钙钛矿氧化物H_(1.9)K_(0.3)La_(0.5)Bi_(0.1)Ta_2O_7和Pt/WO_3组成的Z体系下完全光解水性能

以质子化层状钙钛矿氧化物H1.9K0.3La0.5Bi0.1Ta2O7(HKLBT)作为产氢催化剂,Pt/WO3作为产氧催化材料进行Z型体系下完全分解水反应.考察了不同载流子传递介质及不同载流子浓度对反应活性的影响.结果表明,以Fe2+/Fe3+为载流子传递介质时可以实现水的完全分解(H2/O2体积比为2:1),8 mmol·L-1的FeCl3作为初始载流子传递介质时,产氢、产氧活性分别为66.8和31.8μmol·h-1,氢氧体积比为2.1:1.受光催化材料对载流子传递介质氧化还原速度的限制,过高的载流子传递介质浓度并不能提高光催化活性.     

SrCe0.9Yb0.1O3-α陶瓷的导电性

以高温固相反应法合成了质子导电性氧化物陶瓷SrCe0.9Yb0.1O3-α.粉末XRD结果表明,该陶瓷样品为单一斜方相钙钛矿型结构.以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法分别测定了样品在600～1000 ℃下、干燥空气及湿润氢气中的电导率及离子迁移数,研究了样品的离子导电特性.结果表明,在600～1000 ℃下干燥空气中,陶瓷样品的最大电导率为0.026 S·cm-1,氧离子迁移数为0.03～0.2,是一个氧离子与空穴的混合导体;在湿润氢气中,陶瓷样品的最大电导率为0.015 S·cm-1. 600～800 ℃时,陶瓷样品的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体,而在900～1000 ℃时,陶瓷样品的质子迁移数为0.91～0.97,是一个质子与电子的混合导体,质子电导占主导.     

LaNi1-xFexO3钙钛矿型氧化物的制备与光催化降解性能

通过溶胶-凝胶法制备系列LaNi_1-xFe_xO₃（x=0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6和0.8）钙钛矿型氧化物光催化材料,采用X射线衍射进行结构表征,以甲基橙的降解率作为催化剂活性的评价指标,探究了实验条件对光催化活性的影响。结果表明,少量掺杂Fe³⁺可提高LaNiO₃的光催化活性,在所有样品中LaNi_0.95Fe_0.05O₃的光催化活性最高;当催化剂用量为1.0 g﹒L^-1时,对浓度为10 mg﹒L^-1的甲基橙溶液的光催化效果最佳,可见光照射120 min的降解率高达98.9%,5次重复使用后的降解率仍可达84.6%,具有稳定高效的重复利用性。      

原位光沉积制备Z型α-Fe2O3/g-C3N4异质结及其可见光驱动光解水产氢性能

采用原位光沉积-煅烧法制得了Z型α-Fe₂O₃/g-C₃N₄异质结复合光催化剂。分别采用透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、荧光光谱以及电化学测试对样品进行了表征,并考察了可见光下光解水产氢活性。结果表明:当α-Fe₂O₃的负载量为2.9%时,α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有最优的产氢催化活性,产氢速率高达1841.9μmol·g^-1·h^-1,约为g-C₃N₄的3.3倍。光催化性能的提高主要归因于3方面:(1)高温煅烧过程中α-Fe₂O₃的形成,有效促进了氮化碳片层的热剥离,增大了比表面积,从而为光催化反应提供了更多反应活性位;(2)超细α-Fe₂O₃颗粒(5~8 nm)高度均匀地分散在g-C₃N₄表面,并且与其紧密结合,形成了高质量的Z型异质结;(3)Z型异质结不仅有效抑制地了光生载流子的复合,同时极大地保留了g-C₃N₄导带电子的强还原性和α-Fe₂O₃价带空穴的强氧化性。     

制备方法对Ce0.6Zr0.3Pr0.1O2纳米复合氧化物性能的影响

采用室温共沉淀、分步沉淀和共沉淀、分步沉淀水热法制备了Ce0.6Zr0.3Pr0.1O2纳米复合氧化物。X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、透射电镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)和热重分析技术(TG)表征结果表明:分步沉淀水热法有利于锆离子和镨离子进入CeO2晶格和提高Ce0.6Zr0.3Pr0.1O2纳米复合氧化物的热稳定性、氧化还原性能和储释氧性能。制备过程中未加入任何表面活性剂,1000℃焙烧4 h后,其晶粒尺寸可控制在8~15 nm,比表面积仍能保持在66 m2·g-1,释氧量维持在1713μmol[O]·g-1CeO2。     

