Bi2O3 /TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化性能

采用溶胶与水热相结合的方法合成了具有可见光光催化活性的复合纳米颗粒Bi2O3/TiO2,并对其进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射谱、红外光谱、低温N2吸附脱附及电子顺磁共振分析。结果表明,复合少量的氧化铋可显著抑制TiO2由锐钛矿到金红石的相转移过程,并将光吸收范围扩展到可见光区。可见光照射下(λ>420 nm),利用电子顺磁共振技术检测到明显的羟基自由基(.OH)信号。铋的最佳掺杂量为Bi/Ti质量比2.0%,适量铋的掺入能显著改善锐钛矿TiO2的结晶度,抑制光生电子-空穴对的复合,提高光催化量子效率。通过可见光照射下,4-氯酚的降解实验测试Bi2O3/TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化活性。同时,利用气-质联用仪对4-氯酚降解过程的中间产物进行了测定,并提出可见光照射下的Bi2O3光敏化机理。     

离子刻蚀法制备具有高效催化性能的m-Bi2O4/BiOCl p-n异质结催化剂

光催化技术作为一种绿色的环境修复方法而备受关注,它直接利用太阳光作为能源,可有效地降解有机污染物.铋系化合物具有化学稳定性强、抑制光腐蚀、无毒和来源广泛等优点,被认为是一种环境友好的光催化剂,广泛用于降解染料、苯酚和其他有机污染物.BiOCl具有独特的内部结构,可形成内电场促进电子和空穴的移动,抑制其复合.但是BiOCl本身带隙能过大,只能被紫外光激发,对光的利用率较低,限制了其在环境治理中的应用.近两年来发现,m-Bi2O4带隙能小,可吸收大波长的可见光,催化性能好.为充分发挥m-Bi2O4的优异性质,改善BiOCl的性能,本文将BiOCl与m-Bi2O4复合制得新型催化剂,降低催化剂的带隙能,增强对光的吸收,提高量子效率,促进光生载流子的分离,抑制电子-空穴复合,从而提高催化剂性能,加速降解反应进程.本文通过离子刻蚀法制备具有p-n异质结的m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂,通过调节HCl的加入量制得不同比例的催化剂,并考察了其在可见光下催化降解MO(甲基橙)的性能.结果表明,m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂在可见光下表现出优异的光催化降解MO和四环素的性能,反应10内min可降解95％的MO,反应150 min内四环素的降解率为85.5％;该复合催化剂对MO和四环素的光降解效率分别是纯BiOCl的52.3和4.9倍.活性自由基捕获实验表明,空穴在光催化降解过程中起最主要的作用,其次是超氧自由基,羟基自由基对降解反应也起到一定的作用.采用XRD,SEM,EDS,TEM,SAED,FT-IR,Raman,XPS,BET,UV-vis和光电流等表征方法分析了催化剂的结构、形貌、化学组成、元素价态、孔结构、带隙能、光学性质和载流子复合效率.结果表明,与BiOCl的斜四方体相比,m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂呈现纳米片状结构,氯离子进入晶格的内部,颜色也由BiOCl原来的深褐色变为黄色.m-Bi2O4/BiOCl为介孔结构,比表面积为112.90 m2/g,其吸收波长红移,由紫外光扩展至可见光区域,带隙能也由3.2降低为1.87 eV,能带弯曲形成p-n异质结,提高了电子-空穴的转移效率,抑制其复合;m-Bi2O4/BiOCl的光电流密度高于m-Bi2O4和BiOCl,电子-空穴的分离效率更高,因而其催化性能更优越.     

CeO2/BiVO4复合可见光催化剂的制备及其催化性能的研究

通过水热法制备了CeO2/BiVO4复合可见光催化剂,并采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)和紫外-可见漫反射光谱对其晶体结构、表面形貌、化学组成以及光谱特性等进行了表征。此外还研究了光照时间、催化剂用量、不同染料、光照强度和重复使用次数对CeO2/BiVO4复合可见光催化剂和BiVO4在可见光照射下催化降解次甲基蓝活性的影响。结果表明:当光照时间为120 min,催化剂用量为1.00 g·L^-1及光照强度为1.00 mW·cm^-2时, CeO2/BiVO4复合可见光催化剂对次甲基蓝的催化降解效果最佳,并且有较高的稳定性。     

ZnIn2S4/g-C3N4复合材料的制备及可见光催化制氢性能

采用水热方法制备了ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合材料, 并通过X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、 透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱(PL)等手段对其结构和性能进行表征. 结果表明, 当ZnIn₂S₄的负载量为20%(质量分数)时, 复合材料表现出最佳的光催化制氢性能, 制氢速率可达到637.08 μmol·g^-1·h^-1, 分别为纯ZnIn₂S₄和纯g-C₃N₄的4倍和37倍. 其原因在于ZnIn₂S₄和g-C₃N₄之间具有紧密的异质结结构, 两者有效的结合改善了组分的能带匹配和界面电荷转移, 从而大幅增强了载流子的分离和迁移, 进而提高光催化的性能.     

