氟掺杂TiO2纳米管的可见光催化活性及第一性原理计算

作为光催化技术的核心, 提高TiO₂的光催化活性和对可见光的利用率是当前光催化研究中最重要的研究课题. 为了提高TiO₂纳米管的可见光催化活性, 采用化学气相沉积法对TiO₂纳米管进行了氟掺杂. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明退火温度对于TiO₂纳米管的形貌完整性有较大影响, 当样品在550和700 °C下退火, 氟掺杂TiO₂纳米管结构受损; X射线衍射(XRD)分析表明氟掺杂对TiO₂由锐钛矿相转化为金红石相有阻碍作用; X射线光电子能谱(XPS)测试表明化学气相沉积能有效地对TiO₂纳米管进行非金属掺杂, 且该方法安全、操作简单. 氟掺杂TiO₂纳米管对甲基橙有较高的可见光催化降解活性. 第一性原理计算结果表明氟掺杂对TiO₂带隙无显著影响, 费米能级附近的F 2p轨道电子位于价带底部, 与O 2p交联作用较小, 因此对TiO₂光吸收带边影响不大. 氟掺杂能促进表面氧空穴的产生, 增加表面酸度与Ti³⁺, 有利于减少电子-空穴复合率, 从而提高其光催化活性.     

ZnIn2S4/Au纳米片阵列的制备及其可见光响应光电化学固氮特性

采用简单的水热法合成出单晶ZnIn₂S₄纳米片阵列以实现可见光响应光电化学固氮。并采用光沉积法将超细Au纳米颗粒（5 nm）沉积于ZnIn₂S₄纳米片的棱角位置处,实现了可见光俘获和载流子分离能力的同时增强。当负载合适含量的Au纳米颗粒,ZnIn₂S₄纳米片阵列的光电固氮活性由1.092 μg·cm^-2·h^-1提升至2.262 μg·cm^-2·h^-1。我们还提出一个简单模型用以阐明其性能增强机制,这也被光致发光（PL）谱和光电化学（PEC）性能结果所证实。     

制备方法对Co-MOR催化剂CH4选择还原NO性能的影响

采用离子交换法、浸渍法制备一系列的Co-MOR 催化剂, 并将其用于CH₄选择性催化还原 NO_x(CH₄-SCR)反应. 运用X 射线衍射(XRD)、X 射线荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-拉曼(UVRaman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、NO程序升温脱附(NO-TPD)等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 浸渍法制备的催化剂, Co以Co₃O₄形式存在; 而离子交换法制备的催化剂, Co以离子形式进入丝光沸石(MOR)骨架之中, 在催化剂上形成更多的Co²⁺和[Co-O-Co]²⁺, 形成更均匀NO吸附中心和CH₄-SCR反应活性中心. 催化剂活性评价表明离子交换法制备的催化剂具有更宽的活性温度区间, Co(0.30)-MOR 催化剂在327-450℃温度范围内NO转化率大于50%.     

可见光响应光催化剂Ag/AgCl@NH2-UiO-66的制备及其光催化性能

采用气相扩散-沉积-光还原法制备了可见光响应复合光催化剂Ag/AgCl@NH₂-UiO-66.通过X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见漫反射光谱及X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂的结构进行了表征.结果表明Ag/AgCl@NH₂-UiO-66具有优良的光催化活性,可见光条件下(λ≥420 nm)对20 mg·L^-1罗丹明的降解效率14 min即可达到98%.     

不同浓度Sn4+离子掺杂TiO2的结构、性质和光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备出纯TiO₂和不同浓度Sn⁴⁺离子掺杂的TiO₂光催化剂(TiO₂-Snx%, x%代表Sn⁴⁺离子掺杂的TiO₂样品中Sn⁴⁺离子摩尔分数). 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)确定了TiO₂-Snx%催化剂的晶相结构和能带结构, 结果表明: 当Sn⁴⁺离子浓度较低时, Sn⁴⁺离子进入TiO₂晶格, 取代并占据Ti⁴⁺离子的位置, 形成取代式掺杂结构(Ti_1-xSn_xO₂), 其掺杂能级在导带下0.38 eV处; 当Sn⁴⁺离子浓度较高时, 掺入的Sn⁴⁺离子在TiO₂表面生成金红石SnO₂, 形成TiO₂和SnO₂复合结构(TiO₂/SnO₂), SnO₂的导带位于TiO₂导带下0.33 eV处. 利用瞬态光电压谱和荧光光谱研究了TiO₂-Snx%催化剂光生载流子的分离和复合的动力学过程, 结果表明, Sn⁴⁺离子掺杂能级和表面SnO₂能带存在促进光生载流子的分离, 有效地抑制了光生电子与空穴的复合; 然而, Sn⁴⁺离子掺杂能级能更有效地增加光生电子的分离寿命, 提高了光生载流子的分离效率, 从而揭示了TiO₂-Snx%催化剂的光催化机理.     