固体氧化物燃料电池La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ阳极性能研究

采用溶胶凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ(x=0.3,0.4,0.5,0.6)系列阳极粉体。在1000℃下焙烧后,XRD结果显示粉体物相为单一的钙钛矿相。制备以La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ为阳极,Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质,Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC复合阴极的电解质支撑型固体氧化物燃料单电池。由扫描电子显微镜(SEM)观察表明单电池电解质致密,阳极孔径分布均匀,厚度约为20μm,多孔阴极厚度为10μm。采用直流四电极法测试以La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ为阳极用湿氢气作燃料时在800℃下获得最大输出功率为232.84 mW.cm-2,短路电流为0.92 A.cm-2。     

富氧条件下Ag/LaMn1-xPdxO3催化剂直接分解NO研究

分别使用柠檬酸络合法和浸渍法制备了钙钛矿型复合氧化物催化剂LaMn1-xPdxO3(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)和不同Ag负载量的Ag/LaMn0.99Pd0.01O3催化剂.使用XRD,BET手段对各催化剂进行了表征,同时在反应条件NO 0.1%,O2 8%,H2O 0或10%,SO2 0或0.008%,N2为平衡气体,接触时间为0.03g·s·ml-1(GHSV=30000h-1)下对催化剂的活性进行了考察.实验结果发现,当贵金属Pd在B位部分替代Mn时,替代量x=0.01时的催化剂对于催化氧化分解NO反应具有最高活性.另外,在LaMn0.99Pd0.01O3催化剂上负载2%Ag也明显提高了催化剂的活性.而且LaMn0.99Pd0.01O3和2%Ag/LaMn0.99Pd0.01O3催化剂尽管抗水性能不好,但却具有较强的抗SO2性能.     

一步水热合成Y-Co3O4复合氧化物催化剂及催化分解N2O

用一步水热、分步水热、浸渍等方法分别制备Y-Co₃O₄复合氧化物,用于催化分解N₂O的反应,其中,一步水热法制备的催化剂活性较高。再用一步水热法制备了不同Y/Co物质的量比的Y-Co₃O₄复合氧化物,在优化出的催化剂（0.03Y-Co₃O₄）表面浸渍K₂CO₃溶液,制备K改性催化剂（0.02K/0.03Y-Co₃O₄）。用X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、O₂程序升温脱附（O₂-TPD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子谱（XPS）等技术表征催化剂结构。研究发现,Co₃O₄和Y-Co₃O₄同为尖晶石结构,但Y-Co₃O₄的催化活性显著高于Co₃O₄。K改性增加了催化剂表面的活性位（Co²⁺）,还有利于吸附氧的脱除,从而提高了催化剂活性。在无氧无水、有氧无水、有氧有水气氛中,K改性催化剂上的N₂O全分解温度分别为325、350、375 ℃,催化剂活性较高。有氧有水气氛350 ℃连续反应50 h,K改性催化剂上N₂O分解率保持90%以上,稳定性较高。研究发现,Y-Co₃O₄及K改性催化剂上N₂O分解反应的E_a和lnA之间存在动力学补偿效应。     

层状钙钛矿型Sm2-2xSr1+2x-2yCa2yMn2O7(x=0.2，0.3，0.4，0.5；y=0，0.2，0.3)的溶胶凝胶合成及电性能研究

Layered perovskite manganites with a nominal chemsitry of Sm_2-2xSr_1+2x-2_yCa_2yMn₂O₇(x=0.2, 0.3, 0.4, 0.5; y=0, 0.2, 0.3) were prepared using sol-gel method. The crystal structures of these compounds were studied by X-ray diffraction (XRD) and FTIR absorption spectra. The absorption peaks become weaker and move a little to higher frequency with increasing of Sm/Sr concentration. As the Sm doping increases to x=0.2 and x=0.3, the absorption peaks show a cubic structure character, reflecting that the samples suffer from a transition from tetragonal structure to cubic structure. This coincides with the X-ray diffraction results. The high temperature electrical properties were studied by conventional four-probe method. Although all samples exhibit the semiconductive behavior, lnρ-1 000/T curves are not linear and they obey the small polaron hopping mechanism. Moreover, the resistivity decreases with x reducing. This is due to that Sm doping increases the Jahn-Teller ion Mn³⁺/Mn⁴⁺ ratio, and decreases the e_g bandwidth.     

