富表面氧空位Fe2O3/ZnO催化剂在光催化合成氨中的应用

光催化合成氨是一种绿色节能的合成氨技术,设计制造丰富的表面氧空位和异质结构是促进氮分子活化和抑制电子-空穴复合的重要方法。我们以乙二醇作为还原剂,采用溶剂热法制备合成了Fe2O3/ZnO光催化剂,利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)及光电流(PC)对Fe2O3/ZnO催化剂进行表征,并考察了Fe2O3/ZnO催化剂在常温、常压下的光催化合成氨的性能。4%Fe2O3/ZnO催化剂在无牺牲剂下用于光催化合成氨,有较好的光催化效率和稳定性,其合成氨效率达到2059μmol·L-1·g-1·h-1。其高催化效率归因于:可见光区域吸收的提高、氮分子在表面氧空位与Fe3+活性中心上的协同活化及光生电子与空穴的高分离效率。     

氧空位增强光催化还原CO2性能方面的研究进展

利用太阳能和半导体光催化剂,将CO₂光催化还原转变成碳氢燃料,是缓解温室效应、全球变暖、环境污染和能源危机等一系列问题的理想途径。 本文对氧空位增强的光催化还原CO₂反应机理进行归纳,并分别针对还原产物为C1和C2组分的光催化体系进行概括总结。 作为CO₂光催化还原过程的第一步,CO₂捕获光催化剂导带上的电子生成CO2·-是反应的速控步骤。 氧空位的引入及其带来的金属配位不饱和点,利于CO₂捕获电子生成CO2·-,进而促进CO₂光催化还原过程。 最后,提出当前氧空位增强光催化还原CO₂过程仍然存在的问题,且对发展前景进行展望。     

Ag/AgCl/ZIF-8复合材料的制备及其对NO光催化氧化性能的研究

采用室温沉淀法合成菱形十二面体晶体结构ZIF-8(一种Zn金属有机框架材料), 然后通过光还原沉积法将Ag/AgCl纳米颗粒沉积于ZIF-8表面, 得到Ag/AgCl/ZIF-8复合光催化剂, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积测试法(BET)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等一系列表征手段对其晶体结构、形貌、比表面积及吸光性能等进行了表征. 以低浓度NO作为目标去除污染物, 系统研究了Ag/AgCl/ZIF-8复合材料对NO的可见光催化氧化性能, 并对其反应机理进行了深入分析. 结果表明: (1) Ag/AgCl/ZIF-8复合材料中Ag⁰表面等离子体共振(SPR)效应增强了可见光的吸收; (2) ZIF-8具有大的比表面积, 使其能富集更多的氧分子和NO分子, 促进生成超氧自由基和NO光催化氧化; (3) 复合材料中光生空穴能够转移到AgCl的表面氧化Cl^-为Cl⁰, Cl⁰具有强氧化性, 一方面促进了NO光催化氧化, 另一方面有效抑制了光生电子-空穴的复合, 提高了催化剂的稳定性.     

Cl-诱导的含氧空位原子层厚Bi2WO6的可控合成及其深度氧化NO性能

开发具有高量子效率的半导体光催化材料是极具前景的解决能源短缺和环境污染问题的策略.在已报道的诸多光催化材料中,超薄二维(2D)材料表现突出,凭借其高效的载流子分离传输性能备受研究者的青睐.然而,苛刻的合成条件、缺乏表面活性位点等问题制约了其应用.因此,温和可控地合成具有大量活性位点的原子层厚2D材料具有重要的意义.作为...     

氧空位对WO3光催化析氧活性影响的研究

在500 ℃下用还原性气体H₂O / H₂对WO₃进行不同时间的处理，得到一系列具有不同氧空位的催化剂。采用XRD、XPS、DRS等技术对催化剂进行了表征，并考察了它们的光催化析氧活性。实验结果表明：适量的氧空位能明显提高催化剂的光催化析氧活性。     

