压力诱导相变原位构建BiVO4/Bi0.6Y0.4VO4型异质结增强光催化全解水性能

光催化完全分解水制氢是一个在粉末颗粒中实现多个串行物理化学步骤的复杂反应过程.这一过程在理论上具有体系简单、成本低、易操作等特点.然而,单步光激发系统中通常存在严重的光生载流子复合,这极大地制约了光催化的整体效率.利用能带结构不同的半导体合理构建异质结催化剂被认为是解决这一难题的重要途径之一.特别是近年来,S型异质结概念的提出为设计异质结结构以及分析不同半导体之间的载流子迁移问题提供了新的思路.本文以小粒径BiVO₄/Bi_0.6Y_0.4VO₄(BYV)为研究对象,首先利用"共沉淀-晶化"的方法制备了BYV固溶体纳米颗粒,随后利用压力诱导固溶体中四方相钒酸铋结构转变为单斜相,从而构建了BiVO₄/Bi_0.6Y_0.4VO₄复合光催化剂.XRD,Raman,HRTEM,HAADF-EDS的结果表明,经过高压后处理的BYV固溶体表面会出现粒径约为5 nm单斜钒酸铋纳米颗粒,实现了原位构建异质结结构.随后载流子动力学的相关表征以及Au选择性光沉积的结果表明,在光照条件下,所构建异质结中的光生电子主要分布在BYV固溶体上,而在表面形成的单斜相钒酸铋颗粒主要起到了类似"空穴"捕获的作用.这种在异质结中的载流子迁移路径符合S型异质结机理.电化学、稳态荧光光谱以及瞬态荧光光谱的表征结果表明,相比于单一固溶体,在S型异质结这种两步激发系统中所存在的载流子迁移路径能够大幅促进光生载流子分离,从而提高了小粒径BYV的光催化完全分解水性能.综上,构建S型异质结是一种解决小粒径光催化剂中载流子分离能力差的有效途径.同时,压力诱导材料晶型转变实现原位构建异质结的制备方法也为提高光生载流子分离效率提供了新的研究思路与机遇.     

S型异质结H2O2光催化剂的研究进展(英文)

随着现代经济和工业的快速发展,传统化石能源的过度开发和消耗造成了日益严重的环境污染和能源危机,极大地威胁着我们的健康和生活。我们需要开发新的可持续技术来解决日益恶化的环境和能源问题。太阳能作为一种绿色、可持续的清洁能源,在过去几十年中受到了广泛的关注。因此,开发和利用太阳能对解决当前面临的问题具有重要意义。半导体光催化技术是一种太阳能驱动的半导体材料表面催化反应过程,可利用太阳能并将其转化为其他能源,用于进一步的能量存储和应用。目前,制备高效稳定的光催化剂仍然是一个巨大的挑战。最近,为了解决传统异质结光催化剂电荷转移过程中的缺点和不足,一种新型梯形(S型)异质结概念被首次提出。S型异质结不仅有效地解决了电荷转移问题,实现了载流子的快速分离,而且保留了光催化体系最强的氧化还原能力,提高其光催化性能。到目前为止,各种S型异质结已被开发并应用于太阳能转化可用化学燃料领域以减少化石燃料的使用。此外,S型异质结也可用于降解污染物,以减少化石燃料的消耗所造成对环境恶化的影响。过氧化氢(H₂O₂)作为一种有效、多用途、绿色的氧化剂,已应用于诸多领域,包括污...     

富含光诱导氧空位Bi12O17Br2的制备及其高效光催化固氮性能

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。     

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。     

CeO2纳米纤维与Bi4O5Br2/Bi12O17Br2异质结重构及其增强可见光催化降解甲醛

在增强催化剂光催化性能的研究中,构建异质结被认为是一种有效的手段。与type Ⅱ异质结相比,type Ⅰ异质结由于界面一侧光生载流子的积累和复合几率增加而受到的关注较少。在此以type Ⅰ异质结Bi₄O₅Br₂/Bi₁₂O₁₇Br₂为例,探索提高异质结光催化性能的方法。采用简单、方便的一步水热法,在较低温度下制备了Bi₄O₅Br₂/Ce O₂/Bi₁₂O₁₇Br₂复合纳米纤维。结果表明,所制备的Bi₄O₅Br₂/Ce O₂/Bi₁₂O₁₇Br₂复合光催化剂具有最佳的光催化降解甲醛性能,可见光下照射8 h,甲醛降解率达到87%,相较于Bi₄O₅Br₂/Ce O₂,Bi₁₂O₁₇Br₂/Ce O₂和纯Ce O₂纳米纤维,降解率分别提升了25%,30%和52%。     

