂效率很低,主要是光生电子和空穴的强库伦吸引力导致它们快速复合.此外,单一光催化剂也很难同时具有宽光谱吸收和足够的氧化还原能力.为了解决这一问题,构建异质结光催化剂成为一种有效途径,因为它可以实现光生电子和空穴在空间上的有效分离.针对传统的Ⅱ型和Z型异质结在动力学和热力学方面的缺陷,2019年由武汉理工大学余家国教授团队提出梯形异质这一新型异质结概念.对于Ⅱ型异质结,热力学和动力学分析表明光生载流子的转移机理不正确.热力学和动力学分析表明光生载流子的转移机理不正确.而Z型异质结系统主要包括传统、全固态和直接Z型异质结三种类型.对于前两种异质结,它们的界面电子转移存在理论问题.传统Z型异质结利用氧化还原电对,而电子受体和给体更容易从与其具有较大的电势差的半导体接受或给予电子.全固态Z型异质结利用导体,比如导电金属或碳材料,取代氧化还原电对,从而使其应用范围由液态扩展到固态.然而通过进一步分析,它的电荷传输也有漏洞.首先,界面的肖特基势垒抑制电荷持续传输,此外,全固态Z型异质结中的导体与传统Z型中氧化还原电对的作用如出一辙.因此,传统Z型的问题在这里也依旧存在.总的来说,Ⅱ型、传统和全固态Z型都面临相同的问题,就是光生电子和空穴拥有较弱的还原和氧化能力,而S型异质结则与它们截然不同.该异质结由氧化型和还原型光催化剂组成,内建电场、能带弯曲和库仑力三大作用促使氧化型的光生电子与还原型的光生空穴复合,同时阻止氧化型的光生空穴与还原型的光生电子转移.最终,电子和空穴分别具有高的还原和氧化能力.由于其优越性,S型异质结在各种光催化应用中引起了广泛的兴趣,包括产氢、二氧化碳还原、污染物降解和灭菌等领域.而S型异质结机理可以用X射线光电子能谱、电子顺磁共振和原子力显微镜进行表征.S型异质结崭露头角,未来发展可期.     

新型光催化异质结:S型异质结

太阳能是最丰富的清洁和可再生能源,光催化技术在太阳能利用中具有很大潜力,这有赖于高效半导体光催化剂的设计制备.然而,单一光催化剂效率很低,主要是光生电子和空穴的强库伦吸引力导致它们快速复合.此外,单一光催化剂也很难同时具有宽光谱吸收和足够的氧化还原能力.为了解决这一问题,构建异质结光催化剂成为一种有效途径,因为它可以实现光生电子和空穴在空间上的有效分离.针对传统的Ⅱ型和Z型异质结在动力学和热力学方面的缺陷,2019年由武汉理工大学余家国教授团队提出梯形异质这一新型异质结概念.对于Ⅱ型异质结,热力学和动力学分析表明光生载流子的转移机理不正确.热力学和动力学分析表明光生载流子的转移机理不正确.而Z型异质结系统主要包括传统、全固态和直接Z型异质结三种类型.对于前两种异质结,它们的界面电子转移存在理论问题.传统Z型异质结利用氧化还原电对,而电子受体和给体更容易从与其具有较大的电势差的半导体接受或给予电子.全固态Z型异质结利用导体,比如导电金属或碳材料,取代氧化还原电对,从而使其应用范围由液态扩展到固态.然而通过进一步分析,它的电荷传输也有漏洞.首先,界面的肖特基势垒抑制电荷持续传输,此外,全固态Z型异质结中的导体与传统Z型中氧化还原电对的作用如出一辙.因此,传统Z型的问题在这里也依旧存在.总的来说,Ⅱ型、传统和全固态Z型都面临相同的问题,就是光生电子和空穴拥有较弱的还原和氧化能力,而S型异质结则与它们截然不同.该异质结由氧化型和还原型光催化剂组成,内建电场、能带弯曲和库仑力三大作用促使氧化型的光生电子与还原型的光生空穴复合,同时阻止氧化型的光生空穴与还原型的光生电子转移.最终,电子和空穴分别具有高的还原和氧化能力.由于其优越性,S型异质结在各种光催化应用中引起了广泛的兴趣,包括产氢、二氧化碳还原、污染物降解和灭菌等领域.而S型异质结机理可以用X射线光电子能谱、电子顺磁共振和原子力显微镜进行表征.S型异质结崭露头角,未来发展可期.     

