层状、花形和棒状钛酸铋纳米结构的可控合成及光催化性能

通过可控水热法,制备出层状、花形和棒状钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂,BIT)纳米结构。通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)观测其结构和形貌特征。XRD图显示,所制备的样品为层状钙钛矿结构。FESEM结果表明,通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粉体。紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)表明BIT样品的带隙能约为2.63~2.95eV。利用可见光(λ>420nm)照射下的甲基橙降解实验评价了BIT样品的光催化性能。结果表明,BIT的光催化活性比掺氮TiO₂(N-TiO₂)高得多。所制备的层状BIT纳米结构光催化效率最高,经可见光照射360min,甲基橙溶液的降解率可达95.0%。同时还研究了结构和形貌对不同条件下制备的BIT样品光催化活性的影响。     

层状、花形和棒状钛酸铋纳米结构的可控合成及光催化性能

通过可控水热法,制备出层状、花形和棒状钛酸铋(Bi4Ti3O12,BIT)纳米结构。通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)观测其结构和形貌特征。XRD图显示,所制备的样品为层状钙钛矿结构。FESEM结果表明,通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粉体。紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BIT样品的带隙能约为2.63～2.95 eV。利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙降解实验评价了BIT样品的光催化性能。结果表明,BIT的光催化活性比掺氮TiO2(N-TiO2)高得多。所制备的层状BIT纳米结构光催化效率最高,经可见光照射360 min,甲基橙溶液的降解率可达95.0%。同时还研究了结构和形貌对不同条件下制备的BIT样品光催化活性的影响。     

Bi3.25La0.75Ti3O12纳米线的可见光催化性能

研究了用一步水热法制备的掺镧钛酸铋(Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂, BLT)纳米线的光学和可见光催化性能, 并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征. 结果表明, 制备的纳米线为纯相的Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂, 平均直径约为25 nm. 室温光致发光谱(PL)显示BLT纳米线在433和565 nm附近有较强的发射峰, 分别对应激子发射和表面缺陷发光. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BLT样品的带隙能约为2.07 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙降解实验评价了BLT样品的光催化性能. 结果表明, BLT的光催化活性比商用TiO₂催化剂P25、掺氮TiO₂和纯相钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂, BIT)高得多. BLT光催化剂具有更高催化活性的原因是La³⁺离子掺杂拓展了BIT对可见光的吸收范围, 同时抑制了BIT的光生电子-空穴的复合.     

掺镁钛酸钡纳米棒的水热合成和光催化性能

用水热法制备掺镁钛酸钡(Ba1-xMgxTiO3(x=0,0.10,0.20,0.30,0.40),BMT)纳米粉体。运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱技术(DRS)等手段对样品进行了表征,并在可见光照射下于溶液中考察了其光催化降解甲基橙反应活性。结果表明,通过控制氢氧根浓度可以得到不同形貌的纳米粉体。基于不同条件下制备的样品的微结构分析,提出了这些不同形貌的形成机制。制备出的BMT材料的带隙能约为2.61 eV。光催化反应结果表明BMT的光催化活性比掺氮TiO2高得多。OH-浓度为8 mol·L-1时制备的BMT纳米棒光催化效率最高,经可见光照射360 min,浓度为0.01 mmol·L-1甲基橙溶液的降解率可达到93.0%,且循环使用4次后,其光催化活性并没有明显降低,表明BMT是一种稳定有效的可见光催化剂.     

铋掺杂二氧化钛纳米颗粒的制备及其可见光催化性能

采用水热法,以纳米管钛酸为前驱物制备了Bi掺杂的TiO₂,并利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱等手段对样品进行了表征. 以甲基橙的光催化降解为模型反应评价了样品的可见光催化性能. 结果表明,Bi离子并没有进入TiO₂的晶格中,而是以BiOCl的形式存在. 所制得的BiOCl/TiO₂复合物对甲基橙降解表现出较优越的可见光催化活性;当Bi/Ti摩尔比为1%,水热温度为130℃时,所制催化剂的光催化性能最佳,并对光催化活性提高的机理进行了讨论. 同时,该催化剂对4-氯苯酚降解也表现出较高的光催化性能.     