氧空位对Bi2MoO6的关键作用:促进可见光光催化活性和反应机理

Bi_2MoO_6(BMO)作为一种典型的Bi基光催化剂,近年来受到越来越多的关注并被广泛应用.然而, Bi_2MoO_6的可见光光催化活性仍然存在一些限制,如有限的光响应范围和低电荷分离效率.为了提高光催化活性,研究者采取了各种策略,包括元素掺杂、形成异质结构和形貌控制等.早期研究表明,氧空位可以拓展光催化剂的光吸收区域,并且氧空位是光催化剂表面反应物活化最活跃的位点,可以促进电荷分离和使电子局域化.因此,制备具有氧空位的Bi基光催化剂可能是提高其光催化性能的有效途径.然而,氧空位对Bi_2MoO_6电子结构和光催化反应机理的影响尚不清楚.本文通过在制备过程中加入NaBH_4诱导氧空位形成,合成出了具有氧空位的可见光驱动的Bi_2Mo_6微球(BMO-X).利用UV-visDRS光谱研究了合成后的光催化剂的光学吸收性能,发现在产生氧空位后, BMO-4在可见区域的吸收显著增强,带隙从BMO的2.40 eV降低到BMO-4的2.07 eV.通常,较强的光吸收能力对光催化反应更有利,因为可以产生更多的光生载流子参与光催化作用.将所制备的催化剂用于光催化净化NO,结果表明具有氧空位的Bi_2MoO_6(BMO-4)的可见光催化NO净化效率为43.5%,远高于本体Bi_2MoO_6(BMO)的可见光光催化活性(25.0%).结合实验表征和理论计算结果,探讨了氧空位对Bi_2MoO_6电子结构和光催化净化NO反应机理的影响.采用低温固态电子顺磁共振(EPR)检测了催化剂中的氧空位,在BMO中仅检测到弱的EPR信号,表明BMO中几乎没有氧空位,而BMO-4上的EPR信号非常强,表明NaBH_4的引入诱导产生了大量的氧空位.DFT计算确认BMO-4的带隙内有中间能级形成.XPS测试结果表明,与BMO相比, BMO-4的Bi–O峰值强度略有下降,可能是由于部分Bi–O中缺少O原子以形成氧空位所致.PL结果表明,具有氧空位的Bi_2MoO_6(BMO-4)显示出显著降低的光激发电子-空穴对分离效率,可能是由于氧空位改变了Bi_2MoO_6的电子结构.此外,理论计算结果发现具有氧空位的Bi_2MoO_6的表面电子可以位于氧空位周围,这有利于电荷分离和反应物活化.同时,该结果表明BMO-4中增强的电荷分离归因于氧缺陷对改进的电子结构的影响.此外,电子局域化可以为反应物活化提供额外的活性位点(O_2, NO等),这可以促进BMO-4中自由基的产生和污染物转化.利用原位红外光谱动态监测光催化NO氧化过程.与本体Bi_2MoO_6相比,引入氧空位后的Bi_2MoO_6光催化净化NO的反应机理未改变.但是, BMO-4上终产物的特征峰强度显著增大.此外, BMO-4上明显增加的多种形式的最终产物,桥接硝酸盐消失并转化为更稳定的双齿硝酸盐.这些结果可归因于氧空位可以促进电荷分离和自由基的大量产生,从而增强光催化氧化性能.本工作为理解光催化氧气空位和气相光催化反应机理提供了新的见解.     

源于铋玻璃的富氧空位BiOCl光催化材料的原位合成及性能

氧空位对光催化材料的可见光吸收范围与电子-空穴分离效率都具有重要影响,铋玻璃内含有丰富的氧空位缺陷.采用盐酸腐蚀铋玻璃原位合成BiOCl光催化材料,研究了玻璃网络外体对氧空位浓度的影响规律,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及电子顺磁共振(EPR)对合成的BiOCl材料的结...     