Cu1.94S-SnS纳米异质结的合成及其光催化降解研究

为提高光催化降解有害染料的活性,采用热注入-阳离子交换法合成了Cu_1.94S-SnS单颗粒纳米异质结构材料.探究在不同温度下(80, 120和160℃), Sn²⁺作为客体离子进行阳离子部分交换所得产物的差异.通过高分辨率透射电子显微镜(HRTRM)图像、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像、扫描透射电子显微镜能量色散光谱(STEM-EDS)、X射线衍射和X射线光电子能谱仪等分析手段对样品进行表征.紫外-可见-近红外吸收光谱表明,合成的Cu_1.94S-SnS纳米异质结构在可见光范围内具有更高的光吸收度.通过光催化降解亚甲基蓝和四环素,对产物的光催化性能进行表征,发现异质结结构有效提高了单一硫化物的光催化活性,亚甲基蓝(MB)的光降解率从56%(母体材料Cu_1.94S)提高到98%(Cu_1.94S-SnS纳米异质结),四环素(TC)的光降解速率也提高了约5倍,合成的异质结结构具有更高的光催化活性.     

异质结型AgBr/CuO光催化剂的合成、 光催化活性及再生

采用沉淀法制备了具有p-n异质结结构的AgBr/CuO可见光催化剂, 对其结构进行了表征, 通过甲基橙溶液的降解率评价了AgBr/CuO的光催化活性, 并通过活性物种测试及能带结构分析推测了其光催化机理, 采用3%(质量分数)溴水对使用后的AgBr/CuO进行了再生处理. 结果表明, 在可见光照射下, 0.1 g AgBr/CuO光催化剂30 min对甲基橙溶液(初始浓度为15 mg/L)的降解率高达92%, 远高于同等条件下的AgBr. AgBr/CuO光催化活性提高的原因是AgBr与CuO的复合一方面使催化剂的禁带宽度变宽, 提高了光生电子与光生空穴的氧化还原能力; 另一方面, 在两者之间形成了p-n型异质结结构, 有利于光生电子的转移及光生电子与空穴的分离. 采用绿色环保的溴水再生法可显著恢复催化剂的光催化活性.     

构建NiS2/MoSe2 S型异质结高效光催化产氢

S-scheme heterojunction is a major breakthrough in the field of photocatalysis. In this study, NiS₂ and MoSe₂ were prepared by a typical solvothermal method, and compounded by an in situ growth method to construct an S-scheme heterojunction. The obtained composite showed excellent performance in photocatalytic hydrogen evolution; the hydrogen production rate was approximately 7 mmol·h^-1·g^-1, which was 2.05 times and 2.44 times those of pure NiS₂ and MoSe₂, respectively. Through a series of characterizations, it was found that NiS₂ and MoSe₂ coupling can enhance the light absorption intensity, which is vital for the light reaction system. The efficiency of electron-hole pair separation is also among the important factors restricting photocatalytic reactions. Compared with pure NiS₂ and MoSe₂, NiS₂/MoSe₂ exhibited a higher photocurrent density, lower cathode current, and lower electrochemical impedance, which proves that the NiS₂/MoSe₂ complex can effectively promote photogenerated electron transfer. Simultaneously, the lower emission intensity of fluorescence indicated effective inhibition of electron-hole recombination in the NiS₂/MoSe₂ complex, which is favorable for the photocatalytic hydrogen evolution reaction. Further, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed that MoSe₂ is an amorphous sample surrounded by the NiS₂ nanomicrosphere, which greatly increased the contact area between the two, thus increasing the active site of the reaction. Secondly, as a photosensitizer, Eosin Y (EY) effectively enhanced the absorption of light by the catalyst in the photoreaction system. Meanwhile, during sensitization, electrons were provided to the catalyst, which effectively improved the photocatalytic reaction efficiency. The establishment of S-scheme heterojunctions contributed to improving the redox capacity of the reaction system and was the most important link in the photocatalytic hydrogen reduction of aquatic products. It was also the main reason for the improvement of the hydrogen evolution effect in this study. The locations of the conduction band and valence band of NiS₂ and MoSe₂ were determined by Mott-Schottky plots and photon energy curves, and further proved the establishment of the S-scheme heterojunction. This work provides a new reference for studying the S-scheme heterojunction to effectively improve the photocatalytic hydrogen production efficiency.      