球形、花形和线状钒酸铋的可控合成及光催化性能

通过无模板、无助剂的可控水热法, 制备出球形、花形和线状钒酸铋(BiVO₄), 研究了其光学和可见光催化性能. 通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)观测其结构和形貌特征. XRD谱线显示, 所制备的样品为单斜晶体结构. TEM结果表明, 通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粉体. 基于不同条件下制备的样品的微结构分析, 提出了这些不同形貌的形成机制. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BiVO₄样品的带隙能约为2.19-2.33 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的罗丹明B(RhB)降解实验评价了BiVO₄样品的光催化性能. 结果表明, BiVO₄的光催化活性比商用TiO₂催化剂P25 和掺氮TiO₂ (N-TiO₂)高得多. 所制备的球形BiVO₄光催化效率最高, 经可见光照射180 min, RhB溶液的降解率可达100%. 系统地研究了结构和形貌对不同pH值下制备的BiVO₄样品光催化活性的影响.     

Au与Fe_3O_4纳米微粒共嵌TiO_2纳米纤维的制备及可见光催化性能

通过静电纺丝法制备出含有Fe3O4纳米微粒的TiO2纳米纤维,再采用浸渍还原法将Au纳米微粒嵌入到TiO2纳米纤维上,制备出一种具有较强磁性和良好可见光响应能力的复合光催化材料.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见固体漫反射光谱仪(UV-VisDRS)等对样品的结构和形貌进行表征,并以降解罗丹明B(RhB)为模型反应,考察了样品在可见光照射下的光催化性能.结果表明,嵌入Au纳米微粒可使复合纳米纤维在可见光下降解RhB时表现出非常好的降解速率和降解率;同时,将Fe3O4纳米微粒嵌入TiO2纳米纤维内部可以赋予材料较强的磁性,使材料便于分离和重复利用.     

Ag修饰的Fe_3O_4/TiO_2复合磁性纳米纤维的制备及光催化性能

通过静电纺丝法制备了含有Fe3O4纳米粒子的TiO2纳米纤维,采用水热法对该纤维表面进行纳米Ag修饰,制备出具有较强磁性和较好光催化性能的复合纤维.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等对样品的结构和形貌进行表征,并以罗丹明B(Rh B)水溶液降解为模型反应,考察样品在紫外光照射下的光催化性能.结果表明,所制备的TiO2为锐钛矿结构,Fe3O4纳米粒子均匀分布在TiO2纤维中,Ag纳米颗粒比较均匀地分散在磁性TiO2纤维表面.经过纳米Ag修饰后,材料的光吸收能力大为增强,吸收带红移并扩展到可见光区.在紫外光照射40 min后,合成样品对Rh B的降解率达到99.5%.此外,Fe3O4纳米粒子的存在使该材料具有较强的磁性,可通过外加磁场将其分离回收.     

Bi3.25Nd0.75Ti3O12纳米结构: 可控合成及其可见光催化活性

用水热法制备不同形貌的掺钕钛酸铋(Bi3.25Nd0.75Ti3O12,BNdT)纳米粉体.透射电子显微镜(TEM)结果表明,通过控制OH-浓度可以得到不同形貌的纳米粉体.基于不同条件下制备的样品微结构分析,提出了这些不同形貌的形成机制.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BNdT样品的带隙能(Eg)约为1.984 eV.利用可见光照射下甲基橙降解实验评价了BNdT样品的光催化性能.结果表明,BNdT的光催化活性比商用TiO2催化剂P25和掺氮TiO2高得多.OH-浓度为10 mol·L-1时制备的BNdT纳米线光催化效率最高,经可见光照射360min,浓度为0.01 mmol·L-1甲基橙溶液的降解率可达到93.0%,且循环使用4次后,其光催化活性并没有明显降低,表明BNdT是一种稳定有效的可见光催化剂.     