具有独特电子结构的锌掺杂SnO2介导形成氧空位实现高效稳定的光催化降解甲苯

室内家具和工业生产排放的挥发性有机化合物(VOCs)是典型的空气污染物,对环境和人类健康造成严重威胁.然而,目前广泛应用的二氧化钛(P25)光催化剂在降解VOCs,尤其是降解芳香烃的过程中,存在光催化转化率低,失活快等问题.因此,开发具有高效和稳定性的新型光催化剂来降解VOCs,并将其实际应用是重要的科学问题.SnO₂是一种稳定无毒的半导体光催化剂,但电子和空穴的复合率较高.掺杂过渡金属离子后可以提供缺陷态来抑制催化剂电子空穴对的快速复合,促进界面电荷转移.相比其他金属离子,Zn²⁺与Sn⁴⁺的离子半径非常相近,因此Zn²⁺会很容易掺杂到SnO₂晶格中.并且用Zn²⁺取代Sn⁴⁺会形成表面修饰,即形成更多的氧空位(SOVs)来补偿正电荷.氧空位的存在不仅会产生缺陷能级,而且还可以促进大量局域电子的累积.SnO₂上氧空位和Zn掺杂结构的协同作用可以弥补单一的外源离子掺杂或产生氧空位的不足.因此,本文采用一种简便的一步法合成催化剂Zn-SnO₂,即在SnO₂上同时实现Zn掺杂和形成SOVs,利用两者对SnO₂的协同作用提高电荷转移和分离效率,使其在低或高相对湿度条件下均表现出高效、稳定的光催化降解甲苯性能.采用低温固态电子顺磁共振(EPR)检测了催化剂中的氧空位,在纯SnO₂中仅检测到弱的EPR信号,而Zn-SnO₂上的EPR信号非常强,表明Zn²⁺的掺杂诱导产生了大量的氧空位.扫描电镜和透射电镜结果表明,掺杂Zn²⁺可以有效抑制SnO₂纳米粒子的晶体生长和相变,使得掺杂Zn²⁺的SnO₂粒子的粒径显著减小,从而导致SOVs含量增加,此外粒径的减小有利于增大其比表面积,增加活性吸附位点.紫外可见漫反射结果表明,Zn-SnO₂拓宽了光吸收范围,这归因于锌掺杂和氧空位的协同作用.在紫外光照射下,Zn-SnO₂的光催化降解甲苯性能优于纯SnO₂和P25,降解率达到77.5%.ESR光谱结果表明,Zn-SnO₂上的电子自旋共振信号强度均强于纯SnO₂和P25,说明Zn-SnO₂具有较好的氧化能力,也与DFT计算O₂和H₂O的吸附能结果相吻合,表明了锌掺杂和SOVs对SnO₂的协同作用可以显著提高电荷转移和分离效率.最后,通过原位红外光谱和DFT计算方法对甲苯降解的机理进行了研究.结果表明,甲苯的苯环在纯SnO₂表面倾向于在苯甲酸阶段打开,在Zn-SnO₂表面更倾向于在苯甲醛阶段选择性地开环.可见,Zn-SnO₂光催化剂缩短了甲苯的降解路径,并能显著抑制中间毒副产物产生.综上,本工作提供了一种安全,高效和可持续的降解VOCs的光催化剂.     

富含光诱导氧空位Bi12O17Br2的制备及其高效光催化固氮性能(英文)

采用一步水热法制备了Bi₁₂O₁₇Br₂光催化剂,其平均微片尺寸为1.2μm,比表面积约为29 m²·g^-1。Bi₁₂O₁₇Br₂的禁带宽度为2.42 eV,能够响应可见光。值得注意的是,在光照条件下Bi₁₂O₁₇Br₂表面能够产生氧空位;光诱导氧空位不仅能促进氮气在催化剂表面的吸附,而且对吸附的氮气分子的活化起到至关重要的作用。实验结果表明在可见光照射下,Bi₁₂O₁₇Br₂光催化剂上的氨生成速率为337.6μmol·g^-1·h^-1。在可见光的驱动下,Bi₁₂O₁₇Br₂光催化剂能够实现氮气与水反应生成氨的过程。     

利用固溶体和异质结的协同效应增强BiOBr0.5I0.5/BiOI分子氧活化能力光催化去除NO(英文)

层状卤氧化铋(BiOX, X=Br, I和Cl)光催化剂在可见光下具有优异的分子氧活化性,因而对NO的去除具有较好的光催化活性.为了进一步增强其光催化性能,人们设计了一些改性结构的卤氧化铋光催化剂,并显示出了较强的光催化活性.固溶体和异质结是通过提高激子和载流子的分离效率来增强分子氧活化的有效策略.我们前期工作表明,固溶体BiOBr_0.5I_0.5和异质结材料BiOBr/BiOI因其特殊的结构而提高了分子氧活化的光催化活性.然而,固溶体和异质结的协同效应是否可以用于光催化去除NO尚不确定.因此,本文采用一锅热法设计和制备了固溶体和异质结共存的催化剂BiOBr_0.5I_0.5/BiOI,运用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)表征了其基本结构.BiOBr_0.5I_0.5/BiOI与BiOBr_0.5I_0.5和BiOI的光致发光光谱(PL)结果表明, BiOBr_0.5I...     

