重金属离子的光催化还原研究进展

近些年来,光催化氧化还原用于环境污染消除方面已经得到了较为广泛的研究。其中,关于有机污染物的光催化氧化降解研究较多,其综述文章也屡见报道。在对有机污染物进行氧化研究的同时,也有一些关于有毒金属离子光催化还原的报道,但还未见有相关的综述,本文主要就重金属离子的光催化还原给以综述。     

钙钛矿材料光催化还原CO2综述

利用半导体材料光催化还原CO2合成可燃物是目前解决能源危机和缓解温室效应的理想途径.本文对几种钙钛矿型材料,包括纯无机卤化物钙钛矿材料、金属有机钙钛矿材料、氧化物型钙钛矿材料和复合型钙钛矿材料在光催化还原CO2领域的应用进行了简单的归纳与总结.     

有机物存在下Cr6+离子的光催化还原

选择多种有机物，对Ｃｒ＾６＋离子与有机物共存污染体系的光催化氧化还原协同作用研究，得出了光催化应用于消除有毒金属离子与有机污染物共存实际体系的有关信息，在酸性条件下，ＴｉＯ２对Ｃｒ＾６＋离子污染具有显著的光催化还原消除效果，还原气氛对反应影响不大，Ｃｒ＾６＋离子的光催化还原符合Ｌ－Ｈ动力学规律，不同有机物存在表明，醇，酸及某些芳香有机物对Ｃｒ＾６＋的光催化还原具有明显的促进作用，而一些烷烃及氯代烷     

二维材料在光催化二氧化碳还原中的研究进展

近几十年来,由温室效应所导致的气候变暖、海平面上升等环境问题日趋严重,科学家们一直致力于研究可高效转化二氧化碳(CO2)等温室气体的技术.以太阳能为驱动力的光催化技术,可将CO2转化成甲烷、甲醇、甲酸或C2+等高附加值的碳氢燃料,同时缓解温室效应和能源危机.二维(2D)材料因具有超大的比表面积和独特的电子结构,在光催化...     

金属铁络合物光催化二氧化碳还原

二氧化碳(CO₂)光催化还原技术因兼具解决能源和全球变暖问题的潜力而受到关注。金属铁络合物作为分子型催化剂,具有价格低廉、量子效率高、结构可调控和选择性好等优势,表现出优异的CO₂光催化还原性能,成为CO₂光催化还原领域的研究热点。本文综述了近年来基于金属铁络合物光催化二氧化碳还原研究进展。介绍了铁金属络合物(如:铁卟啉、铁多吡啶、五齿铁配合物)CO₂均相光催化还原体系,总结了体系的构成以及作用机理等,着重关注了体系的催化效率和产物的选择性。此外,综述了以半导体纳米材料/量子点作为光敏剂,金属铁络合物作为催化剂的非均相催化体系的研究进展。最后,对该领域未来的研究方向和所面临的挑战做出展望。     

具有高活性宽光谱响应的新型光催化材料

以二氧化钛为代表的传统光催化材料只能利用短波长的紫外光,太阳光利用率和量子效率低,其广泛应用受到极大限制．针对这一问题,近年来我们开展了一系列具有高活性和（或）宽光谱响应（包括紫外及可见光）的新型纳米光催化材料的研究．本文简要总结了相应工作的进展,并对可能影响光催化材料的活性和光谱响应的相关因素进行了探讨．     

石墨毡载纳米δ-MnO2高性能除铵净水材料研究

首先制备了α-MnO₂纳米花簇、β-MnO₂纳米针和δ-MnO₂微米颗粒三种不同晶型的MnO₂粉末材料,对其结构、形貌及吸附除铵能力进行了表征和测试.结果表明,层间距（7.2Å）大于NH₄⁺直径（2.96Å）和水合NH₄⁺直径（6.62Å）的δ-MnO₂相比其他两种晶型的MnO₂有更高的NH₄⁺吸附量;接着研究采用KMnO₄原位氧化还原法在石墨毡（GF）上直接生长超薄δ-MnO₂纳米片（MnO₂NPs）阵列构筑了石墨毡载纳米MnO₂（MnO₂NPs/GF）多级结构材料,制备简单,无须成型造粒就可直接用作除铵净水材料,研究结果表明,MnO₂NPs/GF不仅具有较高的吸附量（15 mg·g^－1）与良好的选择性,同时还展现了优异的快速吸附和稳定的循环使用性能.MnO₂NPs/GF对水中NH₄⁺的吸附符合准二级动力学模型,其吸附等温线符合Langmuir吸附等温式,是吸附-离子交换法除铵的理想材料.     

