花状CeO2/TiO2异质结的构筑及光催化性能

采用溶剂热法制备了三维花状CeO₂/TiO₂异质结光催化剂,然后以甲基橙(MO)为模拟有机污染物,在氙灯照射下考察了其光催化活性。结果表明,花状结构由纳米片和纳米颗粒复合而成,纳米片上均匀地附着CeO₂颗粒。Ce/Ti的物质的量之比(n_Ce/n_Ti)和溶剂热时间影响异质结的光催化性能,当n_Ce/n_Ti=0.1、溶剂热时间为6 h时,CeO₂/TiO₂的光催化活性达到最佳,氙灯照射50 min的降解率达95%,光催化活性优于纯TiO₂,这主要是CeO₂和TiO₂形成了异质结,有利于光生电子和空穴的分离。     

Bi_2WO_6/Bi-TiO_2复合光催化剂的制备及催化氧化甲醛性能研究

研究采用水热法制备了花状Bi_2WO_6与TiO_2和Bi-TiO_2相复合的光催化剂,并使用新型LED节能灯为光源催化氧化室内甲醛.研究发现,粉末态Bi_2WO_6显示出花状结构,但无光催化氧化活性,而将Bi_2WO_6粉末与TiO_2和Bi-TiO_2复合后,两者相互作用所形成异质结结构形态,尤其Bi_2WO_6/Bi-TiO_2催化剂,所制样品展示出更佳的催化氧化活性,而经浸渍法所得样品几乎无光催化氧化活性,催化剂随着TiO_2和Bi-TiO_2含量的增加,复合催化剂显现出不尽相同的氧化活性规律,其中Bi_2WO_6与Bi-TiO_2质量比为1∶2样品表现最佳,36 h催化氧化甲醛转化率高达92.2%,甲醛浓度低于我国居室空气中甲醛最高容许浓度,且催化剂显示出良好的稳定性及重复性.     

Bi1-xFexVO4薄膜光阳极的制备及光电化学性能

采用一步滴涂法在掺氟二氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了Bi_1-xFe_xVO₄(x=0, 0.05, 0.10, 0.25, 0.40)薄膜, 表征了其结构、 形貌、 光学以及光电化学方面的性质. 结果表明, 掺入Fe后Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的光电流密度与 BiVO₄薄膜相比均有所提高, 其中25% Fe-BiVO₄薄膜表现出最优的光电化学性能. 在0.1 mol/L磷酸缓冲溶液(pH=7.0)中, 1.23 V(vs. RHE)电势下25% Fe-BiVO₄薄膜的光电流密度为0.50 mA/cm², 与BiVO₄薄膜的0.15 mA/cm²相比提高了3倍多. 结合X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果证实Fe³⁺以FeVO₄的形式存在于Bi_1-xFe_xVO₄薄膜中, 形成了BiVO₄/FeVO₄复合物薄膜. 紫外-可见光谱(UV-Vis)结果显示, 所有Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的禁带宽度均为2.4~2.5 eV. 25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能的提升主要归因于光生载流子转移效率(η_trans)和分离效率(η_sep)的提高. 能级结构图表明, BiVO₄和FeVO₄之间可以形成Type Ⅱ型能级结构排列, 可以促进光生载流子的分离与转移, 是25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能提升的内在机理.     