Improving visible-light-driven photocatalytic NO oxidation over BiOBr nanoplates through tunable oxygen vacancies

In this work, a series of BiOBr nanoplates with oxygen vacancies (OVs) were synthesized by a solvothermal method using a water/ethylene glycol solution. The number of OVs and facets of BiOBr were tuned by changing the water/ethylene glycol ratio. Although the role of OVs in photocatalysis has been investigated, the underlying mechanisms of charge transfer and reactant activation remain unknown. To unravel the effect of OVs on the reactant activation and photocatalytic NO oxidation process, in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy, so-called DRIFTS, and theoretical calculations were performed and their results combined. The photocatalytic efficiency of the as-prepared BiOBr was significantly increased by increasing the amount of OVs. The oxygen vacancies had several effects on the photocatalysts, including the introduction of intermediate energy levels that enhanced light absorption, promoted electron transfer, acted as active sites for catalytic reaction and the activation of oxygen molecules, and facilitated the conversion of the intermediate products to the final product, thus increasing the overall visible light photocatalysis efficiency. The present work provides new insights into the understanding of the role of OVs in photocatalysts and the mechanism of photocatalytic NO oxidation.     

Hierarchical BiOBr microspheres with oxygen vacancies synthesized via reactable ionic liquids for dyes removal

Hierarchical BiOBr microspheres with oxygen vacancies, which can be used for the dyes removal, have been synthesized successfully in the presence of different kinds of ionic liquids. It was revealed that BiOBr prepared by the ionic liquids with short chain length exhibited higher photocatalytic activity in the degradation of methyl orange (MO) under visible light. The experimental results showed that the phenomenon of the photocatalytic degradation of MO can be explained by the photoluminescence spectra.     

In situ construction of oxygen-vacancy-rich Bi~0@Bi_2WO_(6-x) microspheres with enhanced visible light photocatalytic for NO removal

Surface oxygen vacancy defects and metal deposition on semiconductor photocatalysts play a critical role in photocatalytic reactions.In this work,oxygen-deficient Bi_2WO_6 microspheres have been prepared by a facile ethylene glycol-assisted solvothermal method.Bi~0 nanoparticles were reduced by in situ thermaltreatment on Bi_2WO_6 microspheres to obtain Bi~0@Bi_2WO_(6-x) as well as maintaining the oxygen vacancies(OVs) under N_2 atmosphere.Afterwards,photocatalytic NO oxidation removal activities of these photocatalysts were investigated under visible light irradiation and Bi~0@Bi_2WO_(6-x) shows the best NO removal activity than other samples.The photogenerated cha rge separation and trans fe r are promoted by Bi~0 nanoparticles deposited on the surface of semiconductor catalysts.OVs defects promote the activation of reactants(H_2 O and O_2),thereby enhancing the formation of the active substance.Moreover,both OVs defects and Bi~0 metal have the characteristics of extending light absorption and enhancing the efficient utilization of solar energy.Besides,the photocatalytic NO oxidation mechanism of Bi~0@Bi_2WO_(6-x)was investigated by in situ FTIR spectroscopy for reaction intermediates and final products.This work furnishes insight into the synthesis strategy and the underlying photocatalytic mecha nism of the surfacemodified Bi~0@Bi_2WO_(6-x) composite for pollutants removal.     

