TiO2光催化还原CO2

光催化还原CO₂技术在CO₂的治理与利用方面有着潜在的应用价值和良好的开发前景。该文简要综述了近年来用于光催化还原CO₂反应的TiO₂光催化剂材料,包括纯TiO₂催化剂、负载型TiO₂催化剂、金属改性TiO₂催化剂、半导体复合TiO₂催化剂和有机光敏化TiO₂催化剂等,并介绍了各类催化剂光催化还原CO₂的反应性能。     

钙钛矿材料光催化还原CO2综述

利用半导体材料光催化还原CO2合成可燃物是目前解决能源危机和缓解温室效应的理想途径.本文对几种钙钛矿型材料,包括纯无机卤化物钙钛矿材料、金属有机钙钛矿材料、氧化物型钙钛矿材料和复合型钙钛矿材料在光催化还原CO2领域的应用进行了简单的归纳与总结.     

多级结构氧化锌的构筑、形貌调控及其光催化活性

分别以混合常见二锌盐为锌源,以离子液体和柠檬酸钠为表面活性剂,在绿色温和的条件下采用二次沉积法制备出多级结构氧化锌。用XRD、IR、SEM、UV-Vis、PL等表征了样品的组成、结构、形貌、光致发光性能及光催化性能。探讨了表面活性剂、阴离子、温度等因素对氧化锌形貌的影响。结果表明,由不同表面活性剂所得到样品的多级结构有较大的差异。此外,推测了在多级结构氧化锌形成过程中,阴离子和温度对样品形貌的调控作用,并对比了三种典型样品的光催化性能,其中样品-1的光催化性能最好。     

多级结构氧化锌的构筑、形貌调控及其光催化活性

分别以混合常见二锌盐为锌源, 以离子液体和柠檬酸钠为表面活性剂, 在绿色温和的条件下采用二次沉积法制备出多级结构氧化锌。用XRD、IR、SEM、UV-Vis、PL等表征了样品的组成、结构、形貌、光致发光性能及光催化性能。探讨了表面活性剂、阴离子、温度等因素对氧化锌形貌的影响。结果表明, 由不同表面活性剂所得到样品的多级结构有较大的差异。此外, 推测了在多级结构氧化锌形成过程中, 阴离子和温度对样品形貌的调控作用, 并对比了三种典型样品的光催化性能, 其中样品-1的光催化性能最好。     

CuOx/TiO2光催化水蒸气还原CO2

以商品TiO2-P25为原料,通过浸渍法负载一定量过渡金属Cu,得到一系列不同含量的CuOx/TiO2光催化剂。利用X射线衍射（XRD）,X－射线光电子能谱（XPS）,BET,高分辨率透射镜（HRTEM）,X射线荧光光谱（XRF）和光致发光光谱（PL）等方法对催化剂进行了详细表征,在自建的光催化反应器中评价了气态水光催化还原CO2反应的活性和CH4收率。结果表明负载CuOx后的TiO2纳米材料光催化性能显著提高,其中1%CuOx/TiO2样品紫外光照72 h后,CH4生成量达到了24.86 µmol•gTi-1。同时,CuOx负载量、反应温度、反应时间等因素对CH4收率均有显著影响。     

CuOx/TiO2光催化水蒸气还原CO2反应研究

以商品TiO2-P25为原料,通过浸渍法负载一定量过渡金属Cu,得到一系列不同含量的CuOx/TiO2光催化剂.利用X射线衍射(XRD),X-射线光电子能谱(XPS),BET,高分辨率透射镜(HRTEM),X射线荧光光谱(XRF)和光致发光光谱(PL)等方法对催化剂进行了详细表征,在自建的光催化反应器中评价了气态水光催化还原CO2反应的活性和CH4收率.结果表明负载CuOx后的TiO2纳米材料光催化性能显著提高,其中1%CuOx/TiO2样品紫外光照72 h后,CH4生成量达到了24.86μmol.gTi-1.同时,CuOx负载量、反应温度、反应时间等因素对CH4收率均有显著影响.     