Ag/AgCl/BiOIO3三元复合物光催化剂的性能增强机制

半导体光催化技术是一种环境友好技术,它既能在温和条件下应用于环境领域——利用光能降解有机和无机污染物,又可应用于能源领域——将低密度的太阳能转化为高密度的洁净能源,因而在解决环境污染和能源匮乏问题方面展现出巨大的应用潜力.最近,一种新型Bi基光催化剂, BiOIO3,表现出优异的紫外光催化性能.它由层状[Bi2O2]2+和[IO3]?组装而成,带隙为3.1 eV左右.然而,其较大的带隙限制了其对太阳光的利用.近年来,多种方法如金属掺杂、非金属掺杂、半导体复合、光敏化改性和加氢处理被用来提高半导体的光催化效率.其中,以Ag/AgX (X=Cl, I和Br)作为助催化剂可提高体系的可见光吸收和载流子的分离能力,从而增强光催化性能.基于此,我们设计并合成了一种新型的三元光催化剂.首先采用水热法合成了BiOIO3纳米片,然后在室温条件下原位引进Ag/AgCl,制备了Ag/AgCl/BiOIO3三元异质结构.与Ag/AgCl和纯的BiOIO3相比,该三元Ag/AgCl/BiOIO3复合物光催化剂对NO表现出优异的可见光光催化去除性能.本文采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描式电子显微镜(SEM)、电化学测试(光电流和阻抗谱)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等表征手段研究了Ag/AgCl/BiOIO3光催化性能增强的机制. SEM结果表明,制备的Ag/AgCl/BiOIO3三元复合物为纳米颗粒和纳米片形貌, Ag/AgCl的引入对BiOIO3形貌影响不大. XRD和XPS测试结果表明,与纯的BiOIO3相比,随着Ag/AgCl 的加入,复合物的峰位置发生了明显位移,表明Ag, AgCl和BiOIO3三组分间存在强的相互作用.光电流响应图谱表明,随着Ag/AgCl的加入, Ag/AgCl/BiOIO3的光电流强度明显增强,同时阻抗谱的圆弧直径明显减小,表明电子和空穴的分离能力增强. UV-Vis图谱中, BiOIO3在可见光区几乎没有吸收,而三元复合物表现出明显的可见光吸收,且随着Ag/AgCl量的增加,复合物的可见光吸收增强,该吸收归结于复合物中Ag的表面等离子体吸收.结合之前报道的光催化剂体系如Ag/AgCl和Ag/AgCl/TiO2,我们提出了Ag/AgCl/BiOIO3复合物光催化剂性能增强的机制.在可见光照射下, Ag0因其表面等离子体吸收而产生电子空穴对.由于功函数不同, Ag和BiOIO3之间形成肖特基势垒.电子从Ag0表面转移到BiOIO3的导带上, BiOIO3导带上电子的电势不足以把O2氧化成?O2?,但电子能以多电子的形式与O2和H+生成水.同时, Ag0表面的空穴能将AgCl表面的Cl?氧化成Cl0.光照诱导AgCl表面的部分Ag+离子被还原,所以AgCl粒子的表面带负电荷. Cl0是活性自由基,能够氧化去除NO,反应之后自身被还原成Cl?.由此可见,在三元复合光催化剂中, Ag0在可见光照射下因其表面等离子体效应产生电子空穴对,随后BiOIO3有效地分离了光生载流子,使得复合材料能有效地利用光生电子和空穴.故三元Ag/AgCl/BiOIO3复合物光催化剂增强的光催化性能可归结于Ag的表面等离子体吸收和BiOIO3的载流子分离能力.该结果有助于设计和制备具有优异的光催化性能的BiOIO3基材料.     

Bi3.25Sm0.75Ti3O12纳米线的水热合成及可见光催化性能

用一步水热法制备了直径约为40 nm的Bi3.25Sm0.75Ti3O12(BSmT)纳米线。BSmT纳米线为层状钙钛矿结构。紫外可见漫反射光谱表明,制备出的BSmT材料的带隙能约为2.67 eV。催化反应结果表明,BSmT的光催化活性比掺氮TiO2(N-TiO2)和纯相钛酸铋(Bi4Ti3O12,BIT)高得多,经可见光照射360 min,浓度为0.01 mmol.L-1甲基橙溶液的降解率可达到92.0%。BSmT光催化剂具有更高催化活性的原因是Sm3+离子掺杂拓展了BIT对可见光的吸收范围,同时抑制了BIT的光生电子-空穴的复合。并且BSmT光催化剂经循环使用4次后,其光催化活性并没有明显降低,表明BSmT是一种稳定有效的可见光催化剂。     

BiVO4/CuBi2O4薄膜光电极的制备及光电性能

通过金属有机物分解法(MOD)协同光电化学沉积法, 将p型氧化物半导体CuBi₂O₄沉积在BiVO₄纳米薄膜上, 形成包覆性异质结结构, 制备了一种新型p-n异质结光阳极n-BiVO₄/p-CuBi₂O₄, 用于太阳能光电化学(Photoelectrochemical, PEC)水分解. 研究结果表明, 在1.23 V(vs. RHE)电势下, BiVO₄/CuBi₂O₄ 异质结光阳极表现出优良的PEC水氧化性能, 光电流密度达到2.8 mA/cm², 负载磷酸钴(Co-Pi)的BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi光电极, 光电流密度达到4.45 mA/cm², 分别为BiVO₄电极光电流密度的3.1倍和4.9倍. X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 电化学阻抗谱(EIS)和能级结构图等结果也证实, BiVO₄/CuBi₂O₄和BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi复合电极材料在内建电场和能带弯曲作用下, 光吸收特性增强, 载流子界面转移电阻减小, 具有良好的光电化学性能与稳定性.     

新型S型CdS-BiVO4异质结光电极的构筑及产氢性能研究

通过化学浴和连续离子层沉积法构筑了BiVO₄/CdS和CdS/BiVO₄两种S型异质结薄膜光电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)以及电化学阻抗谱(EIS)对其形貌、 结构和光电性能进行了表征, 测试了两种薄膜电极的光催化和光电催化产氢性能. 结果表明, CdS和BiVO₄之间形成S型异质结, BiVO₄/CdS表现出最佳的光催化产氢性能, 而CdS/BiVO₄表现出最佳的光电催化产氢性能. 借助表面光电压技术探究了两种薄膜电极中S型异质结内建电场的形成过程和载流子传输的机制.     