锡掺杂Bi2O3可见光响应光催化剂的制备及性能

以硝酸铋和四氯化锡为原料,采用浸渍法制备了纯Bi2O3和Sn掺杂Bi2O3光催化剂。利用X射线光电子能谱、X射线荧光光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对样品进行了表征。在可见光下,利用2,4-二氯苯酚水溶液的光催化降解作为探针反应,考察了样品的可见光催化活性。结果表明,浸渍法能较好地实现Sn的掺杂,催化剂中掺杂剂Sn的价态为+4价,以锡的氧化物形式存在于Bi2O3晶格间隙或晶粒表面。并且掺杂适量的Sn,可有效抑制Bi2O3晶相由四方相向单斜相的转变,拓宽了Bi2O3的可见光响应范围,有效阻止了光生电子和空穴的复合,从而提高了Bi2O3的可见光催化活性。当Sn的掺杂量为2%时(物质的量的分数),Bi2O3具有最好的可见光催化活性。     

硫缺陷型In2S3光催化剂高效分解水制氢研究

缺陷工程被认为是提高光催化剂分解水制氢性能的关键策略之一,然而有关缺陷诱导半导体材料电子结构演变并增强光生载流子传输机制尚不明确。在本研究中,我们通过简单的一步水热合成法成功构建了富含S缺陷的In2S3半导体光催化剂（VS-In2S3）,在模拟太阳光辐照下其光催化分解水产氢性能相比传统的In2S3（P-In2S3）提升了近一个数量级（达到221.18 μmol/g/h）。此外,利用自主研发的原位X射线光电子能谱（SI-XPS）结合相关密度泛函理论计算证实：S缺陷可诱导强还原性的低价态In（In(3-x)+）暴露,进而增强In位点对H2O的吸附和活化能力,因此,S缺陷型In2S3表现出显著增强的光催化析氢活性。此外,可视化观测到H2O分子在原位光照下脱质子转化为OH的分解水制氢过程。该研究为缺陷型光催化剂设计及光催化分解水反应机制和过程研究提供了一定的见解。     

固相法制备PTh/TiO_2复合纳米粉可见光催化剂

利用Sol-gel法制备了TiO_2纳米颗粒,然后以无水三氯化铁为氧化剂,室温固相氧化聚合噻吩,得到聚噻吩(Polythiophene,PTh)敏化纳米TiO_2形成的PTh/TiO_2复合纳米粉.以XRD、TEM、DRS等方法对其相组成、形貌及其光谱特性进行了研究.结果表明,所得纳米TiO_2为纯锐钛矿晶型,平均颗粒尺寸为18 nm;PTh/TiO_2复合物具有20× 80 nm的棒状形貌;DRS中吸收限在605nm处.以甲基橙作为模型试验了产品的光催化性能,结果表明,在太阳光照射下,120 min时PTh/TiO_2对甲基橙降解率达85.6%,光催化性能优于纯TiO_2、PTh及商品Degussa P25 TiO_2光催化剂.探讨了PTh促进TiO_2光催化性能的机理.     

BiOCl纳米片微球的制备及其形成机理

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法制备了BiOCl纳米片微球.BiOCl纳米片交织在一起,形成开放的微孔结构.不同条件下合成的BiOCl形貌分析表明,纳米片微球的形成是乙二醇辅助生长的过程:乙二醇的2个氧原子与1个或2个铋离子配位生成含铋多聚络合物.在溶剂热过程中,Bi3+离子催化乙二醇聚合脱水,生成的水分子反过来原位促进金...     