太阳光下高光催化活性Pr-N-P三元掺杂锐钛矿TiO2纳米片

利用溶胶-凝胶和溶剂热联合技术制备了Pr-N-P三元掺杂锐钛矿TiO₂（PrNPTO）纳米片,并采用X射线衍射、透射电镜、N₂吸附、X射线光电子能谱、UV-vis吸收谱和光致荧光光谱分析技术对其进行了表征.当Pr掺杂量为1.75wt%,焙烧温度为550℃时,制得的PrNPTO在可见和紫外光下光催化降解亚甲基蓝（MB）活性最佳.在模拟太阳光照射下,PrNPTO也表现出优越的光催化降解4-氯酚性能（k_app=3.90×10^-2min^-1）,优于未掺杂、单掺杂和双掺杂TiO₂样品,其光活性是P25TiO₂的3.33倍（k_app=1.17×10^-2min^-1）.PrNPTO光活性的提高归因于Pr-N-P三元掺杂增强了紫外和可见光吸收,降低了光生载流子复合,增加了表面羟基以及改善了表面织构特性.在模拟太阳光照射下,PrNPTO光催化效率高且光催化性能稳定,适合于环境净化领域的实际应用.     

Ce掺杂K2La2Ti3O10催化剂的可见光高效催化制氢的研究

采用高温固相法合成了铈掺杂的K₂La₂Ti₃O₁₀催化剂, 利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征. 考察了催化剂的可见光催化分解甲醇水溶液制氢的活性, 并对可见光催化机理进行了分析. 研究表明, 铈的掺杂没有改变K₂La₂Ti₃O₁₀的微晶结构, 并使催化剂粒径有所减小. 紫外可见漫反射分析表明禁带宽度为2.3 eV左右, 对可见光具有较高吸收. XPS表明La和Ti为＋3和＋4价, 而Ce则是＋3和＋4的混合价态. 担载2 wt% Pt后, 在可见光下光催化活性大大提高, 当铈的掺杂量为0.5 mol%(即Ce取代La的摩尔百分量)时, 光催化活性达到最大, 产氢速率为0.05 mmol/h; 光照5 h后产氢量为0.22 mmol, 而纯K₂La₂Ti₃O₁₀的产氢量只有0.037 mmol.     

WS2/CuGa2O4复合材料的制备及其气敏性

采用共沉淀法制备了CuGa₂O₄纳米材料,并利用水热法制备了一系列WS₂/CuGa₂O₄复合材料。结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对制备的材料进行了物相组成、表面形貌以及元素价态的分析。研究了WS₂的复合量对 CuGa₂O₄材料检测乙醇气体敏感性能的影响。实验结果表明,当 WS₂与 CuGa₂O₄质量比为 1%时,该复合材料制备的传感器在室温下对 100 μL·L^-1乙醇气体表现出 345.3 的灵敏度,响应时间和恢复时间分别为 184 和 69 s,且最低检测限为 0.1μL·L^-1。     

Fe掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能

以硝酸铁和三聚氰胺为原料制备不同含铁量的Fe 掺杂石墨氮化碳（g-C₃N₄）. 采用X 射线衍射光谱（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）光谱、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-AES）、荧光（PL）光谱、X光电子能谱（XPS）等分析手段对制备的催化剂进行了表征. 结果表明,铁以离子形式镶嵌在g-C₃N₄的结构单元中,影响了g-C₃N₄的能带结构,增加了g-C₃N₄对可见光的吸收,降低了光生电子-空穴对的复合几率. 以染料罗丹明B的降解为探针反应系统研究了不同含铁量对g-C₃N₄在可见光下催化性能的影响. 结果表明,m（Fe）/m（g-C₃N₄）=0.14%时,制备的Fe 掺杂g-C₃N₄表现出最佳的光催化性能,120 min 内罗丹明B的降解率高达99.7%,速率常数达到0.026 min^-1,是纯g-C₃N₄的3.2 倍. 以叔丁醇、对苯醌、乙二胺四乙酸二钠为自由基（·OH）、自由基（O₂^-·）和空穴（h_VB⁺）的捕获剂,研究了光催化反应机理.     

