Bi2MoO6纳米薄膜的制备及其光电性能

采用非晶态配合物法在ITO导电玻璃上制备了Bi2MoO6薄膜. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)、紫外-可见漫反射谱(DRS)、光电流响应谱、光电转换量子效率(IPCE)等技术研究了Bi2MoO6薄膜的制备工艺、形貌、结构与薄膜光电性能的关系. 结果表明, 500 ℃、1 h焙烧后的Bi2MoO6薄膜为γ-Bi2MoO6晶相, 沿(131)晶面方向生长, 薄膜厚度约为69 nm. 随着焙烧温度的升高和焙烧时间的延长, Bi2MoO6薄膜的平均颗粒度增大, 并且在525 ℃焙烧出现β-Bi2MoO6和γ’-Bi2MoO6晶相. Bi2MoO6薄膜具有可见光响应活性, 在可见光照射下可以产生光电流, 优化条件下的Bi2MoO6薄膜在400 nm的光电转换量子效率可以达到2.14%. 薄膜的光电响应和光电转换量子效率受薄膜形貌及结晶状态影响, 可以通过控制薄膜的制备条件来提高薄膜的光电转换量子效率.     

可见光响应型Bi2WO6光催化剂

Bi₂WO₆作为一种新型半导体光催化剂,具有较窄的带隙宽度和特殊的层状结构,因而显示出良好的可见光催化性能。本文综述了围绕提高Bi₂WO₆的光催化活性和实用性而开展的相关研究成果,包括:纳米结构Bi₂WO₆材料;分级超结构Bi₂WO₆材料;Bi₂WO₆光催化剂的系列修饰改性,如金属氧化物复合、碳烯和金属单质的表面沉积,以及金属离子和非金属离子的掺杂等。此外,还从回收角度综述了Bi₂WO₆的固定化技术。最后对Bi₂WO₆光催化剂的发展趋势进行了展望,强调对Bi₂WO₆进行带隙调控,并加强对其异质结构界面状态的研究,通过理论计算可深入理解光催化机制,以从制备入手指导现有催化剂的改良和设计新型光催化剂。     

亚硫酸盐协助中空Bi2WO6微球的光催化性能

本文利用亚硫酸盐与Bi2WO6协同作用,有效地提升其光催化活性。以甲基橙和抗生素环丙沙星(CIP)作为被降解物对该体系的光催化降解性能和机理进行了研究。结果表明:光催化活性增强主要原因为亚硫酸盐能与Bi2WO6的光生空穴及羟基自由基反应,不仅能生成新的活性物质亚硫酸自由基(SO3^2-),还能促进Bi2WO6光生电子—空穴对的分离。此外,还考察了催化剂的用量、和污染物的浓度对该体系光催化性能的影响。     

离子交换法制备高光催化活性Bi2WO6@Bi2S3异质结纳米片

社会经济快速发展的同时, 也带来了日益严峻的环境污染问题. 半导体光催化氧化技术因节能环保而在环境领域有广阔的应用前景. 作为最具有代表性的半导体光催化材料, TiO2因为其禁带宽度(3.2 eV)比较大, 只能被紫外光激发, 因而对太阳能的利用率较低. 作为一种最简单的含铋层状氧化物, Bi2WO6的禁带宽度(2.7 eV)相对较小, 可以部分利用太阳光中的可见光, 因而受到广大研究者的青睐. 但是, Bi2WO6光催化材料的可见光响应范围较窄, 仅能被波长小于450 nm的光激发, 且激发后的光生载流子容易复合, 导致光催化效率不高. 因此, 迫切需要对Bi2WO6光催化材料进行结构修饰与改性,采用拓展其光响应范围和抑制载流子复合, 来提高其光催化活性.本文采用离子交换法原位合成了具有核-壳结构的Bi2S3@Bi2WO6纳米片, 充分利用Bi2S3优良的可见光响应性能和半导体异质结光催化剂的构建, 来提高Bi2WO6的光催化活性. 结果表明, 随着Na2S·9H2O用量从0增加到1.5 g, 所得催化剂的光活性不断提高, X3B的降解速率常数由0.40×10-3min-1增加到6.6×10-3min-1, 催化剂活性提高了16.5倍. 当进一步增加Na2S·9H2O的用量时(1.5-3.0 g), 复合催化剂的光活性下降. 这是由于过多Na2S·9H2O的引入导致在催化剂表面生成了没有光活性的NaBiS2层(Bi2S3+ Na2S = 2NaBiS2), 占据了催化剂的活性位点, 阻碍了染料分子与催化剂的直接接触. Bi2WO6@Bi2S3异质结纳米片光活性的提高, 可归因于Bi2S3的敏化作用极大拓展了复合催化剂的光响应范围; 另一方面, Bi2WO6和Bi2S3两者之间的半导体异质结效应有效促进了光生载流子在空间的有效分离, 抑制了光生电子-空穴的复合, 从而提高了复合催化剂的催化效率. 本研究为其他半导体复合材料的原位生长制备提供了新的思路.     

TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结的制备及其可见光光催化性能

采用共沉淀法制备了不同Ti/Bi摩尔比的TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结可见光光催化剂.采用XRD、HR-TEM、XPS及UV-vis DRS测试技术对样品的晶相结构、微观形貌、组成及吸光性能等进行了表征分析.以MB模拟环境污染物,考察了TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结的可见光光催化活性.结果表明,当热处理温度为700℃,n(Ti)∶n(Bi)的比值为1∶5.4,可见光照射180 min时,TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结对MB的降解率达80.0%,是纯Bi_2WO_6的12倍.光催化活性的提高可归因于TiO_2与Bi_2WO_6复合后可以产生能带交叠效应,从而促进光生电子-空穴对的有效分离.     

还原氧化石墨烯修饰Bi2WO6提高其在可见光下的光催化性能

通过两步水热法合成了一种新型的还原氧化石墨烯(RGO)修饰的Bi₂WO₆(Bi₂WO₆-RGO), 结果表明其在可见光下的光催化性能得到了显著的提高. 研究了RGO在Bi₂WO₆-RGO中的含量对其光催化性能的影响, 从而确定出RGO相对于Bi₂WO₆的最佳掺杂质量比值为1%. 通过扫描电镜(SEM)研究发现, RGO并没有改变Bi₂WO₆光催化剂的结构和形貌. Bi₂WO₆-RGO在可见光下的光催化性能得以提高可以归功于RGO. 其可能的机理是石墨烯的存在有利于光生载流子(激子)的分离, 从而导致产生更多的O₂^·-用于有机染料污染物(如罗丹明B (RhB))的降解. RhB分子在石墨烯上的有效吸附可能也是导致Bi₂WO₆-RGO光催化性能提高的另一原因.     

鳞状BiOBr/Bi2WO6的合成及其吸附性能

采用一步水热法成功制备鳞状形貌的BiOBr/Bi₂WO₆复合物,通过X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附/解吸附比表面测定仪（BET）、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱等对复合物进行了表征。对比Bi₂WO₆与BiOBr的SEM照片,结合KBr的浓度实验,提出了BiOBr/Bi₂WO₆的鳞状形貌的形成机理。选取有机染料为吸附质,BiOBr/Bi₂WO₆为吸附剂进行了复合物吸附性能测试。结果表明,BiOBr/Bi₂WO₆对阳离子染料表现出优越的吸附性能,10 min对次甲基蓝（MB）的吸附率高达99%,优于常规的活性炭吸附剂。此外,BiOBr/Bi₂WO₆对有机染料的吸附行为符合准二级反应速率方程和Freundlich等温吸附模型。     

Pr掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维的制备及可见光催化性能

以电纺TiO_2纳米纤维为基质,采用溶剂热法制备了稀土Pr掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计和荧光光谱仪等对不同样品的物相、形貌和光学性能等进行表征,以甲基橙为模拟有机污染物,考察了样品的光催化性能.结果表明,在复合样品中,Pr~(3+)进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi~(3+)形成施主能级,导致能级带隙变窄,不仅有利于提高样品的可见光催化活性,抑制光生电子-空穴对复合,而且还提高了Bi_2MoO_6/TiO_2的光催化活性和稳定性.当Pr的掺杂量为3%(摩尔分数)时,光催化降解甲基橙的效果最佳,可见光照射180 min时降解率达到93.8%,比纯Bi_2MoO_6/TiO_2的降解率有明显提高.     