溶剂热合成可调控氧空位的Bi2MoO6纳米晶及其光催化氧化制喹啉和抗生素降解

近年来,半导体光催化在环境净化和有机合成领域的研究引起了广泛的重视.其中,在有机合成领域中,光催化技术已经应用在醇类、环己烷以及芳香族化合物的选择性氧化研究.而另一类具有特殊结构的有机物——N-杂环芳烃,在药物化学和材料科学中具有重要意义.而传统用于合成N-杂化芳烃的脱氢催化氧化反应通常需要高温高压的苛刻环境,传统方法通常还需要使用贵金属催化剂,这也增加了N-杂化芳烃的合成成本;另外,如果合成是均相催化过程,则催化剂难以实现回收利用.因此,开发室温常压条件下的非贵金属多相光催化技术具有巨大的应用前景.本文以能够被可见光驱动的钼酸铋半导体为催化剂,利用氧缺陷策略来提升钼酸铋的光催化氧化性能.不同于传统氧缺陷制备方法(氢气还原热处理、离子掺杂等),本文采用一种低成本的乙二醛辅助溶剂热的方法合成具有可调控的含氧空位Bi₂MoO₆催化剂(OVBMO).通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜、透射电镜、紫外可见漫反射吸收光谱、氮气物理吸附脱附、X射线光电子能谱(XPS)、电子自旋共振光谱、光致发光光谱及电化学测试等技术对制备的OVBMO材料进行了物理化学性质及能带研究.XPS,XRD,Raman和FT-IR结果表明,氧空位存在于[Bi₂O₂]²⁺和MoO₆八面体的层间.紫外可见漫反射结果表明,随着氧空位的引入,Bi₂MoO₆的光吸收范围扩大,带隙变窄.结合莫特肖特基和VBXPS分析获得OVBMO的能带位置,发现氧空位的存在不仅会导致禁带中出现缺陷带能级,还会导致价带顶位置上移,促进光生空穴的迁移.PL和电化学结果表明,氧空位的存在使得载流子浓度、载流子的分离能力与界面电荷迁移能力都有较大提升,这是因为氧空位引入的缺陷能级可以浅势捕获电子,抑制光催化剂中的电子与空穴的复合,改变化学反应的速率.同时,氧空位有助于捕获分子氧,分子氧与捕获的光生电子发生反应,产生更多的超氧自由基(·O₂)和空穴(h⁺),从而极大地提升光催化剂的氧化性能.因此,OVBMO在1,2,3,4-四氢喹啉脱氢氧化产生喹啉及系列抗生素(环丙沙星、四环素、盐酸土霉素)的降解反应中,表现出较好的光催化氧化性能.结合多种表征分析,本文还进一步阐明了OVBMO催化剂将1,2,3,4-四氢喹啉脱氢氧化为喹啉的自由基参与的多相催化反应机理.     

Zeolite imidazole framework-8(ZIF-8) decorated keratin-based air filters with formaldehyde removal and photocatalytic disinfection performance

Air pollution, consisting of particles of broad sizes, bioaerosols, and gaseous toxic chemicals, has become a serious hazard to public health. However, conventional fibrous filters have the disadvantages of high air resistance and limited ability to remove toxic gaseous and inhibit harmful microorganisms. Herein, we report a bilayer multifunctional air filter material based on applying electrospinning and needle-punching methods to generate hierarchically structure. Specifically, the air filter consists of keratin-based nanofibers as an upper layer and ZIF-8-modified polyethylene terephthalate/polyethylene needle-punched materials as the substrate. Green, facile, and controllable sonication process involved in thermally-assisted coating method was used to incorporate ZIF-8 onto the substate. The exposed functional groups of keratin and porous ZIF-8 nanocrystals with a high surface area promote the capture capability for small particulate pollutants and toxic gaseous molecules. Meanwhile, the needle-punched substrate with large pores significantly reduces the pressure drop and imparts photocatalytic disinfection performance to the air filter by the excellent photocatalytic characteristic of ZIF-8. This study proposes a novel strategy to fabricate hierarchical multifunctional air filters by combining electrospinning and needle-punching and plays a guidance role in designing and developing keratin-based hybrid materials.     

ZIF-8衍生ZnO耦合HZSM-5一步催化合成气制烃醚燃料

通过水热溶剂法合成有机骨架结构材料ZIF-8,以其为前驱体调变焙烧温度制备ZnO纳米粒子。采用XRD、TEM、XPS、Raman等表征研究ZnO的组成结构及晶粒粒径形态变化;将ZnO与HZSM-5耦合形成双功能催化剂,考察其在合成气转化中的催化活性。结果表明,焙烧温度对ZnO的颗粒粒径结构影响较大,温度影响晶粒的形成速率,提高温度会促进ZnO的聚集; ZIF-8衍生ZnO通过调变温度影响ZnO晶粒粒径,起到改变产物分布的作用。当焙烧温度≤450℃时,以碳包覆ZnO纳米粒子结构存在,ZnO晶粒粒径小于20 nm,含碳ZnO耦合HZSM-5催化剂的产物以二甲醚为主;当温度≥500℃,以纯相ZnO存在,ZnO晶粒粒径皆大于20 nm,ZnO耦合HZSM-5催化剂的产物以烃类为主。ZnO与HZSM-5的耦合方式对双功能催化剂的产物选择性有显著影响。     

