还原氧化石墨烯/介孔TiO2复合材料的合成及其光解水制氢性能

采用溶胶凝胶法,以钛酸四异丙酯(TTIP)为钛源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂合成了介孔二氧化钛样品mTiO_2,考察了合成温度、水量、模板剂用量和焙烧温度对其在紫外光条件下光催化产氢活性的影响。结果显示,在350℃下焙烧后,样品由无定形结构转变为锐钛矿相;随着焙烧温度的提高,锐钛矿相结构产物的结晶度提高,当焙烧温度超过550℃后,样品大部分转变为金红石相。以合成温度为30℃,模板剂用量(nCTAB/nTiO_2)为0.2,水量(nH2O/nTiO_2)为100,焙烧温度为450℃条件下合成的m-TiO_2样品为催化剂,当催化剂用量为0.4 g·L-1,体系中甲醇浓度高于20%(V/V)时,其紫外光条件下的光催化产氢活性达170 mmol·g-1·h-1。采用水热法将氧化石墨烯(GO)与m-TiO_2复合制备了一系列还原氧化石墨烯/介孔TiO_2复合材料(rGO/m-TiO_2),其晶相结构为锐钛矿相。当r GO复合量(wGO/wTiO_2)为0.01时,样品在紫外光下的产氢活性为241 mmol·g-1·h-1,能量转化效率达7.4%,较未复合样品提高了42.3%;在可见光条件下,其产氢活性达9 mmol·g-1·h-1。     

Pt/SrZr0.95Y0.05O3-TiO2-xNx复合催化剂的制备及模拟太阳光催化产氢活性研究

利用共沉淀法和固相法制备出SrZr_0.95Y_0.05O₃微粒,采用溶胶包覆法使其与含氮TiO₂溶胶复合,并原位光沉积Pt颗粒组装成异质结复合催化剂,采用XRD、TG-DTA、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(FS)等技术对其进行了表征和分析,以草酸为牺牲剂,模拟太阳光下光催化产氢为探针,评价了催化剂的光催化活性。研究了不同氮源剂、烧结温度、载铂含量对催化剂光催化产氢活性的影响。结果表明,在模拟太阳光照射下,单独的SrZr_0.95Y_0.05O₃和TiO₂几乎不产生氢气;而将两者采用溶胶包覆法复合并掺氮后,所制备出的复合催化剂表现出一定程度的产氢活性,在氮源剂为三乙胺、400 ℃焙烧下具有最佳的产氢活性,催化活性的提高源于复合催化剂中形成的异质结抑制了光生载流子的快速复合以及氮掺杂引起对可见光的响应;进一步负载铂后,其产氢量得到大幅度的提高,其最佳负载量为1wt%,6 h内产氢量达到12.5 mmol,是未负载的样品的22倍多,这是由于铂负载进一步抑制了光生载流子的复合,从而大大地提高了光催化活性。     

非贵金属助催化剂CoP增强CdS纳米棒的光催化产氢活性研究

开发高效、廉价的非贵金属助催化剂一直是光催化分解水产氢领域备受关注的研究热点．本文采用水热和煅烧法合成非贵金属CoP负载的CdS纳米棒复合光催化材料．当CoP负载的质量分数为15%时,CoP/CdS复合光催化剂的产氢性能最优,达4 729.38μmol·g^-1·h^-1,是单一CdS的83倍．产氢测试结果表明,CoP作为助催化剂可以有效地提升光生载流子的分离效率,从而提高光催化产氢性能．此外,本文还重点研究助催化剂CoP与CdS之间光生载流子分离、传输行为以及复合比例对CdS光催化产氢活性的影响规律及其光催化产氢活性增强机理．本工作为设计开发低成本、高效的光催化材料提供了新的策略．     

