MoS_2/TiO_2纳米管阵列的一步沉积法制备及光电性能研究

本文采用阳极氧化法及循环伏安法,在TiO_2纳米管阵列上成功沉积了MoS_2纳米粒子,得到了MoS_2/TiO_2复合纳米材料。与未修饰的TiO_2纳米管阵列相比,复合MoS_2/TiO_2纳米管阵列的光电性能以及光催化性能都有明显提升。通过光电流实验结果分析,当沉积MoS_2圈数为30圈时,MoS_2/TiO_2复合纳米材料的光电流强度最强(0.35 mA/cm~2),是未修饰的TiO_2光电流强度的3.88倍(0.09mA/cm2)。通过光催化降解对比实验发现,MoS_2/TiO_2复合纳米材料对4-硝基酚的光催化降解效果要明显优于未修饰的TiO_2。复合MoS_2/TiO_2纳米管阵列增强的光电性能及光催化活性应该是归因于复合材料增强的可见光吸收能力,以及更快的电子和空穴迁移速度。     

Cu负载TiO_2及其CdS复合物的光解水性能

光解水制氢技术是解决能源环境问题的重要手段.本研究通过负载非贵金属Cu于TiO_2表面,提高光催化活性,并与CdS进行复合从而获得高活性的可见光催化材料.利用X射线衍射、紫外-可见漫反射和高分辨透射电镜手段表征了Cu的物种、催化材料的光吸收性能及复合物的形貌和复合状态.活性测试显示Cu的负载可以显著提高TiO_2的光催化活性,当Cu负载量为2%(质量分数)时光催化活性产氢最高,为未负载的29倍.Cu/TiO_2与CdS复合后,CdS的电子可以快速的传递到TiO_2表面的Cu上,从而达到电子和空穴的分离,提高了CdS在可见光下的产氢活性.     

赖氨酸辅助高分散金粒子修饰氮掺杂TiO_2纳米管催化剂的合成及光催化性能

通过溶胶-凝胶法联合水热合成法制备了氮掺杂TiO_2纳米管,并以该纳米管为载体,采用绿色无毒的赖氨酸作为链接剂和螯合剂,一步实现金粒子在TiO_2纳米管上的高度分散,制备得到高分散金粒子修饰氮掺杂TiO_2纳米管催化剂(Au/N-TiO_2纳米管).表征了产物的形貌、结构、光学特性及组成,通过紫外光下甲基橙水溶液的光降解率评价产物的光催化活性,讨论了氮掺杂量、金负载量、赖氨酸及焙烧对合成催化剂光催化性能的影响.结果显示,在赖氨酸存在下,金粒子在TiO_2纳米管上呈高度分散状态,未发生聚集.且与纯TiO_2纳米管相比,Au/N-TiO_2纳米管显示出更高的光催化活性.Au/N-TiO_2纳米管的高催化活性是由于氮掺杂后引起的TiO_2带隙能窄化、金粒子在载体上的高分散状态及金与TiO_2形成的肖特恩势垒引起的低电子-空穴复合率共同作用导致的.     

CdS/BiVO4复合半导体制备及其光催化性能

采用水热法以BiVO_4纳米片为基体原位生长CdS晶体,得到CdS/BiVO_4复合光催化剂,利用XRD、SEM、UV-Vis DRS等方法对材料进行了表征,通过降解亚甲基蓝对样品的光催化性能进行评价。结果表明,BiVO_4为方形片状颗粒,其表面附着棒状CdS纳米颗粒,分散较好。CdS/BiVO_4复合光催化剂表现出较高的光催化活性,在可见光照射下,利用CdS/BiVO_4光催化降解亚甲基蓝,60 min后的降解率达94.79%,相比于纯相BiVO_4和CdS有显著提高,且对多种有机染料均有良好的降解效果,重复使用性较好。机理研究发现,超氧自由基(·O_2~-)是CdS/BiVO_4光催化降解亚甲基蓝的主要活性物种。     

热分解法制备Fe_2O_3修饰的TiO_2纳米管阵列及其光电性能研究

为提高TiO_2纳米管阵列(TiO_2-NTs)的可见光活性,通过阳极氧化和热分解法制备了Fe_2O_3纳米粒子修饰的TiO_2纳米管阵列(Fe_2O_3/TiO_2-NTs)。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis DRS)等对产物进行了相关表征,同时测试了产物的光电性能及其光催化降解甲基橙的性能。结果显示,Fe_2O_3/TiO_2-NTs的光电流强度和光催化降解率分别是是TiO_2-NTs的19倍和8.7倍。     

