磁性光催化剂BiVO_4/Fe_3O_4降解亚甲基蓝的研究

本文用超声法将磁基体Fe3O4与BiVO4复合,制备了易于固液分离的磁性可见光催化剂BiVO4/Fe3O4,采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段对样品的结构和形貌进行表征。以亚甲基蓝为降解对象,考察了BiVO4/Fe3O4的可见光催化活性,并研究了光催化体系中光催化剂用量、亚甲基蓝初始浓度、溶液的pH值、电子受体的存在对光催化过程的影响。结果表明,催化剂的最佳用量为2.0g/L,亚甲基蓝最佳初始浓度为10mg/L,溶液的最佳pH值为11,加入电子受体K2S2O8时,亚甲基蓝几乎完全降解。催化剂回收后连续使用3次,降解率仍然大于80%。     

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.     

磁性可见光催化剂BiVO4/Fe3O4的制备及催化活性

采用超声法将磁基体Fe3O4和BiVO4复合,制备了易于固液分离的磁性可见光催化剂BiVO4/Fe3O4。采用X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、透射电子显微镜(TEM)和磁学性质测量系统(MPMS)对产物进行了表征,并以亚甲基蓝为目标降解物,考察了BiVO4/Fe3O4的可见光催化活性。当BiVO4与Fe3O4质量比为5:1时,BiVO4/Fe3O4的催化活性最高,反应经过5 h,对亚甲基蓝的降解率达到92.0%,而单独使用BiVO4为催化剂,降解率仅为72.5%。这表明Fe3O4不仅起到磁基体的作用,还起到助催化剂的作用。BiVO4/Fe3O4在外加磁场的作用下很容易被分离,撤消外加磁场后,通过搅拌又可重新分散。BiVO4/Fe3O4 3次回收后的降解率仍高于80%。     

Z型复合催化剂g-C_3N_4/V_o-ZnO光催化活性的研究（英文）

随着科学技术的不断进步和经济的快速发展,人类对自然资源的需求量越来越大,在开发利用自然资源的同时,大量的有机污染物也随之进入自然环境.这些物质不仅污染环境、破坏生态,更对人类的生活和健康带来了巨大的威胁.研究证实,半导体光催化剂在光照条件下可以破坏有机污染物的分子结构,最终将其氧化降解成CO2、H2O或其它不会对环境产生二次污染的小分子,从而净化水质.近年来,有关光催化降解有机污染物的报道日益增多.Zn O作为一种广泛研究的光催化降解材料,因其无毒、低成本和高效等特点而具有一定的应用前景.但是Zn O较大的禁带宽度(3.24 e V)导致其只能吸收紫外光部分,而对可见光的吸收效率很小,极大地制约了其实际应用.除此之外,Zn O受光激发产生的电子-空穴分离效率较低、光催化过程中的光腐蚀严重也是制约其实际应用的重要因素.为了提高Zn O的光催化活性和稳定性,本文合成了用g-C3N4修饰的氧空位型Zn O(g-C3N4/Vo-Zn O)复合催化剂,在有效调控Zn O半导体能带结构的同时,通过负载一定量的g-C3N4以降低光生电子-空穴对的复合速率和反应过程中Zn O的光腐蚀,增强催化剂的光催化活性和稳定性.本文首先合成前驱体Zn(OH)F,然后焙烧三聚氰胺和Zn(OH)F的混合物得到g-C3N4/Vo-Zn O复合催化剂,并采用电子顺磁共振波谱(EPR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、高分辨透射电镜(HRTEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征了它们的结构及其性质.EPR结果表明,Zn O焙烧后具有一定浓度的氧空位,导致其禁带宽度由3.24 e V降至3.09 e V,因而提高了Zn O对可见光的吸收效率.UV-vis结果显示,Vo-Zn O复合g-C3N4后对可见光的吸收显著增强.HRTEM和FT-IR结果均表明,g-C3N4纳米片和Vo-ZnO颗粒之间通过共价键形成了强耦合,这对g-C3N4/Vo-Zn O复合催化剂中光生载流子的传送和光生电子-空穴对的有效分离起到重要作用.可见光催化降解甲基橙(MO)和腐殖酸(HA)的实验进一步证明,g-C3N4/Vo-ZnO复合材料具有较好的光催化活性,优于单一的g-C3N4或Vo-Zn O材料.同时还发现,g-C3N4的负载量对光催化活性有显著影响,当氮化碳的负载量为1 wt%时,所制材料具有最高的光催化活性:可见光照射60 min后,MO降解率可达到93%,HA降解率为80%.复合材料光催化活性的增强一方面是因为氧空位的形成减小了Zn O的禁带宽度,使得Zn O对可见光的吸收能力大大增强;另一方面,g-C3N4和Vo-Zn O的能带符合了Z型催化机理所需的有效能带匹配,使得光生电子-空穴对得到了有效的分离,从而提高了光催化活性.降解MO的循环实验表明,g-C3N4/Vo-Zn O催化剂具有很好的稳定性且不容易发生光腐蚀.与此同时,我们对比了用不同方法制备的g-C3N4/Zn O材料的催化性能.结果显示,本文制备的g-C3N4/Vo-Zn O复合材料具有更好的降解效率.总体而言,对于降解有机污染物,g-C3N4/Vo-Zn O可能是一个更为有效可行的催化体系.此外,本文也为设计与制备其他新型光催化剂提供了一条新的思路.     

Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能

采用硼氢化钠还原法制备了Ag负载Cd Mo O4光催化剂。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试手段对催化剂的组成和结构进行了表征;采用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的光响应和表面状态进行了分析,考察了不同Ag负载量对Cd Mo O4紫外光降解罗丹明B和可见光选择性氧化苯甲醇性能的影响。结果表明,与Cd Mo O4相比,Ag/Cd Mo O4具有更高的光催化活性。利用活性物种捕获实验探讨其光催化降解过程的反应机理,实验结果显示O2-·和·OH是光催化降解过程的主要活性物种。     

Cu_3B_2O_6/CuB_2O_4单晶的制备及其可见光催化降解亚甲基蓝

以醋酸铜/硝酸铜和硼酸为原料,柠檬酸作发泡剂,采用溶胶-凝胶法制得了高纯度的单晶结构硼酸铜(Cu3B2O6/CuB2O4).利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、热重-差热分析(TGDTA)等对样品进行了表征,并考察了Cu3B2O6/CuB2O4在可见光(400 nmλ1100 nm)下对亚甲基蓝(MB)溶液的催化降解性能.结果表明,两种结构的硼酸铜都具有良好的光催化性能.当亚甲基蓝的初始浓度为50 mg·L-1,催化剂用量为1 g·L-1,光照6 h后,CuB2O4对亚甲基蓝的光催化降解率为63.36%,Cu3B2O6对亚甲基蓝的光催化降解率为99.52%.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)结果表明,Cu3B2O6的中间能态宽度为1.78 eV,小于CuB2O4的中间能态宽度(1.95 eV),且Cu3B2O6的禁带宽度较窄(Eg=2.34 eV),不仅可以发生价带顶与中间能态的电子跃迁,同时可以发生禁带间的电子跃迁,所以Cu3B2O6比CuB2O4具有更高的可见光催化性能.     

Fe-CuS/还原氧化石墨烯(RGO)的制备及其光催化性能

以氯化铜(CuCl_2·2H_2O)、硫脲((NH2)2CS,Tu)、1,2-丙二醇(1,2-PG)、氯化铁(FeCl_3·6H_2O)及氧化石墨烯(GO)为原料,通过溶剂热法制备了具有可见光活性的Fe-CuS/RGO复合材料。采用XRD、SEM、TEM、Raman、XPS、TG、UV-Vis等手段对产品进行了表征,并以亚甲基蓝(MB)为目标降解物对其可见光催化活性进行了研究。光催化结果表明:在汞灯(150 W)下照射140 min,CuS、CuS/RGO和Fe-CuS/RGO对MB的脱色率分别为41.2%、81.5%和90.6%。Fe-CuS/RGO对MB的降解效率较CuS/RGO和CuS有较大提升,可能原因是Fe元素有利于电荷在CuS与RGO界面间传输,降低了光生电子-空穴对的复合几率,进而提高了光催化活性。     