基于水滑石前驱体制备ZnCr_2O_4-ZnO复合光催化剂及产氢性能

以研磨水热法合成ZnCr_2O_4-ZnO异质结型光催化剂,对所得样品进行了TG-DTA、XRD、SEM、HRTEM、DRS和N2吸附-脱附表征分析;在模拟太阳光下,以草酸为牺牲剂对样品的光催化产氢活性进行评价,并分别与共沉淀法、尿素回流法和尿素水热法制备的ZnCr_2O_4-ZnO样品进行比较,探讨了异质结型ZnCr_2O_4-ZnO复合光催化剂的产氢机理。结果表明,四种方法制备的Zn-Cr前驱体都具有一定的水滑石结构,经500℃焙烧后,均为球形纳米粒子,但团聚情况各异,比表面积和孔结构参数有较大差别。其中,研磨水热法所得样品ZnCr_2O_4-ZnO粒子均匀,光电流响应强度最大,产氢效率最高,为0.956 mmol/(h·gcat),分别是共沉淀法、尿素回流法和尿素水热法制备样品产氢量的2.3、1.5和3.0倍。     

水热法制备NiS/Cd1-xZnxS及其高效光催化产氢性能

利用水热法制备 NiS 负载的 Cd1-xZnxS 光催化剂.结果表明：在0.35 mol?L-1 Na2SO3和0.25 mol?L-1 Na2S牺牲剂下,0.5%(摩尔分数, y) NiS/Cd0.3Zn0.7S (1840μmol?h-1)获得最好活性,是Cd0.3Zn0.7S (884μmol?h-1)的2.1倍,高于0.5%(质量分数, w) Pt (1390μmol?h-1)的产氢活性.测得其在λ=420 nm附近的表观量子效率为36.8%. X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)的表征结果表明, NiS作为产氢活性位,转移光生电子,因此提高了光催化产氢活性.     

C-N共掺杂纳米TiO2的制备及其光催化制氢活性

采用TiCN粉末在空气气氛中不同温度下焙烧制得C-N共掺杂的纳米TiO2光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及X射线光电子能谱(XPS)等手段对其进行了表征. XRD和XPS结果表明, TiCN中的C和N元素可以被O取代得到C-N共掺杂的TiO2. DRS结果表明, 所制得的C-N共掺杂的TiO2在可见光区域比P25表现出更强的光吸收性能. 以Na2S-Na2SO3体系为牺牲剂, 分别考察了不同温度下焙烧得到的C-N共掺杂的TiO2光催化分解水产氢的活性. 结果表明, 550 ℃焙烧得到的C-N共掺杂的TiO2在紫外光照射下具有最高的光解水产氢活性,产氢速率为41.1 μmol·h-1, 大于P25的光解水产氢活性(26.2 μmol·h-1). 在紫外-可见光照射下, 光解水产氢速率仅为0.2 μmol·h-1, 这可能是由于C-N掺杂引起的可见光范围的吸收对光催化分解水产氢活性的贡献较小.     

MoS_2/TiO_2复合催化剂的制备及其在紫外光下的光催化制氢活性

为了研究复合光催化剂在光催化中的制氢效率,采用水热法制备了Mo S2纳米片,然后通过水热法在Mo S2纳米片上负载了TiO_2纳米颗粒,形成了Mo S2/TiO_2异质结复合催化剂。采用冷场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和光学性能表征并进行分析。通过光催化制氢测试对光催化剂进行评价,实验结果表明,在波长为365 nm的紫外光照射下,最高光催化制氢速率为1004μmol·h-1·g-1,对应的催化剂的Mo S2含量为30%,其催化速率远大于单一的Mo S2和TiO_2,表明Mo S2/TiO_2复合催化剂在紫外光照下能显著提高光催化产氢性能。基于Mo S2/TiO_2复合光催化剂优越的光催化产氢性能,本文对复合光催化剂的产氢机理做了研究和分析。     