Promoting electrochemical conversion of CO2 to formate with rich oxygen vacancies in nanoporous tin oxides

Defect engineering, especially oxygen vacancies (O-vacancies) introduction into metal oxide materials has been proved to be an effective strategy to manipulate their surface electron exchange processes. However, quantitative investigation of O-vacancies on CO₂ electroreduction still remains rather ambiguous. Herein, a series of nanoporous tin oxide (SnO_x) materials have been prepared by thermal treatment at various temperatures and reaction conditions. The annealing temperature dependent O-vacancies property of the SnOx was revealed and attributed to the balance tunning of the desorption of oxygen species and the continous oxidation of SnO_x. The as-prepared nanoporous SnO_x with 300 °C treatment was found to be highest O-vacant material and showed an impressive CO₂RR activity and selectivity towards the conversion of CO₂ into formic acid (up to 88.6%), and superior HCOOH incomplete current density to other samples. The ideal performance of the O-vacancies rich SnO_x-300 material can be ascribed to the high delocalized electron density inducing much enhanced adsorption of CO₂ with O binding and benefiting the subsequent reduction with high selectively forming of formic acid.     

Selective synthesis of ZIFs from zinc and nickel nitrate solution for photocatalytic H2O2 production

Hydrogen peroxide (H₂O₂) is one of the most promising, green, and effective oxidants that can be used in different applications. In this study, zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), consisting of organic ligands and metal sites, were selectively prepared from zinc or nickel nitrate solutions for use in photocatalytic H₂O₂ production. High concentrations of zinc nitrate solution provided more metal sites to coordinate with 2-methylimidazole, producing ZIF-8 with larger particle size, whereas low zinc nitrate concentrations resulted in more interconnected N–H⋯N hydrogen bonds, forming 2D-layered ZIF-L, with smaller particle size. Various concentrations of zinc and nickel nitrate solutions produced ZIFs that exhibited ZIF-8 or ZIF-L topology, with bandgap energies of 5.45 and 4.85 eV, respectively. These samples could serve as promising photocatalyst for the successful production of H₂O₂ under Xenon lamp irradiation.     

蛋氨酸改性TiO2空心纳米盒高效可见光催化RhB分解和NO氧化

由高能面 TiO2纳米片 (TiO2-NSs) 组装成的 TiO2空心纳米盒 (TiO2-HNBs)显示出比单独 TiO2-NSs 更强的光催化性能, 但是 TiO2-HNBs 依然属于紫外光催化剂, 无法充分利用太阳能. 因此, 开发具有可见光响应的由高能面 TiO2-NSs 组装而成的 TiO2-HNBs 具有重要意义. 本文将立方体 TiOF2与含有 N 和 S 元素的生物分子蛋氨酸混合, 通过一步焙烧制备了具有可见光响应活性的 N 和 S 元素共掺杂的 TiO2-HNBs(掺杂催化剂标记为 TMx, 未掺杂催化剂标记为 Tx, x 代表焙烧温度).由立方体 TiOF2到锐钛矿相 TiO2空心纳米盒的转变是一个自模板转化过程. 氟离子的存在降低了 TiO2高能面(001)面的表面能, 从而使得高能面 TiO2纳米片的形成变得可能. 因此, 热处理立方体 TiOF2可得到由高能面 TiO2纳米片组装的 TiO2空心纳米盒.本文系统研究了焙烧温度 (300-500 ℃) 对所制 TiO2-HNBs 结构与光催化性能的影响. 结果发现, 在 350 ℃下焙烧, TiOF2完全转化成锐钛矿相 TiO2-HNBs. 但是焙烧蛋氨酸与 TiOF2的混合物, 需 400 ℃才能完全实现 TiOF2到锐钛矿相TiO2-HNBs 的转变. 这说明蛋氨酸的加入阻碍了 TiOF2向锐钛矿相 TiO2-HNBs 的转变. XPS 结果显示, 经过 400 ℃焙烧的蛋氨酸改性样品 (TM400), N 和 S 元素成功掺入了 TiO2-HNBs 晶格, 使其产生可见光催化活性.相对于 400 ℃焙烧 TiOF2所得样品 T400, 蛋氨酸改性的 TM400 催化剂可见光降解罗丹明 B 染料 (RhB) 和 NO 氧化的性能分别提升了 1.55 倍和 2.0 倍, 这与其更强的可见光吸收性能和光生载流子分离效率有关. 400 ℃焙烧的蛋氨酸改性的 TM400 可见光催化活性稳定, 连续 5 次可见光催化 RhB 降解后, 其活性没有明显改变, 显示了潜在的应用前景.     