BiPO4/g-C3N4二元催化剂的制备及其可见光催化性能研究

本研究通过一步搅拌法制备了BiPO_4/g-C_3N_4二元催化剂,以活性蓝19(RB19)为目标污染物,研究了其在可见光下的催化降解性能。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征了催化剂的物化性质。结果表明:BiPO_4成功附着到g-C_3N_4上,并且分散效果较好,BiPO_4的掺入使g-C_3N_4的带隙变窄,提高了g-C_3N_4的可见光利用率,延长了光生电子-空穴对的寿命。最后通过分析推测出可能的光催化降解机理。     

石墨烯/MoS2/CaIn2S4复合光催化剂的等离子体制备及性能研究

光催化技术因可以利用太阳能、反应条件温和、无二次污染等优点,有望成为解决石化行业废水、废气污染物的理想污染治理技术。为了充分发挥石墨烯、MoS_2等二维层状材料在结构上的优势,我们采用等离子体技术原位还原单层氧化石墨烯和四硫代钼酸铵,制备石墨烯/MoS_2/CaIn_2S_4复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、BET、Raman、XPS等技术对复合光催化剂的结构、形貌、比表面积、电子结构等进行了表征,并研究了它们在可见光下光催化降解气相邻二甲苯和液相苯酚的性能。结果表明,在等离子体制备过程中,MoS_2优先负载到CaIn_2S_4表面,同时MoS_2和CaIn_2S_4又负载到薄层石墨烯的纳米片上。这种独特的结构不仅可以提高光催化剂的比表面积,同时还可以有效抑制光生载流子的复合、提升光生电荷的寿命,因此MoS_2和石墨烯的协同作用可以大幅增强CaIn_2S_4的光催化性能。当MoS_2和石墨烯的负载量分别达到5%和3%时,得到的石墨烯/MoS_2/CaIn_2S_4的光催化性能最强,90 min内可以将200 ppm V的邻二甲苯降解97.7%,表观一级反应速率常数为0.004167 min~(-1),分别是相应的石墨烯/CaIn_2S_4、MoS_2/CaIn_2S_4和CaIn_2S_4的2.5、5.4和7.1倍; 120 min可以将20 mg·L~(-1)的苯酚降解84.8%,表观一级反应速率常数为0.01542 min~(-1),分别是相应的石墨烯/CaIn_2S_4、MoS_2/CaIn_2S_4和CaIn_2S_4的2.4、3.8和6.0倍。     

Fabrication of FeOOH/BiOCl Nanocomposites with Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity

BiOCl as a two‐dimensional layer ternary oxide semiconductor, has been widely used in energy and environmental area due to its non‐toxicity, price and the good photocatalytic performance. However, BiOCl has a wide bandgap and can only absorb ultraviolet light, which limits its solar energy conversion efficiency for practical application. Herein, we report a facile synthesis of FeOOH/BiOCl nanocomposites by hydrothermal method. The results of XPS and FT‐IR indicated that FeOOH has been loaded on the nanocomposites. The chemical and optical properties of the nanocomposite are well‐characterized. The nanocomposite showed much more excellent photocatalytic performance compared with the individual FeOOH and BiOCl single component. Reactive specie trapping experiment indicated that · O^2– and h⁺ were the two main active species during the photocatalytic process of FeOOH/BiOCl nanocomposites.     

声化学辅助溶剂热合成高光催化性能的BiOCl光催化剂

以五水硝酸铋和氯化钠为原料,乙二醇(EG)和水作溶剂,通过声化学辅助溶剂热法合成了系列BiOCl纳米晶光催化剂。应用氮气物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)和光电流等测试手段对所制备的光催化剂进行了表征。在汞灯和氙灯照射下,以苯酚和甲基橙为水体模型污染物,系统考察了超声辐射时间和醇水比(VEG/VH2O)对BiOCl光催化剂性能的影响。结果表明,当超声辐射时间为60 min,VEG/VH2O=1/4时,合成的BiOCl表现出最佳的光催化活性,为常规沉淀法制备的BiOCl的3.3倍。活性提高的主要原因是,适当时间的超声波辐射和醇水比有利于催化剂比表面积的提高,同时可以丰富催化剂表面羟基(-OH)的数量和提高光生电子和空穴的分离效率。     