大规模合成非贵金属磷化物/CdS复合光催化剂高效可见光催化产氢（英文）

目前,在可见光照射下光催化产氢是一条解决能源短缺的理想途径.该途径实现工业化的两个关键因素是得到低成本的光催化剂和高的产氢效率.非贵金属助催化剂代替贵金属可大大降低光催化剂的成本.通过简单的方法大规模合成并组装半导体和非贵金属助催化剂以形成复合光催化剂可进一步降低成本.本文采用大规模和低成本的共沉淀法合成了磷化物/CdS光催化剂,实现了光催化产氢.当负载CoP和Mo P助催化剂后,光催化产氢活性得到大幅度提高.其中CoP/CdS和Mo P/CdS的最佳产氢量分别为140和78μmol/h,并分别为CdS的7.0倍和4.0倍,分别为Pt/CdS的2.0倍和1.1倍.这说明磷化物CoP和Mo P是具有优良催化活性的低成本非贵金属助催化剂,可以代替贵金属助催化剂应用在光催化产H_2中.在制备磷化物/CdS时,先将两种磷化物反应原料分别在水热反应釜和马弗炉中煅烧合成前驱体,再分别在管式炉氮气和氢气氛围中进行磷化得到磷化物Mo P和CoP.然后,将得到的Mo P和CoP分别溶解在Cd(NO_3)_2·4H_2O溶液中,在搅拌状态下逐滴加入Na_2S溶液形成沉淀,即可得到复合物磷化物/CdS.CoP/CdS和Mo P/CdS的HRTEM观察显示,磷化物助催化剂与CdS半导体紧密结合,证明了共沉淀法制备助催化剂/半导体复合光催化剂的有效性.磷化物与CdS的紧密结合促进了光激发电子从CdS向磷化物转移,从而大大提高了光催化产氢活性.这项工作为低成本大规模制备光催化剂和光催化产H_2实现工业化提供了一条可行性思路.     

以无机亚磷酸为牺牲剂光化学法制备无定形Ni(OH)2助催化剂用于光催化产氢

随着环境污染和能源危机的加剧,发展可持续能源迫在眉睫.氢气被认为是可以替代化石能源的最有前途的能源之一,且光催化分解水产氢是一种可以将太阳能转化为氢能的环境友好的方法.n型半导体材料石墨C3N4 (g-C3N4)是一种被广泛用作光催化产氢的吸光材料,然而,纯g-C3N4的光生电子–空穴对会迅速重组,其光催化活性非常低.负载助催化剂能够有效抑制光生载流子的复合,是提高光催化产氢速率的有效方法.助催化剂的作用是将电子和空穴转移给相应的反应物,因此除了助催化剂和光吸收材料之间的能级匹配之外,助催化剂负载的位置也是非常重要的.通过常规方法制备的助催化剂一般是随机分布的,而光化学方法可以将助催化剂沉积在电子和空穴的出口处,从而有利于下一步的光催化反应.使用光化学沉积法,可以通过光化学氧化制备氧化型助催化剂,也可以通过光化学还原制备还原型助催化剂.光化学法是还原贵金属助催化剂的一种常用方法,但是对于制备非贵金属助催化剂来说,它仍然是一种相对新颖的方法.光化学法目前正处于发展阶段,依然缺乏成分调控的手段,因此我们致力于发展相对准确、可控的光沉积方法.H2PO2^–由于其特殊的性质被用于光化学还原过渡金属,然而,在H2PO2^–存在下形成的颗粒非常大且高度结晶,这可能抑制光催化剂的活性.本文设计了一种利用其他磷酸盐光沉积合成光催化剂的新方法,旨在制备可控的弱结晶和小尺寸的助催化剂,以提高产氢活性.首先以不同磷酸盐为原料制备催化剂,发现以H2PO3^–为无机牺牲剂制得的催化剂的光催化产氢活性非常突出,而且制得的催化剂具有无定形结构并且平均尺寸约为10 nm.通过XRD, XPS等多种表征,证实了该条件下得到的产物是Ni(OH)2/g-C3N4.同时,通过设计对照实验,发现在使用H2PO3^–作为牺牲剂, NiCl2作为镍源, g-C3N4作为光吸收材料条件下才能制得效果最好的催化剂.然后对光沉时间,原料添加量,产氢牺牲剂等多组条件进行了优化,得到最优的复合光催化剂Ni(OH)2/g-C3N4(4.36wt%)的光催化产氢速率为13707.86μmol·g^-1·h^-1,甚至高于Pt–4.36wt%/g-C3N4的活性(11210.93μmol·g^-1·h^-1).最后,通过PL, TR-PL, SPV, I-V等多种表征对反应机理进行探究,结果表明,光催化产氢性能提升主要原因是Ni(OH)2的负载可以有效提高光生电荷的分离和转移效率,抑制光生电子对的重组.     