热分解法制备Fe2O3修饰的TiO2纳米管阵列及其光电性能研究

为提高TiO_2纳米管阵列(TiO_2-NTs)的可见光活性,通过阳极氧化和热分解法制备了Fe_2O_3纳米粒子修饰的TiO_2纳米管阵列(Fe_2O_3/TiO_2-NTs)。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis DRS)等对产物进行了相关表征,同时测试了产物的光电性能及其光催化降解甲基橙的性能。结果显示,Fe_2O_3/TiO_2-NTs的光电流强度和光催化降解率分别是是TiO_2-NTs的19倍和8.7倍。     

CdS/TiO2纳米管复合结构的制备与光电性能研究

利用阳极氧化法在钛金属基底表面制备一层TiO2纳米管阵列薄膜,然后通过水热反应在TiO2纳米管上负载CdS纳米粒子,形成CdS/TiO2纳米管的复合结构。利用SEM、XRD、XPS、UV-Vis等手段对其形貌和结构进行表征。进一步考察了CdS/TiO2纳米管的光电性能和光催化活性,结果表明,相比于TiO2纳米管,CdS/TiO2纳米管复合结构在紫外光和可见光下都具有更好的光催化活性及光电性能。     

介孔AgBr/TiO_2-SiO_2光催化剂的制备及其可见光催化活性

通过沉积法将光活性AgBr半导体负载到介孔TiO_2-SiO_2载体上合成了新型的AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂.采用X射线衍射仪、高分辨透射电镜、紫外-可见吸收光谱仪等分析了AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂的结构和光谱性质;并采用BET法测定了样品的比表面积和孔分布.结果表明,介孔TiO_2-SiO_2载体的比表面积为135.5m2/g,平均孔径约为3.8nm,AgBr的负载可以有效地将AgBr/TiO_2-SiO_2复合光催化剂的吸收光谱从紫外光区扩展到可见光区,且AgBr和TiO_2形成了异质结结构,强化了AgBr与介孔TiO_2-SiO_2载体的协同作用.以罗丹明B作为探针分子,评价了AgBr负载量对复合光催化剂可见光催化活性的影响.结果发现,当AgBr∶TiO_2=0.1,0.2,0.3和0.4(物质的量之比,下同)时,复合光催化剂的光催化反应速率常数分别为0.008 5、0.028 6、0.024 6和0.019 3min-1,活性先增加后减小,当AgBr∶TiO_2=0.2时,复合光催化剂表现出最高的光催化活性,并且在5次循环测试中均表现出较高的光催化活性.     

生物质C-N-P自掺杂TiO_2的超声辐照同步合成及光电化学性能分析

采用溶胶-超声辐照技术,同步合成了生物质C-N-P自掺杂TiO_2复合催化剂。以亚甲基兰(MB)为目标污染物,考察了该复合催化剂的可见光催化活性,并分析了样品的表面化学组成及其光电化学性能。实验结果表明,在可见光照射下进行光催化反应80min时,复合催化剂对亚甲基蓝的降解效率可达98%;相比纯TiO_2,复合样品的光电流密度增大,电化学阻抗环半径减小,Zeta-电位值增大,光催化活性明显提高。     

煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响

以钛酸丁酯为原料,通过溶胶-微波法对纳米TiO_2进行掺杂复合改性,提高纳米TiO_2的光催化性能。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段研究了煅烧温度对溶胶-凝胶法制备的纳米Tb/TiO_2复合颗粒的晶型、形貌及光催化性能的影响。结果表明:当煅烧温度为500℃时,纯纳米TiO_2降解率最优为50.2%,纳米Tb/TiO_2复合颗粒降解率最优为75.1%,此时稀土铽掺杂量为0.50%,晶粒尺寸为8.9nm左右,其光学性能明显提高。合适的煅烧温度和稀土掺杂量能有效的提高纳米TiO_2光催化性能。分析发现,稀土Tb的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围,延迟晶型转变,提高TiO_2的热稳定性,此外还能抑制TiO_2晶粒的生长;纳米Tb/TiO_2复合颗粒为纯锐钛矿相,随着煅烧温度的升高,纳米TiO_2团聚加剧,比表面积降低,锐钛矿相向金红石相转变,光催化活性降低。     