磁性二氧化钛纳米粒子的制备及其光催化性能

以硫酸钛和Fe3O4为原料, 采用共沉淀法制备了掺杂不同量Fe3O4的磁性纳米TiO2 (Fey-TiO2+x) , 通过X-射线衍射(XRD)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis) 和荧光光谱等分析手段对样品的晶体类型、光谱吸收特征和磁响应性等进行了表征;以太阳光为光源, 考察其对甲基橙的光催化降解活性. 结果表明, Fey-TiO2+x纳米粒子主要以锐钛矿相存在, 粒子的粒径约为12 nm;在8 mT外加磁场作用下, 粒子悬浮液的吸光度在12 min内减少70%, 而无外加磁场时仅减少25%, 说明Fey-TiO2+x纳米粒子具有良好的磁响应性. Fe2+和Fe3 +离子掺入TiO2 后, 使TiO2晶格形成缺陷, 使吸收带边由380 nm 红移到460 nm, 从而提高了TiO2对可见光的吸收效率. Fe的最佳掺杂量为Ti的0.05%(摩尔比), 该催化剂在240 min内对甲基橙的降解率接近100%;加入少量H2O2能显著提高Fe0.05-TiO2的光催化性能, 在20 min内对甲基橙的降解率即接近100%.     

Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2), 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能. 结果表明, 用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12 nm); Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中, 部分取代Ti4+的晶格位置, 既拓宽了TiO2的光谱响应范围, 又形成了TiO2晶体结构的缺陷, 使其表面带负电荷. 在太阳光条件下, 该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果, 且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能; 当Fe3+掺杂量为0.15%(w), 在500 ℃焙烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好, 2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93%; 重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上, 且该催化剂材料易于离心分离去除. 因此, 以该模板合成法, 通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.     

Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂的制备及其光催化性能

以Na3VO4.12H2O,AgNO3和Y(NO3)3.6H2O为原料,采用浸渍法制备了Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂,并用XRD,SEM,XPS,UV-Vis等测试手段表征了试样的结构和性能。结果显示,Y2 O3/Ag3VO4复合可见光催化剂为单斜结构,Y以Y2 O3的形式分散在Ag3VO4晶体的表面。UV-Vis测试结果表明,Y2O3/Ag3VO4较纯Ag3VO4吸收带边发生了红移,在可见光区的吸收增强;以金属卤灯(波长大于400 nm)为光源,研究了Y2O3/Ag3VO4催化剂对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能。结果发现,Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂的光催化活性较纯Ag3VO4均有大幅提高,其中Y掺杂量为4%时活性最高。     

具有可见光催化活性的Ag_3PO_4/NaNbO_3复合材料的合成与表征

采用共沉淀法制备了Ag_3PO_4/NaNbO_3复合半导体光催化剂,利用X-射线衍射、X射线光电子能谱、紫外漫反射和扫描电镜等方法对合成样品进行表征.测试了样品对亚甲基蓝溶液的光催化降解活性,复合材料的催化活性远高于单体的Ag_3PO_4和NaNbO_3.     

Z-机制磷酸银/钨酸铋复合物的构建及其可见光催化降解有机污染物(英文)

环境危害不仅对人类健康构成巨大威胁,而且也阻碍了经济社会的快速发展.光催化剂通过利用太阳能来降解污染物为环境问题提供一条理想的途径.光催化剂的制备应该考虑以下几点:(1)对可见光响应;(2)高量子效率和稳定性;(3)安全、廉价、无毒的原材料.早期的一些催化剂如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、锗酸锌和磷酸铋等在紫外线照射下表现出优秀的光催化活性.但是紫外光是稀有的,而且对人体健康有害.近年来,对宽带隙半导体的改性如掺杂、贵金属沉积、构建异质结或固溶体催化剂取得了有效进展.遗憾的是,受限于材料的固有属性,有限的改进仍然不能满足实际应用的需求.因此,探索高效稳定的可见光驱动的光催化剂依然是十分有意义的.磷酸银在可见光下表现出超强的光催化降解有机污染物和产氧的能力,但是磷酸银容易受到光腐蚀,光催化活性和稳定性很难维持.另外,磷酸银导带上的电子电势较正,这将导致其很难在光催化过程中被利用.而磷酸银导带上电子的积累会抑制其内部电子空穴对的分离,从而对磷酸银的光催化活性和稳定性造成不利影响.本文选择钨酸铋纳米片与磷酸银复合去抑制电子空穴对的复合和进一步提高磷酸银的活性和稳定性.样品的粉末X射线衍射、能谱和X光电子能谱的分析证实了磷酸银/钨酸铋复合物已经被成功合成.稳态荧光光谱证实了磷酸银/钨酸铋复合物的构建可以作为一种有效抑制电子和空穴对复合的手段.通过对样品进行光催化降解次甲基蓝的实验,我们发现磷酸银/钨酸铋复合材料展现出比磷酸银和钨酸铋更强的光催化活性.其中,磷酸银/钨酸铋光催化降解次甲基蓝的速率为0.61385 min~(-1),这是磷酸银(0.47179 min~(-1))和钨酸铋(0.10270 min~(-1))活性的1.3和6.0倍.同时,磷酸银/钨酸铋表现出耐久的稳定性,在连续五次光降解过程中几乎没有明显的活性损失.进一步通过对磷酸银/钨酸铋复合材料进行光催化活性成分的捕获实验,我们发现空穴、超氧负离子自由基和羟基自由基都发挥了一定的作用.最后,我们讨论了光催化机制,Z-机制光催化机制被认为是合理的.     