氧化锌纳米棒的水热合成及其光催化性能

以分析纯ZnO作为锌源、NaOH为矿化剂、盐酸为反应溶液pH调节剂,利用水热反应制备了花状ZnO纳米棒;采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了产物的形貌和结构,考察了水热温度以及Zn2+和OH-浓度比对产物形貌的影响;以甲基橙为目标降解物,采用紫外-可见分光光度计研究了ZnO纳米棒的光催化性能.结果表明,在水热反应温度80℃、Zn2+/OH-浓度比1∶7.5条件下所得ZnO纳米棒呈花状聚合,直径约为200nm,长度约为2μm,具有六方纤锌矿结构.当甲基橙初始浓度为30 mg.L-1、ZnO纳米棒的投放量为1.5g.L-1时,以300W紫外灯照射150min,甲基橙的降解率可达90%.     

负载金属助催化剂MgAl-LDO/TiO2的光催化还原CO2性能

通过原位光沉积将不同贵金属Cu、Ag、Au、Pt、Rh、Pd和Cu-Pt、Cu-Pd、Pt-Pd、Au-Ag作为助催化剂负载在MgAl层状双金属氧化物(MgAl-LDO)/TiO_2催化剂表面,研究了助催化剂种类对MgAl-LDO/TiO_2的光催化还原CO_2性能的影响.结果表明:沉积Cu、Ag、Au、Rh和Ag-Au时,还原反应倾向于生成CO,而沉积Pt、Pd、Cu-Pt、Cu-Pd和Pt-Pd时,反应倾向于生成CH_4.在所选择的助催化剂体系中,Au是最佳的单一金属助催化剂,Cu-Pt则是最佳的双金属助催化剂体系.     

氧空位增强光催化还原CO2性能方面的研究进展

利用太阳能和半导体光催化剂,将CO₂光催化还原转变成碳氢燃料,是缓解温室效应、全球变暖、环境污染和能源危机等一系列问题的理想途径。 本文对氧空位增强的光催化还原CO₂反应机理进行归纳,并分别针对还原产物为C1和C2组分的光催化体系进行概括总结。 作为CO₂光催化还原过程的第一步,CO₂捕获光催化剂导带上的电子生成CO2·-是反应的速控步骤。 氧空位的引入及其带来的金属配位不饱和点,利于CO₂捕获电子生成CO2·-,进而促进CO₂光催化还原过程。 最后,提出当前氧空位增强光催化还原CO₂过程仍然存在的问题,且对发展前景进行展望。     

分级结构氧化锌的制备及形貌调控

以单一和混合锌盐为锌源, 氢氧化钠为沉淀剂, 丙氨酸和离子液体(IL)为表面活性剂, 通过水热法制备了不同形貌的分级结构氧化锌粉末. 通过X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外光谱仪(IR)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对样品进行了表征, 并探讨了锌源(单锌盐、 混合双锌盐及三锌盐)、 离子液体种类及用量、 丙氨酸用量和温度等变量对产物形貌的影响, 推测了在分级结构氧化锌形成过程中阴离子对样品形貌的调控作用.     

TiO2和ZnO表面CO光催化氧化活性研究

在TiO2和ZnO表面CO光催化氧化研究中发现,365 nm紫外光照下TiO2表面无活性,而ZnO表面却有明显的CO光催化氧化活性.研究表明,主要是由于紫外光照下,ZnO光分解而TiO2没有光分解,从而在表面产生不同吸附形态的氧所致.而且,ZnO表面CO光催化氧化反应活性可在27 h内保持稳定,暗示气相光催化反应中,ZnO不会因为光腐蚀而使其催化活性降低.     