不同水热条件下TiO_2/电气石复合材料的光催化机制

为了解决TiO_2纳米光催化剂易团聚、禁带宽度大的缺点,本文采用水热法制备了TiO_2/电气石(3%)复合材料,研究了水热时间(2~10 h)和水热温度(120~200℃)对TiO_2/电气石(3%)的光催化性能的影响。发现光催化降解罗丹明B的降解率由单独TiO_2的60%提高到加入电气石后的99.4%。电气石具备自发极化电场效应,降低了TiO_2的禁带宽度和光生电子和空穴的复合率。在水热温度160℃、水热时间4 h条件下制备的TiO_2/电气石(3%)表现出最高的光催化降解罗丹明B的性能。说明TiO_2与这种有自发极化的材料复合能够有效提高其光催化性能。     

Ni纳米粒子作为电子转移剂和NiSx作为产氢界面活性位协同增强 TiO2光催化制氢性能

作为一种传统的半导体光催化材料, TiO_2因具有低价易得、无毒性及稳定性好等优势而一直受到研究者的关注.理论上, TiO_2的能带结构可满足分解水制氢的条件.然而,研究发现TiO_2本身的光催化制氢性能较低,主要是由于TiO_2被光激发后生成的电子和空穴尚未到达材料表面参与反应,就在其体相内发生复合,导致电子参与有效光催化制氢反应的几率较低.近年来,为提高TiO_2的制氢性能,研究者主要通过半导体耦合、元素掺杂、形貌调控和助剂修饰等方式对TiO_2进行改性.其中,助剂表面修饰由于用量少、条件温和并且对主体材料结构影响很小而成为一种常见和有效的改性手段.最常用的电子助剂是贵金属如Au, Ag, Pt和Pd.当TiO_2表面沉积微量的贵金属纳米粒子时,导带上的光生电子被贵金属捕获并迅速转移,将H~+在贵金属表面发生界面还原反应生成H_2,从而有效提高了制氢效率.除了贵金属电子助剂外,还有一些价格较低、产量丰富的非贵金属如Co, Cu, Ni和Bi等也可以作为电子助剂应用于光催化制氢,在提高制氢性能的同时也降低了光催化剂的成本.但在大多数情况下,这些金属材料(除贵金属Pt以外)本身都不能作为有效的界面催化活性位点,表现出较低的界面析氢速率,导致金属-半导体光催化材料的产氢活性低.因此,进一步对金属表面进行改性、增加界面催化活性位点、促进其界面产氢催化反应,对于提高金属-半导体光催化材料的制氢性能非常重要.在金属作为电子传输介质修饰半导体材料的制氢过程中,电子传输介质快速转移光生电子和有效捕获溶液中的H+直接进行界面催化还原反应生成H_2这两个步骤都十分关键.在制备金属-半导体光催化材料时,对于通常的金属材料本身都不能作为界面催化活性位点、缺乏有效的界面产氢活性位点的问题,可通过在金属表面进一步修饰作为界面催化活性位点的基团或离子来解决.本文采用先将Ni纳米粒子光沉积在TiO_2表面、再在水热条件下在Ni纳米粒子表面生成NiS_x的两步法合成了以Ni作为电子转移介质、以NiS_x作为界面催化活性位点共修饰的高效TiO_2光催化剂(称为TiO_2/Ni-NiS_x).研究结果表明,优化后的TiO_2/Ni-NiS_x光催化的最高制氢速率(223.74μmolh~(-1))分别是纯TiO_2, TiO_2/Ni和TiO_2/NiS_x样品的22.2, 8.0和2.2倍.性能增强的原因是Ni纳米粒子作为电子传输体、NiS_x作为界面催化活性位点同时提高了光生电子的转移速率和界面催化反应速率,即Ni和NiS_x两者协同作用增强了TiO_2光催化制氢性能.这种非贵金属助剂和界面活性位点协同作用的方法为设计高制氢性能催化剂提供了新的思路,并有望在光催化领域得到应用.     

Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO2纳米管阵列上修饰了Fe2O3纳米颗粒。利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能。结果表明,Fe2O3纳米颗粒的修饰将TiO2纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe2O3/TiO2纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO2纳米管阵列的9倍。而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO2纳米管阵列高出30%。     

MoS_2负载量对MoS_2/TiO_2光催化降解苯酚效率的影响及其作用机理研究

通过水解法制备TiO_2纳米颗粒,与经过超声处理后的MoS_2片层纳米材料复合制备MoS_2/TiO_2纳米催化剂,考察不同MoS_2负载量对其光催化降解苯酚效率及路径的影响。XRD、SEM、EDS、FT-IR和UV-vis DRS等表征结果表明,复合催化剂主要由锐钛矿型TiO_2和MoS_2组成;剥离后的MoS_2呈现薄片层状结构,均匀地分散在TiO_2纳米颗粒当中。光催化降解苯酚性能测试结果显示,对于MoS_2/TiO_2催化剂,MoS_2负载量的提高有利于光催化降解苯酚效率的提高;当MoS_2负载量为27%时,复合M o S2/TiO_2纳米颗粒的光催化性能最佳,反应80 min后可将苯酚完全降解。通过对苯酚降解过程中生成中间产物跟踪发现,MoS_2负载量的提高有利于促进中间产物苯醌、对苯二酚以及邻苯二酚的生成,进而提升了MoS_2/TiO_2复合材料的光催化性能。     