离子掺杂氧化锌光催化纳米功能材料的制备及其应用

氧化锌是一种氧化还原电位高、激子结合能大（~60 meV）、物理和化学稳定性较好、廉价且无毒的半导体光催化剂。本文综述了掺杂氧化锌光催化剂的掺杂离子类型、制备方法、光催化效果及其作用机理。掺杂氧化锌的离子类型主要包括非金属离子单掺杂、金属离子（包括过渡金属离子和稀土金属离子）单掺杂和双离子共掺杂。离子掺杂后可在氧化锌晶格中引入更多的氧空穴或缺陷,为光致氧化反应提供更多的活性位点;或者引入杂质能级,扩大光吸收范围,增强可见光吸收能力。同时,掺杂的离子也可作为电子捕获中心,阻止光生电子-空穴对的复合,从而提高氧化锌光催化剂的性能。此外,文中还对掺杂氧化锌光催化剂在有机污染物降解、抗菌和光催化制氢等方面的应用进行了系统概述,并对其发展趋势作了展望。     

金属-有机框架材料在光催化二氧化碳还原中的应用

CO₂的过度排放导致全球环境问题日益严重,如何将CO₂有效地利用起来成为全世界的研究热点。相比于高耗能的CO₂捕获和储存(CCS)技术,通过催化反应将CO₂转化为有价值的能源燃料是同时解决能源危机和环境问题的有效途径。其中,使用太阳能作为能量来源的光催化CO₂还原技术更具应用前景。但是目前CO₂光还原催化剂仍然存在很多缺点,如可见光响应能力低、光生电子空穴对复合严重、CO₂吸附量小、产物的选择性低以及在含水环境中的产氢竞争反应等。金属-有机框架(MOFs)是由金属离子/簇和有机配体构成的一类独特的多孔晶态材料,具有可调的多孔结构、电子迁移速度快、CO₂吸附量大等优点,在光催化CO₂还原领域具有广阔的应用潜力。现有方法主要是通过对MOFs的功能化修饰、与其他功能型材料复合等获得高效的光还原CO₂的催化性能。本文主要对近年来MOFs基CO₂光还原催化剂(单一MOFs、MOFs基复合材料以及MOFs衍生材料)的研究现状进行了分析和讨论,并对MOFs材料在光催化CO₂还原中的发展趋势进行了展望。     

全固态Z-Scheme光催化材料应用于二氧化碳还原和光催化分解水研究进展

由两种不同的半导体催化剂和电子传输介质建立的Z-Scheme光催化体系,通过在可见光照射下分别在两种半导体催化剂上进行氧化反应和还原反应,实现两步法光催化分解水和二氧化碳还原.相较于离子型Z-Scheme光催化体系,全固态Z-Scheme光催化体系具有适用范围广、无副反应、光源利用率高等特性,具有更加广阔的应用前景.在此,我们简述了Z-Scheme光催化体系的反应机理,综述了全固态Z-Scheme光催化体系在光催化分解水和光催化还原CO₂领域的应用,并对未来全固态Z-Scheme光催化体系的发展进行了展望.     

离子液体作为新型润滑材料的研究进展

离子液体的快速发展产生了许多具有应用价值的新型离子液体。目前,离子液体作为绿色溶剂已广泛应用于合成、催化和分离等许多领域用以替代传统有机溶剂。由于离子液体具有低熔点、低蒸气压、极性可调和安全稳定等诸多特性,可作为一种潜在的高效、通用型润滑剂,已经引起各国科学家的关注。本文从离子液体作为常规润滑剂、添加其他添加剂的离子液体作为润滑剂、离子液体作为常规润滑材料的添加剂以及离子液体在微纳机电系统中的润滑应用等4个方面综述了近几年离子液体在润滑摩擦方面的研究进展,分析和探讨了离子液体润滑剂在摩擦领域存在的问题,提出了离子液体润滑剂在摩擦领域的研究思路并展望了其应用前景。     

Cr(Ⅵ)离子在CdS催化剂上的吸附及光催化还原

Cr(Ⅵ)在CdS光催化剂上具有较强的暗态吸附,适当的热处理会增强Cr(Ⅵ)离子的吸附;在未经热处理的CdS催化剂上,Cr(Ⅵ)的吸附表现为接近于一个吸附单层的特征,而当催化剂经过了300℃的热处理,Cr(Ⅵ)离子在催化剂表面上的吸附会增加,吸附表现为超过一个单层的特征。热处理过程同样会增加催化剂的光催化活性。对于整个光催化反应而言,吸附过程是反应的控制步骤。Cr(Ⅵ)的光催化还原伴随CdS催化剂的光腐蚀。     