SO42-/SnO2-Fe2O3固体酸催化下的环酮Baeyer-Villiger氧化反应及缩合反应

采用共沉淀的方法制备了不同Fe 掺杂量的SO₄^2-/SnO₂-Fe₂O₃固体超强酸催化剂. 利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 粉末X射线衍射(XRD), N₂吸附-脱附实验(BET), 热重(TG)分析和扫描电镜(SEM)等方法对样品进行了表征. 考察了所得催化剂对4-叔丁基环己酮与乙二醇缩合反应的催化性能. 实验结果表明, 与未经过掺杂改性的SO₄^2-/SnO₂固体酸催化剂相比, 改性后催化剂的催化性能得到了改善. 研究了以Fe/Sn 摩尔比为0.5的SO₄^2-/SnO₂-Fe₂O₃固体酸为催化剂, 部分醛酮类化合物与乙二醇及1,2-丙二醇的缩合反应. 考察了反应时间、催化剂用量等因素对反应的影响. 同时, 将所得催化剂应用于环酮Baeyer-Villiger 氧化反应中, 催化剂表现出良好的催化活性, 且催化剂具有一定的循环使用性.     

Effect of nitrogen-doping temperature on the structure and photocatalytic activity of the B,N-doped TiO2

B,N-TiO₂ photocatalysts were synthesized by boron doping firstly and subsequently nitrogen doping in NH₃ at variable temperatures. The effects of the nitrogen doping temperature on the structure and photocatalytic activity of the B,N-codoped TiO₂ were investigated. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), UV-vis diffuse reflectance spectrum (DRS), electron paramagnetic resonance (EPR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The photocatalytic activity was evaluated with photocatalytic degradation of methyl orange dye (MO) under visible light and UV-visible light irradiation. The results suggested that the boron and nitrogen can be incorporated into the TiO₂ lattice either interstitially or substitutionally or both, while the Ti-O-B-N structure plays a vital role in photocatalytic activity in visible light region. The optimal nitrogen doping temperature is 550 °C. Higher temperature may form many oxygen vacancies and Ti³⁺ species, resulting in the decrease of photocatalytic activity in visible light.     

Co doped ZnO nanowires as visible light photocatalysts

High aspect ratio cobalt doped ZnO nanowires showing strong photocatalytic activity and moderate ferromagnetic behaviour were successfully synthesized using a solvothermal method and characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray absorption spectroscopy (XAS), vibrating sample magnetometry (VSM) and UV–visible absorption spectroscopy. The photocatalytic activities evaluated for visible light driven degradation of an aqueous methylene orange (MO) solution were higher than for Co doped ZnO nanoparticles at the same doping level and synthesized by the same synthesis route. The rate constant for MO visible light photocatalytic degradation was 1.9·10⁻³ min⁻¹ in case of nanoparticles and 4.2·10⁻³ min⁻¹ in case of nanowires. We observe strongly enhanced visible light photocatalytic activity for moderate Co doping levels, with an optimum at a composition of Zn_0.95Co_0.05O. The enhanced photocatalytic activities of Co doped ZnO nanowires were attributed to the combined effects of enhanced visible light absorption at the Co sites in ZnO nanowires, and improved separation efficiency of photogenerated charge carriers at optimal Co doping.     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

ZnIn_2S_4的制备及其表面活性剂辅助的形貌控制生长

采用湿化学合成路线以巯基乙酸为包覆剂,水为溶剂制备了六方相ZnIn2S4。应用能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见光谱对产物的组成、结构、形貌和光学性质进行了表征。结果表明,所得到的ZnIn2S4具有层状形貌。这些层状物是由ZnIn2S4纳米粒子前驱体在热处理过程中聚集生长而成的。另外,以ZnIn2S4纳米粒子前驱体为起始原料,借助表面活性剂的导向作用在固/液界面成功地实现了ZnIn2S4的形貌控制生长,得到了具有棒状、棒簇状、管簇状形貌的ZnIn2S4。根据实验结果,初步讨论了可能的表面活性剂辅助的ZnIn2S4形貌控制生长的机制。     

Fabrication of ternary dual Z-Scheme AgI/ZnIn2S4/BiVO4 heterojunction photocatalyst with enhanced photocatalytic degradation of tetracycline under visible light

In this study, a novel ternary AgI/ZnIn₂S₄/BiVO₄(AZB) composite photocatalyst was successfully prepared by hydrothermal method and in-situ precipitation method. The as-synthesized samples were characterized by XRD, SEM, TEM, XPS and so on, and the photocatalytic activity was evaluated through photocatalytic degradation of tetracycline (TC) under visible light irradiation. When the molar ratio of Bi to Ag was 1:1, the degradation rate of TC can reach 91.44 % within 150 min. The AZB heterojunction demonstrated outstanding efficiency with the apparent reaction rate constants of 0.02118 min^?1 for TC removal, was 4.68, 3.27 and 3.27 times higher than that of pure BiVO₄, AgI and ZnIn₂S₄. Based on active species trapping experiments and ESR analysis, a dual Z-Scheme pathways among BiVO₄, AgI and ZnIn₂S₄ for effective separation of photogenerated charges was recommended. This work provided a promising insight for the design of ternary dual Z-scheme heterojunction with multilevel electron transfer to present greater photo-absorption, charge separation, and photodegradation for environmental decontamination.     

