过硫酸盐激活协同可见光催化降解四环素的机理和降解路径

为了提升微污染水体中抗生素的降解效率,利用过硫酸钠（PDS）激活协同手性介孔TiO₂可见光催化（PDS/vis-TiO₂）对四环素（TC）进行降解。详细对比研究了以手性TiO₂作为催化剂的PDS激活（PDS/TiO₂）、可见光催化（vis-TiO₂）和PDS/vis-TiO₂三种体系中,降解污染物的活性物种和污染物降解路径等的差异。结果表明,不对称的螺旋堆积结构在手性介孔TiO₂中引入了丰富的Ti³⁺,不仅提升了其可见光响应,同时能够激活PDS生成自由基。PDS/vis-TiO₂体系中光生空穴h⁺和·OH等多种自由基可以同时参与TC的降解,5 h内其对TC去除率可达到95%以上,远超PDS/TiO₂体系（TC去除率为48.9%）和vis-TiO₂体系（TC去除率为71.1%）。PDS加入到光催化体系中,会受到光生电子的激活而产生自由基,从而消耗光生电子,提升光生空穴和电子的分离率,达到协同增强污染物的降解能力。另外PDS激活后产生自由基也会大大增加体系对TC的降解性能。密度泛函理论计算和中间产物分析结果表明,TC在PDS/vis-TiO₂体系中的降解路径包含了光生空穴h+攻击TC的降解路径,同时也包括自由基攻击TC的降解路径。     

Ag/质子化g-C3N4纳米棒材料的制备及其光催化降解性能

制备了 Ag 负载于质子化 g-C₃N₄(pCN)的纳米棒材料(Ag/pCN),对比了 g-C₃N₄(CN)、表面负载 Ag 的 CN(Ag/CN)、pCN 和 Ag/pCN在可见光条件下光催化降解亚甲蓝(MB)溶液的效果。结果表明,Ag/pCN光催化效率最高(92.63%),并且具有良好的稳定性;通过光电流-时间(I-t)曲线、Nyquist曲线、Mott-Schokkty曲线和捕获实验探究了Ag/pCN光催化降解MB的机理：虽然pCN的π共轭体系较CN发生变化,但由于形成了纳米棒,其比表面积的增加以及Ag负载的协同效应致使Ag/pCN具有优异的光催化性能。光催化过程中羟基自由基(·OH)是起主要作用的活性物质,其由光生电子(e^-)与表面吸附的 O₂反应产生以及光生空穴(h⁺)与H₂O或OH^-反应产生。     

Cu、N共掺杂TiO2纳米管光催化重整甘油制备合成气

通过碱性水热-离子交换法制备了Cu、N共掺杂TiO₂纳米管(Cu/N-TNT),对其光催化重整甘油制备合成气性能进行了研究。结果表明,Cu/N-TNT具有富含氧空位(O_V)的管状结构,N以Ti-N形式取代部分O形成杂质能级,Cu以Cu²⁺形式掺杂在催化剂晶格间隙和表面,Cu、N共掺杂促进TiO₂表面电荷有效分离,有利于其光催化重整甘油制备合成气活性和选择性的提高。紫外光照射8 h时,掺Cu量为0.15%的Cu/N-TNT催化剂上CO和H₂产量分别为7.3和8.5 mmol·g^-1,是原始TiO₂的9.1和70.8倍,n_H2/n_CO从0.52提高为1.18,n_CO/n_CO2从0.21提高至0.42。Cu/N-TNT表面N和O_V为醛类脱羰和甲酸脱水生成CO提供反应活性位点,Cu作为浅势阱提高光生电子-空穴分离效率。光生空穴(h⁺)是光催化重整甘油制备合成气过程中的主要活性物种,大量羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O₂^-)会导致甘油过度氧化,使CO选择性降低。     