BiOCl/蒙脱土复合光催化剂的制备及其光催化活性

为优化BiOCl光催化剂的结构,改善其对有机污染物的吸附性能,进而提高光催化反应活性,采用超声辅助化学沉淀法制备了BiOCl/蒙脱土(MMT)复合光催化剂,并考察了MMT质量分数(w(MMT))对复合光催化剂结构及光催化反应活性的影响。 X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)等的表征结果表明,所得催化剂呈微球状结构,禁带宽度为3.24 eV。 随着w(MMT)的增加,催化剂的微球状结构逐渐被破坏,但带隙能未发生明显变化。 以8-羟基喹啉为目标物考察了复合催化剂的吸附及光催化反应活性。 结果表明,随着w(MMT)增加,催化剂对8-羟基喹啉的吸附和光催化氧化活性逐渐增加,这可归因于与MMT的复合增大了比表面积并降低了光生载流子复合效率。 当w(MMT)为15%时,催化剂的吸附及光催化性能达到最佳,光照50 min后,8-羟基喹啉的降解率达到85.6%,矿化率达到51.0%。 光生空穴和超氧自由基负离子为主要的氧化活性物种。 复合催化剂还可高效降解邻苯二酚和对氨基苯甲酸。 同时,复合光催化剂表现出较强的化学稳定性,表明其具有较强的实际应用价值,可用于处理含有机酚类污染物的工业废水。     

声化学辅助溶剂热合成高光催化性能的BiOCl光催化剂

以五水硝酸铋和氯化钠为原料,乙二醇(EG)和水作溶剂,通过声化学辅助溶剂热法合成了系列BiOCl纳米晶光催化剂。应用氮气物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)和光电流等测试手段对所制备的光催化剂进行了表征。在汞灯和氙灯照射下,以苯酚和甲基橙为水体模型污染物,系统考察了超声辐射时间和醇水比(V_EG/V_H2O)对BiOCl光催化剂性能的影响。结果表明,当超声辐射时间为60 min,V_EG/V_H2O=1/4时,合成的BiOCl表现出最佳的光催化活性,为常规沉淀法制备的BiOCl的3.3倍。活性提高的主要原因是,适当时间的超声波辐射和醇水比有利于催化剂比表面积的提高,同时可以丰富催化剂表面羟基(-OH)的数量和提高光生电子和空穴的分离效率。     

PW11Cu/TiO2膜光催化剂的制备及可见光催化性能

以PW₁₁Cu为可见光活性组分, TiO₂为载体结构组分, 采用溶胶-凝胶法制备了PW₁₁Cu/TiO₂复合膜可见光催化剂, 并用UV-Vis DRS、IR、Raman、XRD、SEM、TEM等手段对催化剂的光吸收性质、化学组成、晶相、表面结构和形貌进行了表征, 同时, 以模型污染物RhB的可见光降解为探针评估了它的光催化活性, 考察了膜处理温度、PW₁₁Cu含量和溶液酸性对催化活性的影响, 最后, 通过催化剂循环降解RhB试验评估了PW₁₁Cu/TiO₂膜的稳定性。实验结果表明, PW₁₁Cu/TiO₂膜对可见光有明显吸收, 低温(100 ℃)处理的膜为无定形态, 高温(500 ℃)处理的膜为多晶态;低温处理的膜具有较高的可见光催化活性, 用于RhB的可见光催化降解, 在中性条件下反应80 min, RhB的降解率为100%, TOC去除达32%(4 h);提高溶液酸性有利于催化剂活性的提高, 在pH=2.5的条件下, 达到100%的RhB降解仅需30 min。在本实验条件下, PW₁₁Cu的最佳剂量是3.0 g。经过10次循环降解RhB, 催化剂的光催化活性仍保留约90%。     

PW11Cu/TiO2膜光催化剂的制备及可见光催化性能

以PW₁₁Cu为可见光活性组分,TiO₂为载体结构组分,采用溶胶-凝胶法制备了PW₁₁Cu/TiO₂复合膜可见光催化剂,并用UV-Vis DRS、IR、Raman、XRD、SEM、TEM等手段对催化剂的光吸收性质、化学组成、晶相、表面结构和形貌进行了表征,同时,以模型污染物RhB的可见光降解为探针评估了它的光催化活性,考察了膜处理温度、PW₁₁Cu含量和溶液酸性对催化活性的影响,最后,通过催化剂循环降解RhB试验评估了PW₁₁Cu/TiO₂膜的稳定性。实验结果表明,PW₁₁Cu/TiO₂膜对可见光有明显吸收,低温(100℃)处理的膜为无定形态,高温(500℃)处理的膜为多晶态;低温处理的膜具有较高的可见光催化活性,用于RhB的可见光催化降解,在中性条件下反应80 min,RhB的降解率为100%,TOC去除达32%(4 h);提高溶液酸性有利于催化剂活性的提高,在pH=2.5的条件下,达到100%的RhB降解仅需30 min。在本实验条件下,PW₁₁Cu的最佳剂量是3.0 g。经过10次循环降解RhB,催化剂的光催化活性仍保留约90%。     