Bi2Ti2O7/TiO2/Bi4Ti3O12多异质结的构筑及其增强的可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为基质,硝酸铋为铋源,KOH为矿化剂,成功制备了多异质结Bi₂Ti₂O₇/TiO₂/Bi₄Ti₃O₁₂复合纳米纤维光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等一系列表征,对其物相组成、微观形貌和光学性质等进行分析。结果表明：TiO₂纳米纤维的介入,将Ⅰ型异质结Bi₂Ti₂O₇/Bi₄Ti₃O₁₂分离为2个Ⅱ型异质结Bi₂Ti₂O₇/TiO₂和Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂。Bi₂     

表面等离子体共振效应增强S型异质结Bi2S3/TiO2光催化CO2还原性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为基质,硝酸铋为铋源,乙二醇为还原剂,采用原位水热法构筑了Bi/Bi₂S₃/TiO₂复合纤维材料。利用粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱、光电流响应、电化学阻抗谱和荧光发射光谱对复合纤维材料的形貌、结构和光电性能进行了表征和分析。在气固相反应环境下,对Bi/Bi₂S₃/TiO₂复合纤维的光催化CO₂还原性能进行了研究。结果表明,金属Bi纳米粒子和鳞片状Bi₂S₃有序构筑在TiO₂纳米纤维表面。金属Bi的表面等离子体共振(SPR)效应与Bi₂S₃/TiO₂异质结产生了协同作用,有效增强了Bi/Bi₂S₃/TiO₂的光催化CO₂还原活性,还原反应主要产物为CH₄和CH₃OH,产率分别达到4.21和9.86 μmol·h^-1·g^-1,约为Bi₂S₃/TiO₂的3倍。     

BiOCl0.5Br0.5/BiPO4双层异质结薄膜光催化剂的一步电化学法制备及性能

采用一步电化学法在金属 Bi板上成功制备了 Bi OCl_0.5Br_0.5/Bi PO₄双层异质结薄膜,并通过多种表征手段对薄膜的晶型结构、元素组成及化合价、形貌和尺寸特征、吸光性能和荧光强度进行了表征。结果表明,制备得到的复合薄膜呈现出上层为梭子状的 Bi PO₄颗粒层分散在下层为 Bi OCl_0.5Br_0.5固溶体层的双层结构。这样的双层膜排列顺序使得光生电子和空穴在不同组分之间的界面电场作用下分别向薄膜两侧流动,促进光致载流子的分离,提高了 Bi OCl_0.5Br_0.5/Bi PO₄复合薄膜的光催化活性。活性测试结果表明,在模拟太阳光照射 120 min 后,Bi OCl_0.5Br_0.5/Bi PO₄复合薄膜对苯酚的降解率达到了 99.97%,是相同条件下制备的 Bi OCl/Bi PO₄和 Bi O...     

PANI诱导ZnO@ZnWO4构建双S型异质结用于光催化CO2还原

以ZnO和ZnWO₄为代表的Zn基半导体材料是目前广泛研究的光催化剂,然而其存在电子-空穴对易复合和导带电位偏高等结构问题,致使其不具备光催化CO₂还原活性.本文以静电纺丝技术制备的具有特定形态聚苯胺（PANI）纤维作为复合单元,硝酸锌为锌源,氢氧化钠和氨水为矿化剂,成功制备了ZnO@ZnWO₄/PANI复合纤维光催化材料.采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光光谱（PL）等对复合纤维材料的物相组成、微观形貌和光电性能等进行表征.通过电子顺磁共振和光催化性能测试,确定ZnO@ZnWO₄/PANI形成的双S型异质结,不仅促进了光生电子-空穴对的有效分离,而且降低了ZnO@ZnWO₄的还原电位,并具有光催化CO₂还原活性.模拟太阳光照3 h, CH₄和CO的生成速率分别达到11.88和3.02μmol·g^-1·h^-1.     