MoSe2/Ag3PO4复合材料的制备及其可见光降解罗丹明B的光催化性能

通过原位沉积法合成了一种光催化活性强、稳定性高的MoSe2/Ag3PO4复合材料。MoSe2/Ag3PO4形成的异质结构能有效分离光生电子-空穴对,从而提高光催化活性。光生电子从Ag3PO4表面向MoSe2的转移降低了Ag+向金属Ag的可能性。当MoSe2和Ag3PO4的质量分数为1∶5(最优组合)时,MoSe2/Ag3PO4在可见光照射下30 min内降解RhB效率达98%,并且经过4次重复试验,其可见光照射下RhB降解效率仍可达到89%。通过液相色谱/质谱(LC/MS)技术测定光催化过程中产物的变化,提出了MoSe2/Ag3PO4光催化降解RhB的途径。     

Ag@AgBr光催化剂的制备及其可见光催化降解亚甲基蓝反应性能

采用沉积-沉淀及光还原法制备了Ag@AgBr等离子体光催化剂,利用X射线衍射、扫描电镜和紫外-可见漫反射光谱对其进行了表征,并考察了该等离子体光催化剂在可见光(λ420nm)下的催化性能,探讨了催化剂用量、pH值、亚甲基蓝初始浓度、H2O2添加量、循环使用及捕获剂对Ag@AgBr催化性能的影响.结果表明,当亚甲基蓝的初始浓度为10mg/L,催化剂用量为1g/L,pH=9.8时,光照12min后,亚甲基蓝的降解率高达96%,且样品经5次循环使用后活性基本保持不变;而少量H2O2的添加对光催化活性影响不大,过量的H2O2会降低光催化活性;乙二胺四乙酸捕获空穴后比异丙醇捕获·OH后的光催化活性降得更低.同时,对Ag@AgBr等离子体光催化剂可见光降解亚甲基蓝的催化机理进行了分析.     

可见光辐射下富勒烯[60]–氧化铁复合催化剂的制备及光芬顿法降解有机污染物研究（英文）

采用简单的可升级的化学浸渍法,将Fe_2O_3掺杂到富勒烯[60](C_(60))上,制得C_(60)-Fe_2O_3纳米复合材料.采用了粉末X射线衍射、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜、高分辨透射电镜、紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱,对其进行了表征.结果发现,XPS数据中,Fe2p_(3/2)和Fe2p_(1/2)的XPS特征峰分别位于结合能710.9和724.1 eV处,对应Fe_2O_3的Fe~(3+).富勒烯颗粒均匀分散在Fe_2O_3纳米颗粒表面,Fe_2O_3纳米颗粒的平均尺寸大约为20–30 nm;Fe_2O_3对于可见光只有微弱的吸收,而制备出的C_(60)-Fe_2O_3纳米复合材料对于可见光有较强的吸收响应.本文将C_(60)-Fe_2O_3纳米复合光催化材料用于光催化降解50 mL,20mg/l MB和50 mL,10 mg/L苯酚实验.结果发现,在双氧水存在下和可见光(420 nm)辐射条件下,C_(60)-Fe_2O_3对上述有机污染物均有较好的降解效果.通过测定上述有机物的削减程度,评估了C_(60)-Fe_2O_3催化剂的光催化活性,通过改变实验条件,得到可见光/C_(60)-Fe_2O_3/双氧水体系的最佳光催化降解条件:在pH值为3.06~10.34的范围内,投加0.02 g催化剂,5 mol/L双氧水.结果表明,在最佳条件下,亚甲基蓝在80min内脱色率能达到98.9%,矿化率能达到71%.浸出实验的结果表明,C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂中的铁浸出量可以忽略不计.经过5次循环使用后,C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂仍具有较高的光催化活性.为了进一步验证C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂的应用广泛性,本文在可见光/C_(60)-Fe_2O_3/双氧水体系下,开展了降解RhB,MO和苯酚的试验,结果发现,该催化剂它们也具有高的降解效果.机理研究发现,C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂的高效催化能力可归因于C_(60)和Fe_2O_3的协同效应:在可见光辐射下,由于C_(60)具有独特的光敏性特征,能够接收电子并把它们转移到Fe_2O_3的Fe3d轨道,并通过一系列反应,达到Fe~(3+)/Fe~(2+)循环平衡.利用活性组分捕集实验,对光催化反应过程中的主要活性氧化剂进行了区分.结果表明,羟基自由基在整个过程中发挥了最主要的作用.     