非贵金属助催化剂Ni3N修饰g-C3N4用于可见光催化产氢的研究

近年来,利用太阳光光解水制氢被认为是解决当前能源短缺和环境污染问题的重要途径之一.众所周知,助催化剂可以有效的降低光催化产氢反应的活化能,提供产氢反应的活性位点,有效的促进催化剂中光生载流子的传输与分离,从而提高光催化剂产氢体系的反应活性和稳定性.然而,鉴于贵金属助催化剂(Pt, Au和Pd等)储量低、成本高,极大地制约了其应用.因而,开发出适用于光催化水分解制氢的非贵金属助催化剂尤为重要.石墨相氮化碳(g-C_3N_4)因其具有热稳定性、化学稳定性高以及制备成本低廉等优点,成为光催化领域研究的热点.然而,由于g-C_3N_4的禁带宽度(Eg=2.7 eV)较宽,致使其对可见光的响应能力较弱,并且在光催化反应过程中其光生电子-空穴对易复合,从而导致其光催化产氢活性较低.因此,如何开发出含非贵金属助催化剂的g-C_3N_4高效、稳定的太阳光催化分解水制氢体系引起了人们极大的关注.本文通过水热法-高温氨化法首次将非贵金属Ni_3N作为助催化剂来修饰g-C_3N_4,增强其可见光光催化性能(l420 nm).采用XRD、SEM、EDS、Mapping、UV-Vis、XPS和TEM等手段对Ni_3N/g-C_3N_4光催化体系进行了表征.结果表明, Ni_3N纳米颗粒成功的负载到g-C_3N_4表面且没有改变g-C_3N_4的层状结构.此外,采用荧光光谱分析(PL)、阻抗测试(EIS)和光电流谱进行表征,结果显示, Ni_3N纳米颗粒可有效促进催化剂中光生载流子的传输与分离,抑制电子-空穴对的复合.同时,将功率为300 W且装有紫外滤光片(λ420 nm)的氙灯作为可见光光源进行光催化产氢实验结果表明,引入了一定量的Ni_3N可以极大提高g-C_3N_4的光催化活性,其中, Ni_3N/g-C_3N_4#3的产氢量为～305.4μmol·h-1·g-1,大约是单体g-C_3N_4的3倍.此外,在450nm单色光照射下, Ni_3N/g-C_3N_4光催化产氢体系的量子效率能达到～0.45%,表明Ni_3N/g-C_3N_4具有将入射电子转化为氢气的能力.循环产氢实验表明, Ni_3N/g-C_3N_4在光催化产氢过程中有着较好的产氢活性和稳定性.最后,阐述了Ni_3N/g-C_3N_4体系的光催化产氢反应机理.本文采用的原料价格低廉,性能优异,制备简单,所制材料在光催化制氢领域展现出重要前景.     

X-ray study of the PbCl2−xIx and PbBr2−xIx systems

Compounds from the systems PbCl₂/PbI₂ and PbBr₂/PbI₂ were examined by x-ray diffraction. The lattice parameters of these phases are presented and the refined crystal structures of the intermediate compounds PbClI and PbBr_1.2I_0.8 are reported. Both structures have Pbnm symmetry, are isostructural with PbCl₂, and have the different halogens ordered in the two Cl sites. Phase studies showed that PbCl₂ and PbClI have practically no mutual solubility, while PbBr₂ and PbBr_1.2I_0.8 have appreciable solubility ranges, particularly for PbBr₂-rich concentrations. At least 17% Br is present in the I site of PbBr_1.2I_0.8. Nevertheless, it is a distinct phase with miscibility gaps toward PbBr₂ and PbI₂. This behavior is explained by the size disparity between the halogens. The intermediate phases do not form solid solutions with hexagonal PbI₂.     