TiO2光催化还原CO2

光催化还原CO₂技术在CO₂的治理与利用方面有着潜在的应用价值和良好的开发前景。该文简要综述了近年来用于光催化还原CO₂反应的TiO₂光催化剂材料,包括纯TiO₂催化剂、负载型TiO₂催化剂、金属改性TiO₂催化剂、半导体复合TiO₂催化剂和有机光敏化TiO₂催化剂等,并介绍了各类催化剂光催化还原CO₂的反应性能。     

二氧化钛光催化氧化-离子色谱法测定液晶材料中的氟含量

建立了TiO2光催化氧化-离子色谱法测定液晶材料中氟含量的方法。利用TiO2光催化氧化技术作为预处理手段对含氟液晶化合物进行有机破坏,使碳氟键断裂,生成的F-用离子色谱法测定。结果表明,TiO2催化剂用量为0.1g/L时,可达到最佳的光催化降解效果,最佳降解时间为50min。F-峰面积与其含量在0.005～1mg/g范围内呈良好的线性关系,检出限为2.1μg/g。测得3种液晶材料的氟含量分别为7.6,18.1及28.4mg/g,不同浓度的加标回收率为86.0%～118.0%,相对标准偏差RSD(n=5)在3.2%～5.7%之间。本方法不仅适用于有机氟体系,同时也为需经有机破坏后进行测定的有机化合物体系提供了新方法。     

二维光催化材料

正二维纳米材料是一类性能独特且有良好前景的光催化材料。二维材料表面原子排列通常与块体材料不同,对表面性质和界面电荷转移有显著影响,展现出独特的表/界面特性。近年来,各类二维纳米材料合成方法和表面改性策略的快速发展,在光催化性能提升和能源环境领域应用等方面发挥了重要作用。本专刊邀请了从事光催化研究的学者,分享了他们在二维光催化材料方面的最新研究成果。     

光催化产过氧化氢材料

过氧化氢(H₂O₂)是一种很有潜力的能量载体,且作为一种环保型氧化剂广泛运用于有机合成、饮用水处理、废水处理等工业和医疗卫生领域。随着对环境保护要求的提升,预计H₂O₂的需求量将大幅增加。传统的蒽醌法(AQ)制备H₂O₂的工艺流程繁琐和存在有机物污染环境的现象。以O₂和H₂O为原料、太阳能为能源、半导体为光催化剂的光催化生产H₂O₂是一个绿色化学过程,具有反应条件温和、操作简单可控和无二次污染等优点。近年来,光催化产H₂O₂引起了人们的广泛关注。本综述介绍了光催化产H₂O₂的机理和效率低的原因,重点论述了光催化生成H₂O₂的体系以及提高光催化产H₂O₂的策略,最后对光催化产H₂     

应用于氧还原电极的新型Co-PAn-C复合催化材料

借鉴美国Los Alamos国家实验室报告的应用于燃料电池氧电极的新型Co-PPy-C (PPy, polypyrrole)复合物催化材料, 提出Co-PAn-C (PAn, polyaniline)复合材料可能对氧的电化学还原也具有催化活性, 并首次制备出Co-PAn-C复合催化材料. 发现Co-PAn-C对氧还原有显著的催化效果, 碱性介质中氧气气氛下, 电极电位为－0.2 V vs. Hg/HgO时电流密度达到128 mA•cm^－2, 性能也比较稳定. 初步研究了Co-PAn-C对ORR (oxygen reduction reaction)的催化机理, 可能是在结构中形成了Co-N活性位置, 影响了氧和反应中间产物在电极上的吸附和脱附过程.     

共价有机框架材料在光催化CO2还原中的应用

全球范围内化石燃料的大量消耗导致了能源危机,同时其所排放的CO₂等温室气体使环境问题日渐突出。将CO₂等废气进一步转化为高附加值燃料是解决能源与环境问题的理想方案。利用取之不尽的太阳能作为能源实现光催化CO₂还原为能源化合物被认为是有效解决此问题的最佳途径之一。共价有机框架材料(COFs)是一类新型晶态多孔有机聚合物材料,具有结构稳定性、可设计性和结构多样化的特征,因此在光催化CO₂还原领域表现出了巨大潜力。本文概述了近年来COFs在光催化CO₂还原领域中的催化应用研究进展,包括引入不同金属离子提供活性位点、增加光敏性官能团提高其对可见光利用率等方法。最后对以COFs材料为光催化CO₂还原催化剂的研究进行了总结和展望,我们认为更进一步的新材料合成、修饰与催化机理研究仍是前景广阔的研究领域。