等离激元共振光转热增强负载纳米金对丁二烯选择性加氢的催化性能

采用阳离子吸附法制备了氧化石墨烯负载纳米金(Au)催化剂(Au/GO), 通过调变Au的负载量(质量分数0.2%~2%), 实现了Au在10~21 nm粒径的可控制备. 室温下热红外测试显示0.2 W/cm²光照条件下, 随着金属负载量和粒径的增加, Au/GO光热温度可升高至110 ℃, 且光热转换效率高达88%. 研究发现, 以丁二烯的选择性催化加氢作为探针反应, 在0.2 W/cm²光照条件下, 丁二烯的转化率随Au负载量的增加先升高后降低, 丁烯选择性在90%以上; 当金负载量为0.5%(颗粒尺寸约15 nm), 光热转换温度为100 ℃时, 样品表现出较高的丁二烯转化率(99%)和丁烯选择性(90%), 且催化剂经过144 h稳定性测试无失活趋势. 与同等条件下的热催化反应相比, 光-热驱动的Au/GO的催化活性提高了5倍. 原位X射线光电子能谱测试分析表明, Au/GO催化性能的提升主要来源于等离子体光转热过程中激发纳米金表面产生了大量的Au ^δ+活性位点.     

三元金属硫化物-石墨相氮化碳异质结催化剂的制备及光催化性能

以双氰胺、醋酸锌、钼酸铵、醋酸镉和硫化钠为原料,采用水热法合成了一系列Zn-Mo共掺杂CdS(Zn-Mo-CdS),并与g-C₃N₄组成异质结催化剂(Zn-Mo-CdS/g-C₃N₄)。采用X射线衍射光谱(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、电化学阻抗谱(EIS)、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, Zn-Mo-CdS与g-C₃N₄之间紧密结合并形成异质结,促进界面电荷迁移,抑制光生电子-空穴对的复合。以可见光下降解染料罗丹明B (RhB)为探针反应考察了催化剂性能。结果表明, Zn-Mo-CdS/g-C₃N₄异质结催化剂的光催化性能与单纯g-C₃N₄、Zn-Mo-CdS及双金属硫化物/g-C₃N₄异质结催化剂相比均有大幅度提高,质量比m(Zn-Mo-CdS)/m(g-C₃N₄) = 4 : 1时制备的异质结催化剂表现出最大的降解速率常数,是单纯g-C₃N₄和Zn-Mo-CdS的30倍和10倍。不仅Zn-Mo-CdS,其他三元金属复合硫化物如Mo-Ni-CdS和Ni-Sn-CdS与g-C₃N₄之间也能有效构筑异质结,促进电子-空穴对的分离和催化性能提升。     

多级Ag/Bi/氮空位g-C3N4/Ti3C2Tx肖特基结的构筑及其全光谱催化性能

采用原位溶剂热反应制备多级Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄(氮空位-g-C₃N₄)/Ti₃C₂T_x肖特基结,并对其物相组成和晶体结构、微观形貌和孔结构、表面元素组成和化学态、光学和光电化学性质进行了表征。由于Ag、Bi和Ti₃C₂T_x协同的表面等离激元共振效应,Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出全光谱吸收特性。由载流子浓度差驱动的界面极化电荷转移诱导形成的肖特基结,显著提高了光生载流子(包括热电子和热空穴)的分离效率和利用率。因此,与Nv-g-C₃N₄、Ti₃C₂T_x、Ag/Nv-g-C₃N₄、Bi/Nv-g-C₃N₄和Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄相比,Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出显著增强的全光谱催化活性,其在可见光和近红外光照射下光催化降解四环素的反应速率常数分别为0.033和0.008 6 min^-1,为对比样品的10~2.1倍和8.6~1.8倍。     

pH值对水热法制备的Bi4Ti3O12晶体光催化活性的影响

采用无助剂、非模板的水热法可控制备Bi4Ti3O12（BIT）晶体．通过调节反应物的pH值可以选择性地获得BIT纳米球、纳米带和纳米片．通过对不同pH值制备的样品的结构分析研究了这些不同形貌的形成机制．pH值为1制备的IT样品在可见光下光催化活性最高．基于不同pH值制备的BIT样品的形状、尺寸和局部结构振动分析了光催化活性不同的原因。     

A novel method for the preparation of Bi4Ti3O12 nanoparticles in w/o microemulsion