SiO2负载氮掺杂TiO2可见光响应光催化剂的制备及性能

以四氯化钛为钛源,尿素为氮源,采用液相水解-沉淀法制得SiO2负载N掺杂TiO2可见光响应TiO2-xNy/SiO2光催化剂(TSN)。以苯酚为模型物,考察了TSN在可见光区、紫外光区及太阳光下的光催化活性,以及催化剂的使用寿命、分离性能。采用XPS、FTIR、UV-Vis DRS、XRD、TEM和低温氮物理吸附等对催化剂的结构进行表征。结果表明,N以阴离子形式进入TiO2体相并置换晶格中的O,适量N掺杂的TSN在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性。SiO2与TiO2界面间有Ti-O-Si键形成,结合牢固。N掺杂在TiO2表面生成Ti-O-N键,形成新的能级结构,使催化剂的吸收红移至450~500 nm,诱发TiO2可见光催化活性。SiO2负载可减小TiO2颗粒平均尺寸,增加催化剂比表面积;同时SiO2负载还可改善催化剂的分离性能,提高催化剂使用寿命。     

纳米复合材料Ag/MxOy-TiO2(MxOy=ZnO、Al2O3和Fe2O3)的制备及其微波辅助光催化降解甲基橙

采用溶胶-凝胶-程序升温溶剂热一步法,利用表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)作为模板剂,分别制备了三元纳米复合材料Ag/ZnO-TiO₂、Ag/Al₂O₃-TiO₂和Ag/Fe₂O₃-TiO₂。通过XRD、氮气吸附-脱附测定、TEM以及扫描电子显微镜配合X-射线能量色散谱仪(SEM-EDS)等对合成的3种催化剂进行了对比表征分析。结果表明,复合材料Ag/M_xO_y-TiO₂中Ag以单质形式存在并较好地分布在M_xO_y-TiO₂表面上。所合成产物颗粒尺寸较小(约10 nm左右),形貌较好。其中,Ag/ZnO-TiO₂的比表面积与Ag/Al₂O₃-TiO₂十分相近,略大于Ag/Fe₂O₃-TiO₂。光催化活性研究中,以甲基橙为模型分子且辅以微波场作用。结果显示,上述三元复合材料的活性均明显高于未掺杂银的二元复合材料,其中Ag/ZnO-TiO₂的光催化活性最好,在90 min内对甲基橙的降解率高达86%。     

Electronic structure of magnetic semiconductors Cd1 ? xMnxGeAs2 and Cu1 ? xMnxGaTe2

The band structures of pure semiconductors CdGeAs₂ and CuGaTe₂, as well as magnetic semiconductors Cd_{1 − x} Mn _x GeAs₂ and Cu_{1 − x} Mn _x GaTe₂ (x = 0.0625), have been calculated by the density functional theory method. In both compounds, the Mn3d orbitals form a narrow band near the Fermi level. In the case of Cd_{1 − x} Mn _x GeAs₂, the Mn3d orbitals are slightly involved in chemical bonding. In the case of Cu_{1 − x} Mn _x GaTe₂, the same orbitals are considerably involved in chemical bonding. The relationship of these results with the properties of the compounds and ferromagnetism models is discussed. Original Russian Text ? S.V. Murashov, V.G. Yarzhemsky, V.I. Nefedov, E.N. Murav’ev, 2007, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2007, Vol. 52, No. 8, pp. 1327–1331.     

直接Z型Zn2SnO4-xNx/ZnO1-yNy异质结光催化剂的制备及机理

采用微波溶剂热法成功制备直接Z型Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y核壳结构异质结光催化剂。2种物质不同的功函数改变了其表面电荷密度,并在界面处形成内建电场,导致其从传统的Ⅰ型镶嵌异质结转变为Ⅱ型异质结,再转变为Z型异质结构。N杂质原子替代O原子进入Zn_2SnO_4和ZnO的晶格,在两者的价带(VB)顶部形成双杂质能级。核壳结构的Z型异质结光催化剂对罗丹明B的降解速率为纯相Zn_2SnO_(4-x)N_x的1.40～1.43倍,同时具有良好的循环稳定性,且可以降解亚甲基蓝、甲基橙、水杨酸等污染物。Z型异质结的形成使其光生电子-空穴对具有较强的氧化还原能力,而双杂质能级的存在可以拓宽其光响应范围并提高载流子的分离效率。因此,Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y异质结光催化剂高的光催化活性归因于Z型异质结和双杂质能级的协同作用。     