2D-2D CdS/Cu7S4层状异质结高效可见光光催化产氢（英文）

利用太阳能将水转化为清洁可持续的化学燃料是一种很有前途的策略.光催化水分解制氢技术是有效解决能源可持续发展和环境保护问题的重要技术.CdS由于具有较窄的带隙(2.4 eV)和合适的能带位置而被认为是最有潜力的光催化水产氢催化剂之一.然而,CdS强光的腐蚀性和快速的电子空穴复合导致光催化剂活性低、稳定性差,严重阻碍了CdS光催化剂的广泛应用.为了有效提高光催化产氢活性及稳定性,人们对CdS光催化剂进行了大量改性研究.其中,合理巧妙地加载助催化剂和构造纳米结构CdS被认为是两种极为重要的改性策略,两种策略的有效耦合可以更有效地利用太阳能,实现清洁氢燃料的生成.一方面,各种形貌的CdS光催化剂均已被开发,例如纳米线、纳米棒、纳米片和量子点等.然而,由于制备工艺复杂,在以往的报道中很少有超薄2D CdS纳米片用于光催化产氢.另一方面,由于贵金属(Ag,Pt,Au)的稀缺性和高成本阻碍了其修饰光催化剂的实际应用,所以利用非贵金属助催化剂(MoSx,CuS,Ni3C,WS2,NiS,MXene,CoxP和MoP)修饰CdS提高光催化产氢活性近年来备受关注.对于地球丰富的2D层状助催化剂Cu7S4而言,具有优异的光电催化产氢活性和简单制备方法,但是在光催化产氢领域的应用上未引起足够重视.因此,本文充分利用超薄CdS纳米片以及Cu7S4纳米片各自的独特优势,构建了独特的2D-2D层状异质结,实现了高效协同光催化产氢.我们首先以乙酸镉和硫脲为原料通过一步水热法合成了超薄2D CdS纳米片,并用静电自组装方法制备了CdS/Cu7S4.在可见光下进行了产氢测试,实验结果证实了优化的2D CdS/2%Cu7S4层状异质结在含有Na2S·9H2O和Na2SO3的水溶液中光催化析氢活性最高(27.8 mmol g^-1 h^-1),是原始CdS纳米片(2.6 mmol g^-1 h^-1)的10.69倍.经过4次连续循环反应,CdS/Cu7S4二元复合体系展现出良好的稳定性.为深入探讨高效产氢机制,对纳米级CdS复合材料的光催化物化性能及载流子分离机制进行了表征.通过X射线衍射确定了CdS和CdS/Cu7S4的晶体结构.用高分辨电子显微镜和X射线光电子能谱证实合成了CdS催化剂和Cu7S4助催化剂的超薄纳米片结构且成功复合.用紫外-可见漫反射光谱法对制备的纯CdS和CdS/Cu7S4复合样品的光吸收特性进行了表征.结果表明,在CdS上负载Cu7S4以后,可以明显观察到样品对可见光的吸收能力明显增强.对CdS/Cu7S4进行XPS测试分析,进一步证明了样品中S、Cd和Cu的化学成分和状态.利用PL发射光谱研究了CdS/Cu7S4光催化剂的电荷载流子复合和转移行为.进一步对纯CdS和CdS/Cu7S4复合光催化剂的瞬态光电流响应(I-t曲线)进行了研究,确定了光生载体的分离效率.阻抗是深入研究电荷载流子迁移和界面转移的最有力技术,利用阻抗技术证实CdS/Cu7S4界面高效的载流子分离性能.极化曲线结果表明,加入Cu7S4可以降低CdS的产氢过电势,因此加速表面产氢动力学.由此可见,本文所构建的2D-2D CdS/Cu7S4二元层状异质结可以同时实现光生电子空穴对的快速分离、电子的转移和增加光生电子在表面利用效率,从而最大幅度地提高其光催化水分解产氢活性.本文所采用基于CdS纳米片的2D-2D界面耦合策略可以作为一种通用策略扩展到各种传统半导体纳米片的改性,从而极大地推进高效光催化产氢材料的持续进步.     