空位工程调控中空结构ZnO/ZnS S型异质结用于高效光催化产氢

利用太阳能驱动半导体光催化分解水产氢是应对能源短缺和环境污染的有效解决方案之一.ZnO因其成本低、化学稳定性良好和环境友好等优点,在光催化领域备受关注.然而,单一ZnO存在光生载流子易复合和光吸收范围窄的本征缺陷,严重阻碍了其进一步应用.针对这些问题,通过形貌调制、空位引入、S型异质结的构建等策略,可实现光生载流子的有效分离和转移,拓宽光吸收范围,同时保留光催化反应中电子和空穴的强氧化还原能力,从而有效增强光催化性能.本文以溶剂热法合成的中空结构ZnO为基底,通过离子交换和煅烧处理方法制备了具有氧和锌双空位的中空ZnO/ZnS S型异质结光催化剂(VO,Zn-ZnO/ZnS).X射线粉末衍射、拉曼光谱、扫描电镜、透射电镜以及非原位X射线光电子能谱等表征证实了VO,Zn-ZnO/ZnS异质结光催化剂的成功制备.电子顺磁共振光谱测试结果表明,ZnO/ZnS异质结中存在氧和锌双空位.紫外-可见漫反射结果表明,空心结构、双空位的引入以及异质结的构建明显提高了太阳光的利用率.结合莫特-肖特基曲线、X射线光电子能价带谱和紫外光电子能谱等表征结果,确定了ZnO和ZnS的能带结构和费米能级位置.利用光电性能、接触角和表观活化能等分析了VO,Zn-ZnO/ZnS异质结光催化产氢性能提升的原因.密度泛函理论计算、原位X射线光电子能谱和电子自旋共振光谱验证了该异质结的电荷转移路径遵从S型机制.在模拟太阳光照射下,最佳配比的VO,Zn-ZnO/ZnS异质结的最大光催化产氢速率为160.91 mmo1 g-1 h-1,分别约为纯ZnO和ZnS的643.6倍和214.5倍.此外,为了提高光催化剂的可回收性和可重复利用性,构建了VO,Zn-ZnO/ZnS异质结水凝胶,仍保持较好的光催化产氢活性.综上所述,在此光催化体系中,空心结构和空位的引入提高了太阳光的利用率.此外,氧和锌空位分别作为光生电子和空穴的捕获位点,有利于促进光生载流子的分离.同时,S型电荷转移机制不仅提高了光生载流子的分离和转移效率,而且还保持了其强的氧化还原能力.本研究利用空位工程为构建高效S型异质结用于光催化分解水产氢提供了一种新思路.     