铟掺杂调控氧化锌纳米棒长径比

利用水热法合成了铟掺杂的氧化锌(In-ZnO)纳米棒. X射线衍射(XRD)结果表明铟掺杂能导致氧化锌晶格膨胀. 扫描电镜(SEM)结果显示, 随着前驱液中铟浓度的增加, 氧化锌纳米棒的长径比先减小后增大, 在铟原子浓度为1.0% (原子分数, x), 长径比达到最小值; 随着前驱液中铟浓度继续增加, 长径比增大. 从晶体生长角度考虑, 溶液中存在四羟基铟(In(OH)₄^-)生长基元, 该生长基元可转化为铟替位掺杂(In_Zn)和羟基铟氧化物(InOOH)两种状态, 二者之间存在竞争关系, 共同引起长径比的非线性变化. 当铟原子分数小于1.0%时, In_Zn是主要存在形式, 其能破坏锌极性面, 从而抑制(002)晶面的生长. 当铟原子浓度高于1.0%时, 生成微量的InOOH, 其能起到晶粒粘结剂的作用, 促进(002)面的生长. 因此, 可以通过改变前驱液中铟的浓度, 调控氧化锌纳米棒的长径比. 本文阐述了In-ZnO的生长机理, 并提供一种制备实用的掺杂氧化锌纳米棒的方法.     

ZnO和TiO2纳米粒子的光致发光性能及其与光催化活性的关系

采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备了ZnO和TiO2及掺Zn2+的TiO2纳米粒子,用XRD和荧光光谱(FS)等手段对样品进行了表征,重点探讨了样品光致发光机制及与光催化活性的关系.结果表明,ZnO和TiO2样品在大于带隙能的光激发下均表现出明显的FS信号,热处理温度升高,FS信号强度下降,并且二者的FS信号类似,这可能与二者具有类似的电子能带结构有关,同时也说明FS信号主要源于表面氧空位以及吸附氧物种等引起的激子或表面态能级.掺杂Zn2+使TiO2纳米粒子FS信号增强,这主要与表面氧空位和缺陷等量增加有关;此外,在光催化氧化苯酚实验中,样品光催化活性与其FS信号强度顺序一致,即FS信号越强,活性越高.这是由于在光致发光过程中,FS信号主要源于表面氧空位,而在光催化反应中,表面氧空位有利于氧化反应进行.     

均一形貌的ZnO纳米棒的制备及其光催化性能研究

ZnO nanorods were synthesized from high purity Zn granule by a vapor phase deposition in the Ar + O₂ gas. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The ZnO nanorods were typically 1～2 μm in length and 20～30 nm in diameter with an aspect ratio as high as 20. The UV absorption properties were detected and the results show that the ZnO nanorods have an extremely strong absorption at 200～380 nm wavelength. The results were good when the ZnO nanorods were used as photocatalyst.     

离子掺杂氧化锌光催化纳米功能材料的制备及其应用

氧化锌是一种氧化还原电位高、激子结合能大（~60 meV）、物理和化学稳定性较好、廉价且无毒的半导体光催化剂。本文综述了掺杂氧化锌光催化剂的掺杂离子类型、制备方法、光催化效果及其作用机理。掺杂氧化锌的离子类型主要包括非金属离子单掺杂、金属离子（包括过渡金属离子和稀土金属离子）单掺杂和双离子共掺杂。离子掺杂后可在氧化锌晶格中引入更多的氧空穴或缺陷,为光致氧化反应提供更多的活性位点;或者引入杂质能级,扩大光吸收范围,增强可见光吸收能力。同时,掺杂的离子也可作为电子捕获中心,阻止光生电子-空穴对的复合,从而提高氧化锌光催化剂的性能。此外,文中还对掺杂氧化锌光催化剂在有机污染物降解、抗菌和光催化制氢等方面的应用进行了系统概述,并对其发展趋势作了展望。     