CdS修饰TiO2纳米带制备及光催化降解有毒有机污染物

以硫酸钛为原料,在210℃低温下,水热制备TiO₂纳米带.通过沉淀法用CdS修饰TiO₂纳米带表面,制得TiO₂@CdS复合光催化剂,采用XRD、TEM和反射紫外对其结构及光化学特性进行初步表征.以可见光(λ≥450 nm)光催化降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)、水杨酸(Salicylic Acid,SA)及2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP)为探针反应,研究反应温度、介质和负载CdS对TiO₂@CdS结构性能的影响.结果表明,所制备的TiO₂纳米带分散性好.复合粉末由锐钛矿相TiO₂和立方相CdS组成.常温25℃中性介质中用CdS修饰的TiO₂的活性,在可见光照射下,为单纯TiO₂纳米带的29倍.同时,TiO₂也促进了CdS可见光光催化活性的提高.通过跟踪降解体系紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,结果发现TiO₂@CdS/vis体系在pH 7.0时,对SA的降解率较TiO₂纳米带有显著地提高,反应15 h和21 h后,RhB和2,4-DCP的矿化率分别可达到47.8%和30.8%.     

水热法合成LaPO_4/TiO_2异质结复合光催化材料及性能研究

以静电纺丝技术制备的锐钛矿相TiO_2纳米纤维为基质,尿素为碱源,环己烷六羧酸为小分子模板剂,采用水热法合成了LaPO_4/TiO_2异质结复合纳米纤维。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高倍透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对产物形貌和结构进行了表征,并以甲基橙为模拟污染物,紫外光为光源,评价了样品光催化降解活性。结果表明:LaPO_4纳米棒均匀地构筑在TiO_2纳米纤维表面,制备了LaPO_4/TiO_2异质结复合纳米纤维光催化材料,其具有比纯TiO_2纳米纤维和Degussa P-25更强的光催化活性,降解率达到89.4%。     

CoFe2O4/CdS纳米复合物的制备、表征及其声催化降解有机染料污染物

在低温(200℃)下采用一步水热分解CoFe2O4纳米粒子表面的镉二硫代氨基甲酸酯配合物制备了磁性CoFe2O4/CdS纳米复合物,运用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、X射线能量散射谱、紫外-可见光谱、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱和振动样品磁强计对所制样品进行了表征.TEM结果表明,CoFe2O4/CdS纳米复合物由几乎均一的约20nm球形纳米粒子组成.光吸收谱显示该样品的带隙为2.24 eV,很适合用于声/光催化降解有机污染物.在紫外光照射下评价了CoFe2O4/CdS纳米复合物的声催化H2O2辅助降解甲基蓝、罗丹明B和甲基橙反应活性.结果表明,该纳米复合物对这3种染料均表现出很好的声催化活性(5-9 min内完全降解).另外,比较实验结果表明,CoFe2O4/CdS纳米复合物是一个比纯CdS更高效的声催化剂.因此,纳米复合是一种非常好的提高CdS声催化活性的手段.该CoFe2O4/CdS纳米复合物表现出的磁性使其很容易从反应混合物中分离出来而重复使用.     

银纳米颗粒负载TiO2复合薄膜的光催化活性及其光电流性质

制备了3种不同粒径的Ag纳米颗粒,将它们分别掺入二氧化钛溶胶, 制备成复合二氧化钛薄膜。利用TEM测定了Ag粒子的大小,测量TiO₂复合膜的光电流,以亚甲基蓝降解反应评价了Ag/TiO₂薄膜的光催化活性.结果表明,负载不同粒径Ag纳米粒子后,TiO₂薄膜的光电流和光催化活性均得到一定程度的提高.当负载平均粒径6.9 nm的Ag粒子后,薄膜具有最高的光电流和最强的光催化活性.     

Pr掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维的制备及可见光催化性能

以电纺TiO_2纳米纤维为基质,采用溶剂热法制备了稀土Pr掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计和荧光光谱仪等对不同样品的物相、形貌和光学性能等进行表征,以甲基橙为模拟有机污染物,考察了样品的光催化性能.结果表明,在复合样品中,Pr~(3+)进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi~(3+)形成施主能级,导致能级带隙变窄,不仅有利于提高样品的可见光催化活性,抑制光生电子-空穴对复合,而且还提高了Bi_2MoO_6/TiO_2的光催化活性和稳定性.当Pr的掺杂量为3%(摩尔分数)时,光催化降解甲基橙的效果最佳,可见光照射180 min时降解率达到93.8%,比纯Bi_2MoO_6/TiO_2的降解率有明显提高.