S-Scheme异质结光催化产氢研究进展（英文）

随着不可再生能源的大量消耗,能源短缺成为人类社会面临的重大挑战。在众多新能源制备技术中,光催化分解水制氢技术只需丰富的太阳能作为驱动力就可以实现分解水制氢,且制氢条件温和、绿色无污染,被认为是解决当前能源短缺危机的有效技术之一。光催化制氢技术的核心是光催化剂,因此发展高效稳定的光催化剂至关重要。然而,单组分光催化剂由于空穴-电子复合速度快、氧化还原能力有限、太阳能利用效率低等原因,通常只能呈现出有限的光催化分解水制氢活性。为此,科研人员做了大量改性研究,其中常见的改性策略有元素掺杂、助催化剂修饰、构建异质结等。通常,元素掺杂、助催化剂修饰等改性手段可以在一定程度上提高光催化剂的制氢活性,但并不能有效解决单相光催化剂的缺陷,导致其改性效果受到制约。然而,在两个或多个半导体之间构建异质结可以有效解决上述单组分光催化剂的缺陷。相较于当前流行的传统II型异质结和Z-型异质结,S-型异质结的电荷转移机制更为合理,受到科学家们的广泛关注与应用。因此,本文首先对S-型异质结光催化体系的发展背景进行介绍,包括传统II型异质结、全固态Z-型异质结和液相Z-型异质结光催化系统。随后对S-型异质结光催化机理...     

MCl2-TiO2-SnO2 (M=Mg, Ca, Sr, Ba) 催化剂甲烷氧化偶联反应性能的研究

选用不同的碱土金属氯化物为原料,采用共研磨的方法制备出了具有不同表面碱性的MCl2-TiO2-SnO2(M=Mg,Ca,Sr,Ba)催化剂,并考察了催化剂的甲烷氧化偶联反应性能.通过N2吸脱附(BET)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和CO2程序升温脱附(CO2-TPD)等技术对催化剂进行了表征.结果表明,随碱土金属元素的不同,催化剂呈现出了强弱不同的碱性吸附位.催化剂表面的碱性对活化甲烷具有促进作用,同时也带来乙烯深度氧化副反应的发生.碱量越大的弱碱性吸附位对甲烷的活化越有利,而强碱性吸附位则能导致催化剂活性降低,甚至是催化剂失活.乙烯的选择性与催化剂表面晶格氧的相对浓度密切相关.表面晶格氧的相对浓度较高的催化剂,其乙烯选择性也较大.     