Bi2MoO6/BiVO4异质结的水热合成和可见光催化活性

采用一步水热法制备Bi₂MoO₆/BiVO₄复合光催化剂. 利用X 射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段对其晶体结构和微观结构进行了表征. 结果表明, Bi₂MoO₆纳米粒子沉积在BiVO₄纳米片表面从而形成异质结结构. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明所制备的Bi₂MoO₆/BiVO₄异质结较纯相Bi₂MoO₆和BiVO₄对可见光吸收更强. 由于形成异质结结构及其光吸收性能使Bi₂MoO₆/BiVO₄ 光催化活性有较大提高. 可见光下(λ>420 nm)光催化降解罗丹明B (RhB)实验结果表明,Bi₂MoO₆/BiVO₄光催化活性较纯相Bi₂MoO₆和BiVO₄高. Bi₂MoO₆/BiVO₄样品光催化性能提高的原因是Bi₂MoO₆和BiVO₄形成异质结, 从而有效抑制光生电子-空穴对的复合, 增大了可见光吸收范围及比表面积.     

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法, 设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe₂O₃@TiO₂). 透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe₂O₃@TiO₂样品具备分级多孔结构, 这是因为HP-Fe₂O₃@TiO₂的内核-Fe₂O₃具有大孔空隙, 同时外壳-TiO₂具有介孔空隙. 此外, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe₂O₃@TiO₂的结构及其性质. 分别在可见及紫外光照下, 研究了样品在H₂O₂体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质. 所观察到的HP-Fe₂O₃@TiO₂纳米球的光催化性能, 可归因于核-壳结构的协同作用, 这进一步表明, TiO₂外壳对α-Fe₂O₃的光催化活性有重要影响作用. 在可见光照射下, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (1 mL Ti(OC₄H₉)₄ (TBT))具有较优异的光催化活性. 同时, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (4mL TBT)具备优异的单分散形貌, 并在紫外光照射下, 表现出最优的光催化活性.     

一锅法制备Co3O4/g-C3N4复合光催化剂及其光催化性能

以三聚氰胺和六水合氯化钴为原料,一锅法制备Co_3O_4负载的多孔石墨相氮化碳(Co_3O_4/g-C_3N_4)复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)等手段对其结构和光学特性进行表征。以盐酸四环素(TC)为目标污染物,评价了不同负载量Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂的可见光催化性能。结果表明,所制备的Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂为多孔结构,其比表面积较大,并在可见光区域具有显著的吸收。利用原位生成的Co_3O_4纳米粒子在氮化碳表面形成异质结构,可有效转移光生载流子,降低光生电子-空穴的再结合率,从而提高光催化活性。并且存在最佳Co_3O_4复合量,当六水合氯化钴加入量为三聚氰胺的8%(w/w)时,所制备的复合光催化剂CoCN-8具有最佳的光催化性能。在可见光的照射下,60 min内可降解85%的TC,而同样条件下,纯g-C_3N_4仅降解23%的TC。     

漂浮型BiFeO3/膨胀珍珠岩的制备及其可见光催化性能

利用水热法制备了新颖的、漂浮型的膨胀珍珠岩(EP)负载BiFeO₃(BiFeO₃/EP)复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)对制备的复合材料进行了表征与分析。SEM和TEM结果清楚地表明BiFeO₃纳米粒子已被负载到EP表面。与纯BiFeO₃相比,BiFeO₃/EP复合材料明显提高了对可见光的吸收能力,减小了带隙宽度,在可见光下对亚甲基蓝(MB)的降解表现出更强的光催化活性。其中,70%BiFeO₃/EP复合材料对MB染料废水的光催化活性最高,其光催化反应一级速率常数是纯BiFeO₃的2.2倍。由于质轻中空的特点,制备的BiFeO₃/EP颗粒漂浮在液面上,有利于相分离和反应后光催化剂的回收。材料的重复性试验表明,复合材料在MB光降解过程中是相当稳定的。     