In2O3/ZrO2-TiO2空心球复合材料的制备与光解水制氢性能

以聚苯乙烯(PS)胶球为模板, 通过一步法结合煅烧后处理制备了空心球复合材料In₂O₃/ZrO₂-TiO₂. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和氮气吸附-脱附等测试手段对复合材料的结构、 组成和形貌进行了表征. 结果表明, In₂O₃/ZrO₂-TiO₂复合材料的晶型结构以锐钛矿型TiO₂为主, 同时存在少量含有Ti—O—Zr键的混合氧化物. 该复合材料经聚苯乙烯模板处理后呈现空心球状结构, 球壁由纳米粒子堆积而成. In₂O₃/ZrO₂-TiO₂空心球复合材料的比表面积较大(66.92 m²/g), 且In₂O₃与ZrO₂-TiO₂复合后光吸收发生了红移. 对该复合材料光解水制氢性能的研究结果表明, 空心球状In₂O₃/ZrO₂-TiO₂具有较好的产氢效果(56.7 μmol/g, 8 h), 明显高于P25、 ZrO₂、 空心球状ZrO₂-TiO₂及粉末状In₂O₃/ZrO₂-TiO₂.     

GO/Ag3PO4复合光催化剂的制备、表征及光催化性能

以石墨粉为原料,采用Hummers氧化法合成氧化石墨烯(GO).然后在超声作用下,将不同含量的Ag₃PO₄沉积在GO上,制备了一系列4% (w,质量分数) GO/Ag₃PO₄、8% GO/Ag₃PO₄、16% GO/Ag₃PO₄和32% GO/Ag₃PO₄复合光催化剂.对所制备的光催化剂运用N₂物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段进行了表征,并在可见光下考察了GO含量对Ag₃PO₄光催化降解甲基橙(MO)的性能.结果表明, GO能够和Ag₃PO₄实现均匀复合.复合GO提高了催化剂的比表面积,改善了催化剂的吸附性能.复合16% GO使Ag₃PO₄光催化活性提高最显著, 120 min内对MO的降解率达到83%,是纯Ag₃PO₄光催化活性的7.5倍. GO能提高催化剂的比表面积,促进光生电子-空穴(e^-/h⁺)的分离,产生更多活性自由基,从而提高Ag₃PO₄光催化的活性和稳定性.     

高效可见光响应Zn_(0.11)Sn_(0.12)Cd_(0.84)S_(1.12)/g-C_3N_4异质结光催化剂的制备及性能

以双氰胺、醋酸锌、四氯化锡、醋酸镉和硫化钠为原料,采用水热法制备了三元金属复合硫化物Zn_(0.11)Sn_(0.12)Cd_(0.84)S_(1.12)(ZnSnCdS)及一系列异质结催化剂ZnSnCdS/g-C_3N_4.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱仪(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、电感耦合等离子体-质谱仪(ICP-MS)、荧光光谱仪(PL)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对催化剂进行了表征.结果表明,ZnSnCdS与g-C_3N_4之间以C—S键紧密结合,构筑了异质结,促进了界面电荷迁移,抑制了光生电子-空穴对的复合.可见光下降解染料罗丹明B(RhB)的结果表明,ZnSnCdS/g-C_3N_4异质结催化剂的光催化性能与单纯g-C_3N_4,ZnSnCdS及双组分硫化物/g-C3N4异质结催化剂相比均有大幅度提高,ZnSnCdS与g-C3N4质量比为4∶1时异质结催化剂表现出最大的速率常数(0.1508 min-1),是单纯g-C_3N_4和ZnSnCdS的32.3倍和4.9倍.其它三元金属复合硫化物如ZnMoCdS,MoNiCdS和NiSnCdS与g-C_3N_4之间也能有效形成异质结,促进电子-空穴对的分离和催化性能的提升.     

LaNiO3/TiO2纳米管阵列的电化学制备及其光催化性能

利用脉冲电沉积与高温退火相结合的方法制备了镍酸镧(LaNiO₃)纳米颗粒负载的二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列. 修饰于TiO₂纳米管阵列上的LaNiO₃纳米颗粒粒径小（< 10 nm）、分布均匀、负载量可控,一些LaNiO₃纳米颗粒沉积于TiO₂纳米管内. 紫外可见吸收光谱显示,LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的吸收带边较TiO₂纳米管阵列明显红移,可见光吸收明显增强. 可见光下光催化降解罗丹明B（RhB）的结果表明,脉冲循环沉积500次制得的LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的光催化活性最佳,其对RhB光催化降解速率是TiO₂纳米管阵列的3.5倍,并且表现出极好的光催化稳定性.