用于太阳光催化反应的空位工程

空位是一种点缺陷,广泛存在于非化学计量比的半导体光催化材料的晶格中.不同于其它研制复杂结构和组成的新型光催化剂的策略,空位工程设计方法可以基于传统的,由丰量元素组成的光催化剂进行表面或体相晶格的空位调控,以获得宽谱响应的高效光催化材料.该方法具有不引入杂质元素、成本低廉、方法简便等优点,且通过表面化学吸附作用可以耦合热催化和光催化过程,以实现增强的选择性光催化反应.空位的表征技术包括元素分析,扫描隧道显微镜,催化发光,光致发光或顺磁共振等直接和间接观测技术.近期正电子湮没谱发展成为一种研究空位的重要手段.这种方法可以区分不同位置(如体相和表面)和不同形式(如单一空位或联合空位)的空位并确定其相对浓度,从而用于探索空位影响光催化活性的规律.氧、氮、硫和卤素原子空位均属于阴离子空位.氢化处理法可以在光催化剂晶格中形成高浓度氧空位,并导致纳米材料表面层的晶格混乱.处理后光催化剂的光学吸收拓展到近红外区,电子给体浓度大大提高,促进了电子输运和界面电荷的迁移与分离;然而,可见光区的吸收对增强的光催化活性没有贡献.氧空位还可以作为活性位点吸附和解离反应物,促进电子从催化剂到吸附质间的转移,甚至直接参与到光催化和光化学反应中.富含氧空位的WO3可以耦合热催化和光催化反应促进CO2的选择性还原,或者利用近红外光活化分子氧并选择性氧化胺.氮空位是含氮的n型半导体光催化材料的本质属性.石墨氮化碳中的氮空位有助于促进电荷分离,同时可以作为化学吸附位用于选择性吸附,活化和还原氮气,因此富含氮空位的光催化剂在还原含氮化合物方面具有应用潜力.由于卤素原子在层状卤氧化铋的层间以较弱的范德华力存在,该类化合物容易形成卤原子空位.通过热处理碘氧化铋可以获得活性增强的含碘空位化合物.空位的出现导致带隙变宽和价带下移,光生空穴氧化能力提高,从而获得更好的光催化活性.传统的n型半导体光催化剂中难以形成阳离子空位.理论研究表明,含阳离子空位的TiO2具有一系列优点,包括电子传输性能提高,载流子复合受到抑制等.并且钛空位可以作为表面活性位促进水的吸附和离解,从而提高光解水效率.含钛空位的p型TiO2可以通过焙烧甘油化的前驱体制备,钛空位的出现使得光解水和催化降解有机物活性均大幅提高.含碳空位的石墨氮化碳不仅表现出增强的光催化活性,同时能够提高氧吸附并促进两电子还原氧气产生H2O2的反应过程.铋空位能够有效提高铋基光催化剂BiPO4和Bi6S2O15的活性.二维纳米材料的晶面和厚度可以影响表面空位的组成和浓度.BiOCl纳米片的表面是以铋空位为主,而超薄的BiOCl纳米片则是以铋氧联合空位为主,从而表现更优异的光催化活性.最近研究者在含空位的高性能光催化剂制备以及性能调控规律方面取得了长足进展,今后还将继续发展先进的表征技术,进一步研究空位的调控和稳定化手段,并全面理解空位对光催化反应的影响基本规律.空位工程将在半导体光催化技术中发挥更加重要的作用.     

具有高光催化活性的黑色TiO2（B）/锐钛矿双晶TiO2-x纳米纤维

高效TiO2基光催化材料的开发一直是催化领域的研究热点,主要的策略是如何有效地分离光生载流子.制备多晶相的TiO2材料可引入异质/相结结构使电子与空穴朝不同方向移动,从而避免电子与空穴复合;另外,在TiO2中掺杂其他金属或非金属也可以有效地降低电子与空穴的复合率,掺杂的元素作为电子捕获阱俘获光生电子,以实现电子空穴的有效分离.近些年,作为一种全新的掺杂剂,氧空穴可以有效改善TiO2的光催化活性,所制TiO2具有可见光的全光谱吸收能力,因此该类TiO2呈现出黑色.通过上述方法均可以制备出高活性TiO2基光催化材料,如果能够将这些方法耦合一起,则可能制备出活性更高的光催化剂.因此,本文将异相结结构和空穴掺杂耦合起来,用多孔钛酸盐衍生物在H2中高温焙烧制得一种全新的黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维.不同于其他TiO2基光催化材料,该样品仅由Ti和O元素组成,通过Ti和O元素的组合,形成了双晶结构和空穴掺杂两种特殊的结构,借助场发射(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气物理吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)等表征分析了样品的结构及其光催化性能间构效关系. FESEM结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x为长1–5mm、宽0.2mm的纤维结构, Raman结果表明,锐钛矿相在特征波段(140 cm–1左右)和TiO2(B)的特征波段(220–260 cm–1)均发生蓝移,说明该两相中均存在氧空穴;该样表面未检测到Ti3+,因此氧空穴可能分散在TiO2(B)和锐钛矿相的体相中.根据黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x和白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2的失重差,估算出前者的O/Ti原子比为1.97.光催化降解甲基橙实验结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x的光催化活性是白色双晶TiO2的4.2倍,锐钛矿TiO2的10.5倍,且连续反应10次后未出现失活现象,显示出了良好的光催化稳定性.前期,我们已经证明了白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2由于具有TiO2(B)和锐钛矿的异相结结构,致使其电子空穴有效地分离,从而表现出优异的光催化活性;本文的PL结果显示,由于氧空穴的引入,异相结与氧空穴两者共同作用,进一步促进了黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x电子与空穴的有效分离,因此黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x表现出高的光催化活性.由于其特殊的结构,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维将在环境与能源领域表现出良好的应用前景.     