石墨烯助剂与Ni(Ⅱ)活性位点协同增强TiO2制氢性能

采用水热法和低温浸渍法制备了电子助剂还原石墨烯(rGO)和界面活性位点Ni(Ⅱ)共修饰的高效TiO₂光催化剂(简称Ni(Ⅱ)/TiO₂-rGO)。制氢性能测试结果表明：相比于TiO₂和单独还原石墨烯复合的TiO₂,经还原石墨烯与Ni(Ⅱ)协同修饰后的TiO₂表现出更高的光催化制氢性能。其中,Ni(Ⅱ)/TiO₂-rGO(0.1 mol·L^-1)具有最高制氢性能,制氢速率达到77.0 μmol·h^-1,分别是TiO₂(16.4 μmol·h^-1)和TiO₂-rGO(28.0 μmol·h^-1)的4.70倍和2.75倍。还原石墨烯助剂与Ni(Ⅱ)活性位点协同增强制氢性能的原理是：还原石墨烯作为电子助剂可以快速捕获和传输电子,Ni(Ⅱ)作为界面活性位点可以从溶液中捕获H⁺,提高界面反应速率,2种助剂协同作用加快了TiO₂上的光生电子-空穴对的有效分离。     

Ag/质子化g-C3N4纳米棒材料的制备及其光催化降解性能

制备了 Ag 负载于质子化 g-C₃N₄(pCN)的纳米棒材料(Ag/pCN),对比了 g-C₃N₄(CN)、表面负载 Ag 的 CN(Ag/CN)、pCN 和 Ag/pCN在可见光条件下光催化降解亚甲蓝(MB)溶液的效果。结果表明,Ag/pCN光催化效率最高(92.63%),并且具有良好的稳定性;通过光电流-时间(I-t)曲线、Nyquist曲线、Mott-Schokkty曲线和捕获实验探究了Ag/pCN光催化降解MB的机理：虽然pCN的π共轭体系较CN发生变化,但由于形成了纳米棒,其比表面积的增加以及Ag负载的协同效应致使Ag/pCN具有优异的光催化性能。光催化过程中羟基自由基(·OH)是起主要作用的活性物质,其由光生电子(e^-)与表面吸附的 O₂反应产生以及光生空穴(h⁺)与H₂O或OH^-反应产生。     

BiOI/Bi2WO6对甲基橙和苯酚的光催化降解及光催化机理

采用简单的沉积方法制备了不同碘化氧铋含量的BiOI/Bi₂WO₆光催化剂,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(HR-TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)和BET比表面积测量对其进行了表征。在紫外和可见光的照射下,使用甲基橙和苯酚的光催化降解评价了BiOI/Bi₂WO₆催化剂的光催化性能。结果表明：与商业P₂₅和纯Bi₂WO₆相比,13.2%BiOI/Bi₂WO₆光催化剂具有更高的紫外和可见光催化性能。这明显增加的光催化活性主要归功于光生电子和空穴在Bi₂WO₆和BiOI界面上的有效转移,降低了电子-空穴对的复合。基于BiOI和Bi₂WO₆的能带结构,提出了光生载流子的一种转移过程。自由基清除剂的实验表明,OH,h⁺,O₂和H₂O₂,特别是h⁺,共同支配了甲基橙和苯酚的光催化降解过程。     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附-脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。     

TiO2纳米管双室光电化学池光催化制氢的研究

以阳极氧化法在纯钛表面制备了高度有序的TiO₂纳米管阵列,并通过SEM观察其表面形貌。采用双室光电化学池制氢体系,利用太阳光照TiO₂产生的光电压与双室电解液pH差产生的化学偏压的协同效应,不施加外加电压,可直接在阴极室还原制取氢气。通过在碱性电解液中添加乙二醇为电子给体,将光解水制氢与有机物的降解耦合为一体,提高太阳能的利用率,同时考察了阳极室电解液中添加不同含量乙二醇对TiO₂纳米管光阳级的光电化学性能及产氢量的影响。实验结果表明,乙二醇的添加降低了光生电子-空穴对的复合几率,使TiO₂纳米管的光电流、光电压、产氢量得到显著提高。当添加乙二醇的浓度为10vol%时光电流达到13.7mA·cm^-2,无外加电压条件下,双室光电化学池中的产氢速率最高达到3.8μmol·min^-1·cm^-2。     

BiOBr/g-C3N4 S型异质结无H2O2光-自芬顿高效催化降解RhB

通过焙烧-超声混合法成功地制备了BiOBr/g-C₃N₄ S型异质结复合光催化剂。采用多种表征手段对样品物理属性进行了表征,包括X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-VisDRS)。研究了所制备样品有/无Fe³⁺的光-自芬顿催化/光催化降解罗丹明B (RhB)性能。通过捕获实验确定了光催化反应中的主要活性物种,提出了光-自芬顿反应的降解机理。研究结果表明,BiOBr/g-C₃N₄ S型异质结能原位生成H₂O₂,添加Fe³⁺后,H₂O₂被原位活化成活性物种且光生电流和载流子分离效率获得显著提高。该光-自芬顿过程能高效降解RhB,其反应速率常数为0.208 min^-1,约为无Fe³⁺光催化反应速率常数的5.3倍,在光-自芬顿循环使用过程中表现出良好的稳定性。Fe³⁺的加入促进了光生电荷的分离和H₂O₂的活化,超氧阴离子自由基(·O₂^-)、空穴和羟基是光-自芬顿催化过程中的主要活性物种,且·O₂^-作用更大。     