溶剂辅助合成介孔g-C3N4及其增强的可见光催化去除NO性能研究

类石墨相氮化碳(g-C3N4)具有特殊的层状二维结构、独特的电子结构、合适的能带结构、良好的热稳定性和化学稳定性等理化性能,因而在可见光催化净化环境污染物领域广受关注.但原始块状g-C3N4的可见光催化活性较弱,还不能满足实际应用需求.因此,亟需开发一种高效的改性方法来提高g-C3N4的光催化性能.本课题组发展了一种有效的改进g-C3N4方法,以硫脲为前驱体,去离子水(制备样品标记为CN-W)或无水乙醇(制备样品标记为CN-E)为溶剂,通过一步高温缩聚制得具有高可见光催化性能的介孔g-C3N4.然而,对于不同溶剂效应原位改性g-C3N4及其增强可见光催化性能的机理还不清楚.因此,本文采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)、N2吸附和元素分析等手段研究了去离子水和无水乙醇作为溶剂原位改性g-C3N4的理化性能差异及增强可见光催化性能的原因.XRD结果表明,去离子水和无水乙醇不会改变g-C3N4的晶体结构,但会抑制其晶体结构的生长.由TEM图像可见,因去离子水和无水乙醇在热聚合过程中产生的气泡可以作为软模板,导致CN-W和CN-E纳米片均为酥松多孔层状结构,其中CN-W更薄更小.元素分析测试结果表明,无水乙醇和硫脲在热聚合过程中导致碳自掺杂g-C3N4.UV-Vis DRS结果显示,CN-W和CN-E分别发生了相对的蓝移和红移现象.荧光寿命测试结果显示,CN的短荧光寿命和长荧光寿命(0.805 ns,3.269 ns)明显高于CN-W(0.756 ns,3.125 ns)和CN-E(0.743 ns,2.749 ns),表明CN-W和CN-E纳米薄片可以促进光生电子的储存和往复运动,有利于光生电子的迁移.此外,通过理论计算得CN-E的电子迁移速率(1.04×108 s?1)明显快于CN-W(0.81×108 s?1),表明CN-E和CN-W都有利于光生电子的迁移猝灭.另外,BET-BJH测试结果显示,CN-W(32.73 m2/g,0.22 cm3/g)和CN-E(25.59 m2/g,0.18 cm3/g)的比表面积和孔容均显著高于未改性的g-C3N4(13.81 m2/g,0.12 cm3/g),表明溶剂和前驱体在热聚合过程中产生的H2O,C2H5OH,H2S,CO2和NH3气体有利于层状结构和丰富孔结构的形成,因而CN-W和CN-E的比表面积和孔容显著增加.由此可见,无水乙醇和去离子水在辅助制备介孔g-C3N4过程中表现出不同的作用.可见光催化去除NO的测试结果表明,CN-E(48.3%)和CN-W(37.2%)的光催化活性明显高于g-C3N4(19.5%),CN-E和CN-W的可见光催化活性也明显优于我们以前报道的BiOBr、C掺杂TiO2和BiOBr/C3N4异质结.结合表征结果,CN-E和CN-W可见光催化性能增强的原因主要有两个:(1)CN-E和CN-W增大的的比表面积和孔容有利于NO的吸附、反应中间产物的转移和提供更多的活性位点参与光催化氧化反应;(2)更薄的纳米片结构和C掺杂g-C3N4有利于促进光生电子的迁移,从而显著提高其光催化活性.