Ce~（3＋）在钙钛矿型KMF_3（M＝Mg、Ca、Sr、Ba）基质中的发光特性

采用高温固相反应法，在Ａｒ气氛中合成了ＫＭＦ３（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）基质化合物和掺杂Ｃｅ３＋的磷光体。经Ｘ射线衍射分析确定，ＫＭｇＦ３和ＫＣａＦ３属于立方晶系、钙钛矿型结构，ＫＳｒＦ３和ＫＢａＦ３具有类似的结构。测定了ＫＭＦ３∶Ｃｅ３＋的发光光谱，观察到与其结构对应的分为二种不同的光谱结构，讨论了Ｃｅ３＋的取代格位     

Influence of Precursor Chemistry on the Formation of MTiO3 (M = Ba,Sr) Ceramic Thin Films

Thin films of BaTiO3 and SrTiO3 were prepared by a chemical solution deposition method. The impact of the precursor on the processing, on the microstructure, and on the dielectric properties has been studied by systematically varying the alkyl chain length of the used Ba- and Sr-carboxylates. In addition, the effect of stabilizing the Ti-alkoxide precursor by acetylacetone has been investigated. The decomposition process, the crystallization behavior, and the film morphology were analyzed by glancing incidence XRD, reflectance FT-IR and field emission SEM. Distinct precursor effects on the thin film morphology and properties were revealed. Part of this influence can be attributed to an intermediate complex carbonate phase which forms for selected carboxylates with short alkyl chains. The high transformation temperature of this intermediate phase to the perovskite obviously has a marked influence on the crystallization and densification process of the alkaline earth titanate thin films. We correlate the morphological differences of the films to their dielectric properties.     

Nd0.67M0.33MnO3(M=Mg,Ca,Sr,Ba)的制备、结构与电性

本文通过共沉淀工艺合成了系列陶瓷化合物Nd_0.67M_0.33MnO₃(M=Mg,Ca,Sr,Ba)。与传统的陶瓷法相比，其成相温度降低了400℃。经X射线衍射分析表明，所得化合物为立方钙钛矿结构，各化合物的成相温度范围受碱土二价金属离子(M²⁺)的影响。样品的四极法电阻率测试结果表明：M²⁺的离子半径对样品的导电性起决定作用，并提出了反铁磁性(AF)与铁磁性(AF)等磁性结构假设，解释了该系列化合物的导电性。     

MO-RE2O3-B2O3(M=Mg,Ca,Sr,Ba;RE=La,Eu,Gd)玻璃的发光性质

在空气中采用高温固相反应方法合成的17MO－（8-x-y)-75B2O3-xGd2O3(MLBEG,M-Mg,Ca,Sr,Ba)玻璃，在紫外光（λex=350nm)激发下发射蓝光和红光，在绿色光（λex=532nm)激发下发射红光，电子自旋共振谱研究表明玻璃体系中有Eu^2 离子存在，蓝色区的宽带发射是Eu^2 离子的5d-4f跃迁发射：红色区的窄带发射是Eu^3 离子的5Do-7FJ(J=1,2,3,4)跃迁发射，发现玻璃中的碱土金属离子对Eu^3 /Eu^2 离子的比例有很大影响，选择不同的碱土金属离子可以调节玻璃蓝色光和红色光的相对发射强度，MLBEG玻璃的发光性质可用于转换太阳能，增强植物的光合作用。     

V2O5/MO-Al2O3（M = Mg，Ca，Sr，Ba）催化剂用于正丁烷催化氧化脱氢反应

采用浸渍法制备了不同V2O5担载量的V2O5/MO-Al2O3(M = Mg, Ca, Sr, Ba)催化剂,钒物种的前驱体为偏钒酸铵.对制备的催化剂进行了一系列表征,并对催化剂上正丁烷选择性氧化脱氢制取丁烯进行了反应研究.表征结果(包括比表面积、X射线衍射、傅里叶红外光谱、氢气程序升温还原和拉曼光谱)显示,不同碱土金属元素掺杂的催化剂显示不同的钒价态信息和催化性能.其中掺杂Ca, Sr, Ba的催化剂,正钒酸盐相很难被还原,因此催化剂的氧化还原循环难以建立,导致以上三种催化剂在正丁烷氧化脱氢反应中活性较低.然而, Mg掺杂的催化剂却显示出较高的催化活性和选择性.实验结果表明：在Mg掺杂的载体上担载5% V2O5的催化剂上600°C时可获得高达30.3%的正丁烷转化率和64.3%的烯烃总选择性.这与V2O5担载量为5%时,在获得高度分散的钒氧化合物物种时可使MgO晶相稳定存在密切相关.     