Performance of a photocatalytic hybrid system coupled with a stainless steel membrane for removal of humic acid

The objective of this study was to evaluate the performance of a photocatalysis/H₂O₂/metal membrane hybrid system in the degradation of humic acid. A metal membrane of nominal pore size 0.5 μm was used in the experiment for separation of TiO₂ particles. Hydrogen peroxide was tested as an oxidant. The efficiency of removal of COD_Cr and color increased rapidly for initial hydrogen peroxide concentrations up to 50 mg L⁻¹. The efficiency of removal of COD_Cr and color by 50 mg L⁻¹ initial hydrogen peroxide concentration was approximately 95 and 98%, respectively. However, addition of hydrogen peroxide over 50 mg L⁻¹ inhibited the efficiency of the system. Addition of hydrogen peroxide to a UV/TiO₂ system enhanced efficiency of removal of COD_Cr and color compared with no addition of hydrogen peroxide. This may be ascribed to capture electrons ejected from TiO₂ and to the production of OH radicals. Application of the metal membrane in the UV/TiO₂/H₂O₂ system enhanced the efficiency of removal of COD_Cr and color because of adsorption by the metal membrane surface and the production of OH radicals. By application of a metal membrane with a nominal pore size of 0.5 μm, TiO₂ particles were effectively separated from the treated water by metal membrane rejection. The photocatalytic metal membrane had much less resistance than the humic acid, TiO₂, and humic acid/TiO₂ because of the degradation of humic acid by the photocatalytic reaction.     

Photocatalytic Oxidation of HMF under Solar Irradiation: Coupling of Microemulsion and Lyophilization to Obtain Innovative TiO2-Based Materials

The photocatalytic oxidation of biomass-derived building blocks such as 5-hydroxymethylfurfural (HMF) is a promising reaction for obtaining valuable chemicals and the efficient long-term storage of solar radiation. In this work, we developed innovative TiO₂-based materials capable of base-free HMF photo-oxidation in water using simulated solar irradiation. The materials were prepared by combining microemulsion and spray-freeze drying (SFD), resulting in highly porous systems with a large surface area. The effect of titania/silica composition and the presence of gold-copper alloy nanoparticles on the properties of materials as well as photocatalytic performance were evaluated. Among the lab-synthesized photocatalysts, Ti₁₅Si₈₅ SFD and Au₃Cu₁/Ti₁₅Si₈₅ SFD achieved the higher conversions, while the best selectivity was observed for Au₃Cu₁/Ti₁₅Si₈₅ SFD. The tests with radical scavengers for both TiO₂-m and Au₃Cu₁/Ti₁₅Si₈₅ SFD suggested that primary species responsible for the selective photo-oxidation of HMF are photo-generated electrons and/or superoxide radicals.     

Degradation of tetracycline hydrochloride by ultrafine TiO2 nanoparticles modified g-C3N4 heterojunction photocatalyst: Influencing factors,products and mechanism insight

The unique heterojunction photocatalyst of graphite carbon nitride（g-C₃N₄） modified ultrafine TiO₂（gC₃N₄/Ti O₂） was successfully fabricated by electrochemical etching and co-annealing method. However,the effects of various environmental factors on the degradation of TC by g-C₃N₄/Ti O2and the internal reaction mechanism are still unclear. In this study, the effects of initial p H, anions, and cations on the ph...     