Fe_3O_4/SrTiO_3复合光催化剂降解甲基橙

用共沉淀法制备了SrTiO3光催化剂及Fe3O4/SrTiO3复合光催化剂.通过紫外-可见漫反射光谱、XRD、SEM-EDX对其进行表征,以甲基橙为探针分子考察其光催化性能.结果表明,适量Fe3O4的掺入可明显提高Sr-TiO3光催化剂对可见光的吸收,从而增强其光催化性能;在光降解甲基橙的反应中,掺杂10%Fe3O4的SrTiO3光催化剂其催化活性是纯SrTiO3光催化剂的两倍.     

Preparation and characterization of ZnTiO<Subscript>3</Subscript>–TiO<Subscript>2</Subscript>/pillared montmorillonite composite catalyst for enhanced photocatalytic activity

ZnTiO₃–TiO₂/organic pillared montmorillonite (pMt) composite catalyst was successfully prepared in this paper by immobilizing ZnTiO₃–TiO₂ onto pMt. The composition and texture of the prepared composite catalyst were characterized by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectrometry, ultraviolet–visible light (UV–Vis) diffuse reflectance spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The photocatalytic activity was tested via photocatalytic degradation of methyl blue (MB) under both visible irradiation and UV light. The results indicated that the ZnTiO₃–TiO₂/pMt composite catalyst had an apparent absorption at the area of visible irradiation, and exhibited a higher efficiency of photocatalytic degredation of MB under visible irradiation. This was due to the heterostructure of ZnTiO₃–TiO₂, and the mesoporous structure and specific surface area of the ZnTiO₃–TiO₂/pMt composite. In addition, the results of the radical scavenging experiments showed that the holes and superoxide radicals are responsible for the degradation of MB under visible irradiation.     

一步火焰辅助热解法制备Fe掺杂嵌碳TiO2及其光催化性能

以钛酸四丁酯、无水乙醇和无水氯化铁为前驱体,通过一步火焰辅助热解法制备了Fe掺杂嵌碳TiO₂,并研究了样品的光催化活性. 利用扫描电子显微镜及能谱、X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱等对样品的形貌、组分、晶型和光吸收进行了表征,并研究了样品在紫外和可见光下的光催化活性. 结果表明,无需后续热处理可直接得到主要是锐钛矿相TiO₂的样品,Fe³⁺以替位掺杂形式进入TiO₂晶格,随掺杂量增加,样品在可见光区域的吸光度提高,吸收带边红移. Fe掺杂量（摩尔分数）小于0.2%可改善样品的光催化活性,当Fe掺杂量为0.1%时,样品在可见光和紫外-可见光照射下均显示出最高的降解亚甲基蓝速率.     

Fe2O3掺杂对WO3光催化降解有机染料X3B的影响

发展高效的可见光催化剂是太阳能化学利用的一个挑战. 本文采用简单的混合方法, 制备了WO₃和Fe₂O₃的混合物, 研究了该复合氧化物在H₂O₂存在下光催化降解有机染料X3B的活性. 实验表明, 催化剂的光催化活性与其煅烧温度和Fe₂O₃含量有关. 最佳煅烧温度和Fe₂O₃含量分别等于400 °C 和1.0% (w). 根据自由基捕获电子顺磁共振(EPR)波谱分析, 复合氧化物产生羟基自由基的量远高于Fe₂O₃和WO₃. 我们推测, 这种协同效应来源于WO₃和Fe₂O₃之间的电荷转移, 从而加快半导体光生载流子的分离和X3B的光催化降解.