具有可见光响应的C、N共掺杂TiO2纳米管光催化剂的制备

为了提高二氧化钛对可见光的利用效率,采用等离子体电解方法对二氧化钛实现了C、N共掺杂.掺杂通过等离子体电解HCONH2、NaNO2、(NH2)2CO产生活性N、C实现.XPS结果表明,C、N掺杂进入了氧化钛晶格.紫外漫反射光谱分析表明,氧化钛对可见光(＞400 nm)的响应增强,其光催化降解能力也大大增强.C、N共掺杂TiO2是一种利用太阳能的理想的光催化剂.     

Z-机制磷酸银/钨酸铋复合物的构建及其可见光催化降解有机污染物(英文)

环境危害不仅对人类健康构成巨大威胁,而且也阻碍了经济社会的快速发展.光催化剂通过利用太阳能来降解污染物为环境问题提供一条理想的途径.光催化剂的制备应该考虑以下几点:(1)对可见光响应;(2)高量子效率和稳定性;(3)安全、廉价、无毒的原材料.早期的一些催化剂如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、锗酸锌和磷酸铋等在紫外线照射下表现出优秀的光催化活性.但是紫外光是稀有的,而且对人体健康有害.近年来,对宽带隙半导体的改性如掺杂、贵金属沉积、构建异质结或固溶体催化剂取得了有效进展.遗憾的是,受限于材料的固有属性,有限的改进仍然不能满足实际应用的需求.因此,探索高效稳定的可见光驱动的光催化剂依然是十分有意义的.磷酸银在可见光下表现出超强的光催化降解有机污染物和产氧的能力,但是磷酸银容易受到光腐蚀,光催化活性和稳定性很难维持.另外,磷酸银导带上的电子电势较正,这将导致其很难在光催化过程中被利用.而磷酸银导带上电子的积累会抑制其内部电子空穴对的分离,从而对磷酸银的光催化活性和稳定性造成不利影响.本文选择钨酸铋纳米片与磷酸银复合去抑制电子空穴对的复合和进一步提高磷酸银的活性和稳定性.样品的粉末X射线衍射、能谱和X光电子能谱的分析证实了磷酸银/钨酸铋复合物已经被成功合成.稳态荧光光谱证实了磷酸银/钨酸铋复合物的构建可以作为一种有效抑制电子和空穴对复合的手段.通过对样品进行光催化降解次甲基蓝的实验,我们发现磷酸银/钨酸铋复合材料展现出比磷酸银和钨酸铋更强的光催化活性.其中,磷酸银/钨酸铋光催化降解次甲基蓝的速率为0.61385 min~(-1),这是磷酸银(0.47179 min~(-1))和钨酸铋(0.10270 min~(-1))活性的1.3和6.0倍.同时,磷酸银/钨酸铋表现出耐久的稳定性,在连续五次光降解过程中几乎没有明显的活性损失.进一步通过对磷酸银/钨酸铋复合材料进行光催化活性成分的捕获实验,我们发现空穴、超氧负离子自由基和羟基自由基都发挥了一定的作用.最后,我们讨论了光催化机制,Z-机制光催化机制被认为是合理的.     