CeO2基固溶体氧缺位拉曼光谱表征的研究进展

总结了拉曼光谱表征CeO2基固溶体中氧缺位的研究成果,评述了氧缺位的生成和影响氧缺位浓度观察值的因素,并提出了亟待解决的问题.CeO2基固溶体的拉曼谱图中出现三个重要的特征拉曼峰(465、560、600cm-1),一般分别归属于CeO2的F2g振动模式、氧缺位和MO8型缺陷物种.研究发现氧缺位的产生与掺杂金属离子价态有关,而MO8型缺陷物种的产生与掺杂金属离子半径有关.CeO2基固溶体中氧缺位浓度观察值(AD/AF2g)与样品吸光度和表面富集有关.原位拉曼光谱研究表明:气氛及温度影响CeO2基固溶体的吸光度变化,从而影响拉曼光谱采样深度,导致氧缺位浓度观察值的变化.     

原位制备具有增强光催化活性的S型Bi2Se3/g-C3N4光催化剂

光催化氧化是一种应用前景良好的环境治理技术.与絮凝、物理吸附和化学氧化等常见的方法相比,光催化氧化具有环境友好、氧化完全、方便和廉价等优势.特别是可见光光催化氧化,可利用太阳能中占比最高的可见光,在应用中更具优势.因而,探索可见光响应性能优异的光催化剂一直是光催化氧化领域的一个重要研究内容.硒化铋(Bi₂Se₃)是一种带隙(带隙宽度在0.3~1.3 e V)非常窄的半导体,能吸收全部波长范围的可见光和近红外光.此外,Bi₂Se₃还具有独特的金属表面态,其表面具有良好的导电性.这些特性使其在可见光光催化氧化领域具有很大的应用潜力.然而,由于Bi₂Se₃价带位置高,氧化能力很弱,其价带上的空穴在光催化反应中难以被消耗,导致空穴大量累积,并迅速与光生电子复合,大幅降低了Bi₂Se₃的光催化性能.因此,一直以来,Bi₂Se₃很少被用于光催化反应.如何充分利用Bi₂Se₃的光响应优势,制备出性能优异的光催化剂,仍是具有挑战性和吸引力的研究方向.本文采用预先制备的Bi2O3/g-C₃N₄复合物作为前驱体,通过原位转化的方法,将前驱体置于热的Se蒸汽中,使前驱体上的Bi2O3与Se蒸汽反应,完全转化为Bi₂Se₃纳米颗粒,从而制得Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂(Bi₂Se₃含量约为4 wt%).透射电镜结果表明,所形成的Bi₂Se₃纳米颗粒较均匀地分布在g-C₃N₄表面.表面功函数分析发现,Bi₂Se₃与g-C₃N₄结合后,它们的费米能级分别由原来的-0.55和-0.18 e V变为平衡时的-0.22 e V,可形成指向g-C₃N₄的内建电场,有利于形成梯型(S型)异质结.在此基础上,能级位移、荧光分析、结构计算和反应自由基测试等结果表明,Bi₂Se₃和g-C₃N₄之间形成了S型异质结.在可见光光催化降解苯酚的实验中,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合物的光催化活性明显优于单一的Bi₂Se₃和g-C₃N₄.结合比表面、孔结构、光吸收和荧光等对比分析,认为Bi₂Se₃/g-C₃N₄的这种S型异质结构在其光催化活性增强中起到了关键作用.在光照条件下,其g-C₃N₄导带中光生电子向Bi₂Se₃的价带迁移,并与光生空穴复合,从而使Bi₂Se₃导带上可保留更多的高活性光生电子参与光催化反应,由此Bi₂Se₃/g-C₃N₄的光催化活性增强.循环性能测试和光还原实验结果表明,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有良好的稳定性.本文工作为高可见光吸收的光催化剂制备和性能增强提供了新途径和新视野.     