BiOBr/g-C3N4 S型异质结无H2O2光-自芬顿高效催化降解RhB

通过焙烧-超声混合法成功地制备了BiOBr/g-C₃N₄S型异质结复合光催化剂。采用多种表征手段对样品物理属性进行了表征,包括X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)。研究了所制备样品有/无Fe³⁺的光-自芬顿催化/光催化降解罗丹明B(RhB)性能。通过捕获实验确定了光催化反应中的主要活性物种,提出了光-自芬顿反应的降解机理。研究结果表明,BiOBr/g-C₃N₄S型异质结能原位生成H₂O₂,添加Fe³⁺后,H₂O₂被原位活化成活性物种且光生电流和载流子分离效率获得显著提高。该光-自芬顿过程能高效降解RhB,其反应速率常数为0.208 min^-1,约为无Fe³⁺光催化反应速率常数的5.3倍,在光-自芬顿循环使用过程中表现出良好的稳定性。Fe...     

Ternary BiOBr/TiO2/Ti3C2Tx MXene nanocomposites with heterojunction structure and improved photocatalysis performance

The rational design and construction of heterojunction structure is an effective strategy to improve the photocatalytic performance. Herein, a series of BiOBr nanosheets-immobilized TiO₂/Ti₃C₂T_x MXene hybrid materials with heterojunction structure were synthesized by a facial one-step hydrothermal method. The ternary composites show outstanding performance as photocatalysts for the degradation of rhodamine B due to the optimized synergetic effects of BiOBr, TiO₂ and Ti₃C₂T_x. The improved photocatalytic performance is remarkably attributed to the construction of a heterojunction between TiO₂ and BiOBr due to their well-matching of energy band position, which can enhance the absorption for visible light and promote the transfer of photo-generated charge carriers. Moreover, Ti₃C₂T_x acts as an electron trap to further accelerate the separation of photo-generated electrons and holes.     

TiO2光催化剂的形貌与晶面调控

二氧化钛（TiO₂）具有化学稳定性高、无毒、价格低廉、来源广泛及光电性能优异等优点,被广泛应用于太阳能电池和光催化等领域,尤其是在污染物的光催化降解方面,可很好地解决当前的环境污染问题。但一方面受带隙宽度限制,使其对太阳光的利用率不足5%,不能充分利用太阳光中的可见光;另一方面由于光生电子-空穴容易结合,催化效率低,从而使TiO₂的实际应用受到限制。因此必须采取合适的措施,一方面要增强TiO₂对可见光的吸收,提高对太阳光的利用率;另一方面要抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化效率。目前越来越多的科学家通过控制TiO₂的形貌、晶型、特殊晶面暴露等手段来提高TiO₂光生电子-空穴的传输速率和光电转换效率。本文主要综述了近年来在TiO₂光催化剂的特殊形貌和特殊晶面暴露等方面的研究进展,对未来的研究和发展方向作了展望。     

TiO_2光催化剂的形貌与晶面调控

二氧化钛(TiO2)具有化学稳定性高、无毒、价格低廉、来源广泛及光电性能优异等优点,被广泛应用于太阳能电池和光催化等领域,尤其是在污染物的光催化降解方面,可很好地解决当前的环境污染问题。但一方面受带隙宽度限制,使其对太阳光的利用率不足5%,不能充分利用太阳光中的可见光;另一方面由于光生电子-空穴容易结合,催化效率低,从而使TiO2的实际应用受到限制。因此必须采取合适的措施,一方面要增强TiO2对可见光的吸收,提高对太阳光的利用率;另一方面要抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化效率。目前越来越多的科学家通过控制TiO2的形貌、晶型、特殊晶面暴露等手段来提高TiO2光生电子-空穴的传输速率和光电转换效率。本文主要综述了近年来在TiO2光催化剂的特殊形貌和特殊晶面暴露等方面的研究进展,对未来的研究和发展方向作了展望。     

Enhanced photocatalytic activity of SiC modified by BiVO4 under visible light irradiation

SiC-BiVO₄-P and SiC-BiVO₄-H composites have been prepared by precipitation method and hydrothermal method, respectively. Rod-like BiVO₄ particles dispersed on the surface of micro-sized SiC particles homogeneously in SiC-BiVO₄-H. Due to the formed heterostructure between BiVO₄ and SiC, photo-generated electrons and holes were effectively separated. Under visible light irradiation, SiC-BiVO₄-H exhibited the best performance for photocatalytic oxidation of Rhodamine B, achieved about 7.5 times improvement in photocatalytic degradation rate constants compared with that of the pristine SiC powder. The possible photocatalysis mechanism of SiC/BiVO₄ related to the band positions of the semiconductors under visible light irradiation was also discussed in detail. In addition, the radicals trapping experiments revealed that all three radicals (holes, OH, and O₂^?) play an important role in the Rhodamine B degradation.