Photocatalytic degradation of organic compounds in aqueous systems by Fe and Ho codoped TiO<Subscript>2</Subscript>

Undoped, single-doped, and codoped TiO₂ nanoparticles were prepared by the sol-gel method and characterized with X-ray diffraction (XRD), the Brunauer-Emmett-Teller (BET)-specific surface area (S_BET), UV-Vis absorption spectra (UV-Vis), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Their photocatalytic activity was evaluated by methyl orange (MO) degradation in an aqueous suspension under UV or simulated solar light illumination. XRD showed that all samples calcined at 600°C preserved the anatase structure, and doping inhibited the increase of crystallite size. The BET result revealed that doping improved the surface area of TiO₂. UV-Vis indicated that Fe³⁺-doping broadened the absorption profile of TiO₂. XPS demonstrated that doping was advantageous to absorb more surface hydroxyl groups or chemisorbed water molecules. Photocatalytic degradation showed that the photocatalytic activity of TiO₂ codoped with Fe³⁺ and Ho³⁺ ions was markedly improved. This was ascribed to the fact that there was a cooperative action in the two doped elements. Fe³⁺-doping broadens the absorption profile, improves photo utilization of TiO₂, and then generates more electronhole pairs. Ho³⁺-doping restrains the increase in grain size and retards the recombination of photo-generated electrons and holes.     

Ni掺杂黄铁矿型FeS2的溶剂热合成及其可见光催化活性

以FeSO₄·7H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O和NiSO₄·6H₂O为原料,采用溶剂热法合成了Ni掺杂的黄铁矿FeS₂粉体,利用XRD、XPS、FE-SEM、UV-Vis、拉曼光谱等测试手段对所得产物进行了表征分析。结果表明,掺杂适量的Ni可促进白铁矿FeS₂向黄铁矿FeS₂的晶型转变。Ni掺杂有利于提高Ni_xFe_1-xS₂的可见光催化活性,当Ni的掺入量x为0.125时,样品的光催化性能最好。在可见光照射210 min后,亚甲基蓝的降解率为62.8%,与未掺杂FeS₂相比,其降解率提高了26.2%。     

Ni掺杂黄铁矿型FeS2的溶剂热合成及其可见光催化活性

以FeSO₄·7H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O和NiSO₄·6H₂O为原料,采用溶剂热法合成了Ni掺杂的黄铁矿FeS₂粉体,利用XRD、XPS、FE-SEM、UV-Vis、拉曼光谱等测试手段对所得产物进行了表征分析。结果表明,掺杂适量的Ni可促进白铁矿FeS₂向黄铁矿FeS₂的晶型转变。Ni掺杂有利于提高Ni_xFe_1-xS₂的可见光催化活性,当Ni的掺入量x为0.125时,样品的光催化性能最好。在可见光照射210min后,亚甲基蓝的降解率为62.8%,与未掺杂FeS₂相比,其降解率提高了26.2%。     

RGO/C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

通过半封闭一步热裂解法和改进的Hummers法分别制备了类石墨氮化碳(C3N4)和氧化石墨烯(GO),再利用光还原方法制得还原氧化石墨烯/氮化碳(RGO/C3N4)复合材料。采用X射线衍射(XRD),场发射扫描电镜(FESEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS),光致荧光(PL)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试技术对复合材料进行表征。以罗丹明B(RhB)为探针分子在可见光下考察RGO/C3N4复合材料的光催化活性,结果表明:RGO的引入显著提高了C3N4的光催化活性,且6.0%RGO/C3N4复合物的光催化活性最高,可能的原因是RGO具有优良的接受和传导电子性能,抑制了C3N4光生电子-空穴的复合机率,进而提高了光催化活性。     

RGO/C3N4复合材料的制备及可见光催化性能

通过半封闭一步热裂解法和改进的Hummers法分别制备了类石墨氮化碳(C₃N₄)和氧化石墨烯(GO),再利用光还原方法制得还原氧化石墨烯/氮化碳(RGO/C₃N₄)复合材料。采用X射线衍射(XRD),场发射扫描电镜(FESEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS),光致荧光(PL)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试技术对复合材料进行表征。以罗丹明B(RhB)为探针分子在可见光下考察RGO/C₃N₄复合材料的光催化活性,结果表明：RGO的引入显著提高了C₃N₄的光催化活性,且6.0%RGO/C₃N₄复合物的光催化活性最高,可能的原因是RGO具有优良的传导和接受电子性能,抑制了C₃N₄光生电子-空穴的复合机率,进而提高了光催化活性。