Contribution a l'etude des systemes Ca3(PO4)2-MSO4 (M=Sr,Ba)

In the systems Ca₃(PO₄)₂-MSO₄ (M = Sr, Ba), the series of single phase Ca_21?3xM_2xI(PO₄)_14?2x(SO₄)_2x with 0<x<0.15 forM=Sr and 0<x<0.1 forM = Ba have been prepared. These solid solutions, respectively strontium phosphosulfate and barium phosphosulfate, are isostructural with anhydrous tricalcium orthophosphate. They have been characterized by their infrared spectra and their crystallographic unit cell parameters.     

Sonochemical Synthesis and Photocatalytic Properties of Metal Hydroxide and Carbonate (M:Mg, Ca, Sr or Ba) Nanoparticles

In this work Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, CaCO₃, SrCO₃ and BaCO₃ nanoparticles were synthesized via a simple sonochemical reaction at room temperature. Nanoparticles were synthesized via a surfactant-free reaction solvent water. Nanostructures materials were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and fourier transform infrared spectroscopy. The photocatalytic behavior of nanoparticles was evaluated using the degradation of a methyl orange aqueous solution under ultraviolet light irradiation. The results show that metal hydroxide and metal carbonate nanoparticles are promising materials with excellent performance in photocatalytic applications.     

Extreme High-Voltage Electroconductivity of Molten KCl–MCl2 (M = Ca,Sr, Ba)

The electroconductivity of molten mixtures of calcium, strontium, and barium chlorides with potassium chloride (component concentrations 0, 25, 50, 75, 100 mol %) is studied as a function of the electric field strength. Isotherms of extreme high-voltage conductivities of the mixtures are an additive function of the composition, as opposed to isotherms of low-voltage conductivity, which exhibit considerable deviations and pass through minimums.     

Kinetics of thermal decomposition of MCO3 to MO (M=Ca,Sr and Ba)

The kinetics of the thermal decompositions of CaCO₃, SrCO₃ and BaCO₃ into their oxides were studied by thermogravimetry at constant and linearly increasing temperatures. The kinetics of the isothermal decompositions of calcium and strontium carbonates were described by the lawR _n =1–(1–)^1/n , wheren=1.8 and 1.2, respectively. The kinetics of the non-isothermal decompositions of the two carbonates, analysed by the Ozawa and Coats-Redfern methods, were in keeping with the isothermal kinetics. True kinetic compensation laws were established for each decomposition of the two carbonates, including the data under both isothermal and non-isothermal conditions.As concerns the decompositions of BaCO₃, however, there was some difference between the kinetic features relating the isothermal and non-isothermal conditions. A true kinetic compensation law was not established in this case.

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Zusammenfassung Die Kinetik der thermischen Zersetzung von CaCO₃, SrCO₃ und BaCO₃ zu den Oxiden wurden durch Thermogravimetrie bei konstanter und linear ansteigender Temperatur untersucht. Die Kinetik der isothermen Zersetzung von Calcium- und Strontium-carbonat folgt dem GesetzR _n =1–(1 –)^1/n, won=1,8 bzw. 1,2. Die Kinetik der nichtisothermen nach den Methoden von Ozawa und Coats-Redfern analysierten Zersetzung der zwei Carbonate ist in Übereinstimmung mit der isothermen Zersetzung. Wahre kinetische Kompensationsgesetze wurden für die Zersetzung der beiden Carbonate erhalten, einschließlich der sich sowohl auf isotherme als auch auf nichtisotherme Bedingungen beziehenden Daten. Was die Zersetzung von Bariumcarbonat betrifft, so wurden einige Unterschiede im kinetischen Verhalten bei der Zersetzung unter isothermen und nichtisothermen Bedingungen festgestellt. Ein wahres kinetisches Kompensationsgesetz konnte in diesem Falle nicht ermittelt werden.

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