Z型CdIn2S4/ZnSnO3异质结的构筑及其光催化产氢性能

通过高温煅烧ZnSn(OH)₆前驱体制备了双壳中空立方体结构的ZnSnO₃(ZSO),进而采用水热法将CdIn₂S₄(CIS)纳米晶包裹在ZSO表面,成功制备了CdIn₂S₄/ZnSnO₃(CIS/ZSO)异质催化剂。活性产氢实验结果表明,CIS、ZSO物质的量之比为12%时制备的12% CIS/ZSO具有优异的光催化产氢性能,在3 h内产氢量为1 676.48 μmol·g^-1,分别是ZSO和CIS的12倍和8倍。ZSO光催化析氢反应活性的增强归因于CIS/ZSO异质结构的成功构建,异质界面的形成显著提高了光生电子/空穴对的分离效率,降低了其复合率。通过对电荷转移路径的分析,提出了可能的反应机理。     

柠檬酸络合法制备质子化层状钙钛矿K0.5La0.5Bi2Ta2O9及其光解水制氢性能

采用柠檬酸络合法制备铋层钙钛矿K_0.5La_0.5Bi₂Ta₂O₉ (KLBT), 通过酸化处理得到质子化层状钙钛矿H_1.9K_0.3La_0.5Bi_0.1Ta₂O₇(HKLBT)光催化剂, 并通过热重-差热(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析.考察了前驱体KLBT的不同焙烧温度对HKLBT制氢活性的影响. 结果表明, 柠檬酸络合法能在较低温度下合成高结晶度纯相HKLBT, 前驱体经900℃焙烧制备的HKLBT催化剂活性最高, 在纯水中的产氢速率达236.6μmol·h^-1; 长时间活性测试表明HKLBT具有完全分解水同时产氢产氧能力,且具有较好的稳定性.     

Development of Cocatalysts for Photocatalytic Overall Water Splitting on (Ga1? x Zn x )(N1? x O x ) Solid Solution

The development of cocatalysts promoting overall water splitting on (Ga_1−x Zn _x )(N_1−x O _x ) solid solution photocatalyst is presented. The (Ga_1−x Zn _x )(N_1−x O _x ) is a stable visible-light-driven photocatalyst for stoichiometric water splitting upon loading with a suitable nanoparticulate cocatalyst. Loading with a combination of Cr and Rh oxides, Rh_2−y Cr _y O₃, is demonstrated to raise the quantum efficiency of (Ga_1−x Zn _x )(N_1−x O _x ) for overall water splitting to 2.5% at 420–440 nm. This represents a 10-fold increase in efficiency over the highest efficiency previously obtained using nanoparticulate RuO₂ as a cocatalyst. In addition to the composition, the dispersion and size of cocatalyst nanoparticles are identified as important factors affecting the degree of enhancement for stoichiometric water splitting. Kazuhiko Maeda—Research Fellow of the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).     

可见光下Fe3+掺杂对K2La2Ti3O10分解水制氢性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂的Fe-K2La2Ti3O10光催化剂, 并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析, 考察了不同掺杂量对K2La2Ti3O10的性质及光催化分解水制氢活性的影响. 结果表明, Fe-K2La2Ti3O10在400-650 nm范围内显示强吸收, 光谱响应扩展到可见光区(λ>400 nm), 掺杂Fe3+后, K2La2Ti3O10的可见光区的光催化制氢活性显著提高, 掺杂量为nFe/nTi=0.04时活性最佳, 当催化剂用量为0.1 g, 反应液为CH3OH(30 mL)+H2O(90 mL)时, 产氢量达到1.92 μmol·h-1, 为未掺杂时的4倍.     

Ta3N5@Ta2O5的可控制备及可见光催化分解水析氢性能

以水热法制备的Ta_2O_5纳米粒子为前驱体,利用高温氮化技术成功制备了核壳异质结构的Ta_3N_5@Ta_2O_5纳米光催化剂。采用XRD、XPS、TEM、N_2吸附-脱附测试、DRS及电化学测试等分析手段,考察了氮化温度和氮化时间对样品的表面组成、晶粒尺寸、晶面结构、能带结构及载流子分离效率的影响规律。在NH_3气流量50 mL·min~(-1)的条件下,当氮化温度为750℃,控制氮化时间能够对纳米Ta_2O_5样品的带隙结构在3.86~2.08 eV间有效调控,相应地样品逐渐从Ta_2O_5经TaON@Ta_2O_5转化为Ta_3N_5@Ta_2O_5;当氮化时间为3 h,氮化温度由750℃升高到900℃,Ta_3N_5@Ta_2O_5样品的带隙窄化至2.04 eV;当氮化温度为850℃,氮化时间延长至12 h,Ta_2O_5完全氮化为Ta_3N_5,带隙进一步窄化至2.02 eV。经850℃氮化3 h样品,壳层Ta_3N_5界面转化为高活性(110)晶面,光生载流子分离效率最大,在可见光(λ420 nm)照射下光解水析氢活性最高,达21.75μmol·g~(-1)·h~(-1)。