复合碳纳米管增强纳米Ag2CO3的可见光催化活性和稳定性

在二甲基甲酰胺溶液中, 通过简单的沉淀法制备了纳米Ag₂CO₃和碳纳米管(CNT)的复合物. 用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱(DRS)表征了所制备的Ag₂CO₃/CNT复合物, 通过在可见光下降解甲基橙(MO)检测了样品的光催化活性. 结果表明, 纳米Ag₂CO₃颗粒与CNT结合良好. CNT的含量为1.5% (w)的Ag₂CO₃/1.5% CNT复合物活性最高, 经过60 min 的降解, 甲基橙的降解率达到93%. 与纯相纳米Ag₂CO₃比较, CNT的加入还提高了Ag₂CO₃的稳定性, 经过三次循环降解, Ag₂CO₃/1.5% CNT复合物还能降解81%的甲基橙, 而纳米Ag₂CO₃只能降解59.5%的甲基橙. 其活性和稳定性提高的原因是由于CNT的高导电性, 它不仅促进了电子-空穴对的分离, 还能快速转移产生的光生电子.     

Magnetically recoverable Cu2O/Fe3O4 composite photocatalysts：Fabrication and photocatalytic activity

A magnetically separable Cu2O/Fe3O4 magnetic composite photocatalyst was synthesized in large quantities by a fast and simple route. The as-prepared photocatalysts were characterized by scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） and X-ray diffraction （XRD）. Furthermore, the Cu2O/Fe3O4 composite photocatalysts were tested using methyl orange （MO） degradation reaction under visible light irradiation （100 mW/cm2） and demonstrated to have a high photocatalytic efficiency toward the decomposition of MO under visible light irradiation with good recyclability.     

制备方法对AgInO2结构及光催化性能的影响

以离子交换法和"氟化异丙烯膜袋"水热法分别制备了AgInO2,利用XRD、低温氮吸附-脱附、SEM、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis diffuse reflection spectroscopy,DRS)和XPS对不同方法所得到的AgInO2进行了表征;以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)为目标物,在可见光下考察了2种催化剂的光催化性能。结果表明,利用"氟化异丙烯膜袋"水热法制备的样品由于具有更好的结晶度,且在可见光区有更强的吸收,从而表现出了更好的可见光光催化活性(3 h降解RhB达94%。7 h降解MO达83%)。     

表面Cu2O纳米颗粒修饰高效促进γ-Bi2MoO6的可见光催化活性

采用水热法在γ-Bi₂MoO₆光催化剂表面修饰了纳米级Cu₂O, 得到了具有高效可见光响应的复合光催化材料, 并利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等技术对其相结构、微观形貌和光吸收性能进行了表征. 在可见光条件下(λ>400 nm)考察了Cu₂O表面修饰对γ-Bi₂MoO₆光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的促进作用. 结果表明, 纳米级Cu₂O(~10 nm)颗粒均匀地修饰于γ-Bi₂MoO₆的表面, 使γ-Bi₂MoO₆的可见光吸收带发生明显红移, 且吸收强度大幅提高, 增强了复合材料光生电子-空穴对的分离效率, 从而使复合材料表现出较高的光催化活性. 当Cu₂O的表面修饰量为1.5%(w)时, 复合光催化剂降解MB的活性与纯γ-Bi₂MoO₆相比提高了6.4倍.     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将BiOBr纳米片生长到g-C₃N₄表面,制得g-C₃N₄-BiOBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由BiOBr和g-C₃N₄两相组成,BiOBr纳米片在片状g-C₃N₄表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C₃N₄和BiOBr,g-C₃N₄-BiOBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 g-C₃N₄-BiOBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C₃N₄和BiOBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。