钴前驱体对掺杂TiO2微结构和可见光催化性能的影响

In order to develop photoactive cobalt-doped TiO2 for the degradation of organic pollutants using visible light irradiation, the effects of cobalt precursor on TiO2 microstructure were investigated. Three cobaltprecursors, i.e. CoCl2, Co(NO3)2 and CoSO4 with two doping levels (nominally 1% and 10%), and two annealing temperatures (400 and 800 ℃) were adopted to prepare the doped titania through the sol-gel method. The powder samples were characterized with XRD, SEM, BET surface area analysis and UV-Vis absorption spectroscopy, and their photocatalytic activities were evaluated by the degradation of aniline under visible light irradiation. The results showed that the distribution of titania phases, particle size,morphology, surface area and the optical absorption of the catalysts were greatly dependent on the cobalt precursors. Samples prepared from Co(NO3)2, especially for those doped at 1% and calcined at 400 ℃,showed the highest photocatalytic activity towards the degradation of aniline, and the possible reasons are discussed briefly.     

具有可见光响应的C、N共掺杂TiO2纳米管光催化剂的制备

为了提高二氧化钛对可见光的利用效率, 采用等离子体电解方法对二氧化钛实现了C、N共掺杂. 掺杂通过等离子体电解HCONH2、NaNO2、(NH2)2CO产生活性N、C实现. XPS结果表明, C、N掺杂进入了氧化钛晶格. 紫外漫反射光谱分析表明, 氧化钛对可见光(>400 nm)的响应增强, 其光催化降解能力也大大增强. C、N共掺杂TiO2是一种利用太阳能的理想的光催化剂.     

不同形态铈改性的TiO2纳米管阵列的制备及其可见光光电响应性质

采用电化学阴极还原和阳极氧化法,制备了还原态铈和氧化态铈改性的TiO2纳米管阵列,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征样品形貌和晶相,得出还原态铈以单质铈纳米纤维形式存在于TiO2纳米管内及表面,单质铈改性的TiO2纳米管经阳极氧化后,以CeO2和单质Ce形式共存.测定样品的光电流响应并计算样品的能带宽度.结果表明:单质铈改性的TiO2纳米管阵列在可见光区光电流响应较TiO2纳米管增强,单质铈添加存在最佳值,在10 mmol·L-1溶液中制备的单质铈改性的TiO2纳米管阵列光电流响应最强,能带宽度E9减少到2.88 eV,并且随着单质铈含量的增加,载流子浓度增大,且平带电位向负向移动.单质铈改性的样品经阳极氧化后,样品在紫外光区和可见光区光电流响应都增强,但其在可见光区的响应强度要小于单质铈改性的TiO2纳米管在可见光区的响应强度.     

直流反应磁控溅射方法制备碳掺杂TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过直流反应磁控溅射的方法, 利用碳钛镶嵌靶在Ar/O2气氛中制备了碳掺杂纳米TiO2薄膜, 并通过X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对薄膜进行了表征. XRD测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳掺杂的引入有利于TiO2薄膜的晶格生长, 并随靶中碳面积的增加, 薄膜的结晶度也相应提高. 由透射光谱计算得到的禁带宽度表明, 靶中碳和钛的面积比为0.05时, 薄膜的禁带宽度由纯TiO2薄膜的3.4 eV减小到3.1 eV. 光电测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳的引入可以提高薄膜的光电响应, 面积比为0.10时, 可见光下0 V时薄膜的光电流密度为0.069 μA·cm-2; 但碳和钛的面积比增加到0.16时, 测得的薄膜光电响应异常.     

含氟水溶液中电化学刻蚀氟化WO3薄膜电极增强可见光光电化学性能

报道了在含氟的酸性水溶液中, 对电沉积制备的WO3薄膜电极进行电化学刻蚀, 并采用光电化学、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、光致发光(PL)等方法对电极进行了表征. 结果表明, 刻蚀使电极比表面积增大, 质量减少, 重要的是可使电极表面状态发生变化. 在相同催化剂质量和比表面积的条件下, 这种变化显著提高了WO3薄膜电极在可见光和紫外-可见光照下的光电转换性能. 机理研究表明, 电极光电化学性能提高可归因于刻蚀使电极表面发生氟化, 光生载流子表面复合中心数目减少, 平带电位负移. 刻蚀对电极的吸光性质和晶体结构等未检测出明显变化. 氟化电极在酸性中具有良好的光电化学稳定性.