焙烧与预处理条件对 Co3O4 催化氧化 CO 性能的影响

采用沉淀法制备了 Co₃O₄, 考察了焙烧和预处理条件对其结构、低温催化氧化 CO 性能的影响. 热重分析表明, 未经焙烧的样品以 Co(OH)₂CO₃ 的形式存在, 150~400 ^oC 空气气氛中焙烧后, 样品以立方相 Co₃O₄ 的形式存在. N2 吸附-脱附法、X 射线衍射、透射电镜及活性测试结果表明, 以纳米颗粒物存在的 Co₃O₄ 的比表面积、颗粒尺寸、催化氧化 CO 活性与焙烧温度密切相关. 正电子湮没寿命谱、O₂-程序升温脱附与定温条件下 CO 氧化测试结果表明, 合适温度 (150~250 ^oC) 下 N₂ 预处理有利于 Co₃O₄ 表面氧空穴团的形成, 它在吸附活化分子氧以及 CO 催化氧化反应中起到关键作用. 同时讨论了预处理作用下Co₃O₄表面氧空穴的再构机制.     

625 nm低能量光子作用下WO3-x光催化烯烃异构化

烯烃异构化广泛用于合成药物、高强度材料和精细化学品.近年来,光催化烯烃异构化的发展解决了传统烯烃异构化的设备腐蚀、活性和选择性较差等问题.如Pd@TiO2和Pd配合物均可用于烯烃的光催化异构化,但仅对烯丙基苄基衍生物有效.K(o)nig等利用可见光、Co(acac)2和合适的配体实现了烯烃位置可控的异构化,但该反应仅限于末端烯烃.因此,需要开发一种简单高效的光催化烯烃异构化方法,一方面可以通过光催化烯烃异构化将末端烯烃或内烯烃转化为一个或多个位置异构化产物,将石油衍生物中存在的烯烃混合物转化为有价值的单一烯烃产品,另一方面能够大幅提高光催化烯烃异构化的效率.本文研究发现,在625 nm光照射下,氧缺陷WO3-x表现出较好的催化1-癸烯异构化活性.该催化剂不仅可以将各种链状和环状末端烯烃转化为相应的内烯烃异构体,而且能够将内烯烃混合物转化为单一末端烯烃产品.通过控制烯烃碳链的长度可以得到热力学和动力学异构化产物,当烯烃的碳数小于13时,主要得到动力学产物.在无光照时没有检测到产物,说明只有在光照下反应才能进行.WO3-x的氧缺陷使WO3-x的漫反射紫外可见(DR UV-vis)光谱在大于450 nm时出现了局域表面等离子体共振(LSPR)强吸收.不同波长光照下1-癸烯异构化反应转化率的变化趋势与WO3-x的DR UV-vis光谱一致,而且在625 nm红光照射下,1-癸烯的转化率最高达到99.4％,进一步说明反应是由光驱动的.625nm的光可以将WO3-x价带上的电子激发到缺陷能级,且该电子可以进一步被转移到WO3-x吸附的烯烃上(激发电子转移路径).为进一步研究氧缺陷对光催化烯烃异构化活性的影响,在300℃焙烧不同时间得到氧缺陷含量不等的WO3-x样品.X射线衍射谱、DR UV-vis光谱、X射线光电子能谱和电子顺磁共振光谱结果表明,随着焙烧时间的增加,催化剂中氧缺陷含量逐渐减少,其光催化1-癸烯异构化活性逐渐降低,证明催化剂中氧缺陷的存在可以提高其光催化性能.利用原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究了氧缺陷对烯烃表面吸附和中间体形成的影响.结果 表明,WO3-x表面氧缺陷产生的不饱和W5+位点会与烯烃配位从而原位形成表面π配合物和π-烯丙基钨中间体.通过在反应体系中添加4-叔丁基邻苯二酚证明了反应是通过自由基机理进行的.综上所述,WO3-x与625 nm红光结合,实现了烯烃的光催化异构化.通过调节烯烃的碳链长度,可得到热力学和动力学产物,且该催化体系可以将石油衍生物中的内烯烃混合物转化为单一末端烯烃产品.WO3-x的氧缺陷既可以提高其光捕获能力,又可以用作光催化烯烃异构化的吸附和活化位点.本文提供了一种利用低能量光子进行烯烃高效选择性异构化的简便方法,该方法是传统烯烃异构化方法的补充.