Ce0.5-xZr0.5-xBa2xO2负载TiO2光催化降解气相苯

在密闭不锈钢反应器内研究了Ce0.5-xZr0.5-xBa2xO2负载锐钛型TiO2光催化降解气相苯的性能.确定了该系列光催化剂的最佳Ba含量,并应用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱以及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果表明,TiO2在载体表面均匀分散.在210~400 nm范围内,TiO2/Ce0.5-xZr0.5-xBa2xO2比TiO2吸收更多的紫外光.TiO2/Ce0.5-xZr0.5-x-Ba2xO2包含Ti和O两种元素,TiO2/Ce0.5-xZr0.5-xBa2xO2的Ti 2p结合能向低能端偏移.Ce0.5-xZr0.5-xBa2xO2表面负载TiO2能有效提高催化剂的光催化活性.Ce0.5-xZr0.5-xBa2xO2的作用是转移电子和使催化剂在紫外区的吸收增强.     

用于NO_x低温下吸附还原的CoO_x/CeO_2二元氧化物的制备

研究了以多孔二氧化硅微球和活性炭为载体制备NOx吸附/还原催化剂的方法,摸索了最佳Ce/Co物质的量的比例。采用低温氮吸附方法测定了样品的BET比表面和孔容,利用XRD方法表征了样品中所掺杂的金属元素的晶型。研究发现:当nCe/nCo=75/25时,材料获得最佳NOx吸附能力,当以多孔二氧化硅微球作载体时,材料对于NOx的吸附主要来自CoOx和CeO2的二元氧化物;当以活性炭作为载体时,活性炭参与了NOx的吸附,因此其吸附容量大大提高。对NOx的吸附机理进行了探讨,并研究了样品的NH3还原性质。     

Ca0.8-2x(YbxTb0.1Na0.1+x)2xWO4近红外下转换荧光粉水热合成及发光性质

一种在近红外光谱(NIR)区域高效的量子剪裁现象已在Ca_0.8-2x(Yb_xTb_0.1Na_0.1+x)_2xWO₄(x=0~0.2)荧光粉中得到证实,该量子剪裁通过吸收紫外线光子发射近红外光子,能量传递包括两个协同过程,分别是WO₄^2-基团到Yb³⁺离子和WO₄^2-基团到Tb³⁺离子再到Yb³⁺离子,Yb³⁺离子的掺杂浓度对荧光粉在可见光和近红外光谱的发光,荧光寿命和量子效率的影响已进行了详细得研究。经计算,量子效率最大达到135.7%。铽与镱共掺钨酸钙的近红外量子剪裁,通过吸收太阳光谱的1个紫外光到2个1000nm光子(2倍光子数增加)的下转化机制实现高效率硅太阳能电池的途径。     

The regular features of chlorine formation in the systems NaCl-MexOy-O2 and Ca(Zn)Cl2-MexOy-O2

The reaction of sodium, calcium, and zinc chlorides with atmospheric oxygen in the presence of transition metal oxides and antimony oxide at temperatures exceeding the melting temperatures of chlorides was studied. The content of chorine, product of oxidation of chloride ions in molten NaCl and CaCl₂, was determined as a function of the polarization force of cations of transition metal oxides.     

层状O2结构锂锰氧化物Li0.60[MgxCoyMn1-x-y]O2的制备及结构表征

本文采用离子交换法分别制备了双复合锂锰氧化物Li_0.60[Mg_xMn_1-x]O₂(0.05 ≤ x ≤ 0.15)和三复合锂锰氧化物Li_0.60[Mg_xCo_yMn_1-x-y]O₂(x=0.05，0.05 ≤