ZnO纳米粒子的表面光电压谱和光催化性能

采用焙烧前驱物碱式碳酸锌的方法制备了不同粒径的ZnO纳米粒子，而用粒径 最小的作为光催化剂，通过光还原过程分别得了贵金属质量分数为0.5%和0.75%的 Pd/ZnO或Ag/ZnO复合纳米粒子。利用XRD，TEM，XPS，SPS和EFISPS等测试技术对样 品进行了表征，并通过光催化氧化气相正庚烷评估了样品的光催化活性，考察了微 晶尺寸和贵金属Pd或Ag的沉积对ZnO纳米粒子表面光电压信号以及光催化活性的影 响，探讨了样品表面光电压谱与其光催化活性的关系，说明了可以通过表面光电压 谱的测试来初步地评估纳米粒子的光催化活性。结果表明：随着ZnO纳米微晶尺寸 的减小，其SPS信号强度逐渐变弱，而光催化活性逐渐升高；沉积适量的贵金属Pd 或Ag后，ZnO纳米粒子的SPS信号强度明显下降，而其光催化活性却有所升高。此外 ，对ZnO纳米粒子光催化剂的失活机理进行了分析。     

水热合成掺Fe氧化锌复合材料及其光催化活性

以Zn(Ac)2•2H2O、Fe(NO3)3•9H2O和NaOH为原料,采用水热法合成了Fe掺杂ZnO复合材料。并用x射线衍射和扫描电子显微镜技术对合成样品的结构和形貌进行了表征,Fe掺杂ZnO合成产物为直棒状,直径为500 nm,长度为3 µm左右。样品的紫外可见漫反射分析,在300~500 nm紫外可见光区域均有强的吸收。利用Fe掺杂ZnO作为光催化剂降解有机染料,发现对于光催化降解有机染料有较好的降解功能,且光降解性能优于纯ZnO材料。     

Hydrothermal synthesis and optical study of bunches of ZnO nanowires

Bunches of ZnO nanowires have been synthesized by hydrothermal process with the assistance of cetyltrimethylammonium bromide. The obtained bunches of ZnO nanowires are hexagonal wurtzite structures, and they exhibit orange visible emission ~600 nm. It seems the orange emission ~600 nm is due to the presence of Zn(OH)₂ on the surface of ZnO nanowires. On the basis of material information provided by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and photoluminescence, a growth mechanism is proposed for the formation of bunches of ZnO nanowires.     

Ag/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能

采用静电纺丝技术及煅烧法制备了氧化锌纳米纤维, 然后采用水热法将银纳米颗粒负载到了氧化锌纳米纤维表面. 利用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 能量色散X射线光谱(EDX)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等技术对合成的Ag/ZnO纳米纤维的结构和组成进行了表征. SEM结果表明, 直径在5~100 nm之间的银纳米颗粒附着在直径在80~330 nm之间的氧化锌纤维表面形成了异质结构. 以常见的有机污染物甲基橙、 亚甲基蓝和罗丹明B等为降解底物, 对Ag/ZnO纳米纤维的光催化性能进行了表征. 结果表明, 负载银纳米颗粒后, 复合催化剂的光催化性能明显提高.     

球形和花形ZnO纳米结构的可控制备及其光催化机理

报道了一种简单的制备球形和花形ZnO纳米结构的无模板水热法。在Zn(NO_3)_2·6H_2O与NH_3·H_2O的体系中,通过改变乙二醇和水的体积比,140℃水热反应2 h分别制备出球形和花形ZnO纳米结构。采用SEM、XRD、UV-Vis DRS和PL对其进行了表征和分析,结果表明球形ZnO纳米结构的直径为500 nm~1μm,它是由纳米颗粒自组装而成;花形ZnO纳米结构是由长度为300~700 nm,直径为100~300 nm的纳米棒组装而成。研究了乙二醇在球形和花形ZnO纳米结构形成过程中的作用并提出了可能的生长机理。室温下分别以球形和花形ZnO纳米结构为光催化剂,以偶氮染料甲基橙MO作为光催化研究对象,紫外光照2 h,对MO的降解率分别为83%和55%。以叔丁醇(t-Butanol)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为自由基和空穴的捕获剂,推测其催化机理主要为空穴氧化和自由基协同氧化历程。