Nanometer-sized Bi₄Ti₃O₁₂ particles have been prepared by chemical reaction of bismuth nitrate pentahydrate, titanium sulfate and ammonia solution in a reverse microemulsion system consisting of water, OP (P-octyl polyethylene glycol phenylether, non-ionic surfactant), n-butanol (co-surfactant), and cyclohexane (oil). Precursor hydroxides precipitated in the droplets of water-in-oil (w/o) microemulsion were calcined at 800 °C for 4 h to form Bi₄Ti₃O₁₂ nanoparticles. The samples were investigated with X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR) and ultraviolet visible spectrophotometer (UV–vis). It was found that the as-prepared Bi₄Ti₃O₁₂ nanoparticles had small particle sizes (35 nm), high crystallinity, narrow size distributions and strong light absorption properties not only in the ultraviolet light but also in the visible light region.     

Atomic Simulations of Aurivillius Oxides: Bi3TiNbO9, Bi4Ti3O12, BaBi4Ti4O15 and Ba2Bi4Ti5O18 Doped with Pb,Al, Ga,In, Ta

The Aurivillius oxides were originally of interest for their ferroelectric properties and have recently been explored in the field of oxide ion conductivity. Atomistic simulation methods have been carried out for Bi₃TiNbO₉, Bi₄Ti₃O₁₂, BaBi₄Ti₄O₁₅ and Ba₂Bi₄Ti₅O₁₈ doped with Pb, Al, Ga, In, Ta to determine defect energy in the materials by employing efficient energy minimization procedures. The calculations rest upon the specification of an interatomic potential model, which expresses the total energy of the system as a function of the nuclear coordinates. The Born model framework, which partitions the total energy into long‐range Coulombic interactions and a short‐range term to model the repulsions and van der Waals forces between electron charge clouds, is employed. This is embodied in the GULP simulation code. Dopant solution energy versus ion size trends are found for both isovalent and aliovalent dopant incorporation at Bi and Ta sites. Trivalent dopants (Al, Ga, In) and Pb are more favorable on the Bi site, whereas Ta dopants preferentially occupy the Ti site.     

Photocatalytic Degradation of 4-Chlorophenol by Gd-Doped β-Bi2O3 Under Visible Light Irradiation

Chlorophenols are known as persistent organic pollutants.Therefore,research on the removal of chlorophenols has attracted widespread attention.Hereto,the photocatalytic degradation of 4-chlorophenol by Gd-doped β-Bi2O3 under visible light irradiation was studied.The results showed that Gd-doped β-Bi2O3 materials are efficient catalysts for the photocatalytic degradation of chlorophenols,and 2%(atomic traction)Gd-doped β-Bi2O3 exhibits the highest photocatalytic activity for 4-chlorophenol degradation,because doping an appropriate amount of Gd^3+ions can effectively reduce the recombination rate of the photogenerated e^-/h^+pairs and then enhance the photocatalytic performance.When the reaction was carried out at 25 ℃ for 6 h using the 2% Gd-doped/β-Bi2O3 micro/nano materials of 200 mg and at air flow rate of 40 mL/min,the degradation rate of 4-chlorophenol reached 92.3%.Additionally based on the analysis of the products,it was speculated that the dominant photocatalytic degradation mechanism of 4-chlorophenol by Gd-doped β-Bi2O3 under visible light irradiation is an oxidative process involving an attack by the hydroxyl radical.     

Dielectric Response of Bi4Ti3O12/PVDF Composite Electrodes for Energy Storage

This study is reporting the role of embedded ferroelectric ceramics Bi₄Ti₃O₁₂ (BTO = 1–5 wt%) into the polyvinylidene fluoride (PVDF) composites on its structural, bonding, surface morphology, and dielectric response. Especially lead free flexible composite electrodes have lot of attention due to its high dielectric permittivity and energy storage density. X-ray diffraction spectra confirms monophasic orthorhombic structure of composites, while Fourier transform infrared (FTIR) spectra confirms the bonding behavior. Scanning electron microscopy (SEM) images surface morphology of homogeneously distributed ceramic particles with interconnected network. Dielectric constant has been found to be improved from 9.56 to 13.73 for BTO_5%PVDF_95% composites at frequency of 1 kHz attributes promoted interfacial polarization of PVDF and effectively limited the charge leakage in the composites, implying promising applications in flexible electronic devices.     

富含光诱导氧空位Bi12O17Br2的制备及其高效光催化固氮性能(英文)

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。     

Co3O4 Decorated Ti/TiO2 Nanotubes for Photogenerated Cathodic Protection of 304 Stainless Steel

The Co₃O₄ decorated TiO₂ nanotube arrays(NTAs) coatings are fabricated by the combination of anodization and impregna-ting methods. It is found that the introduction of Co₃O₄ can reduce the diffraction intensity of (101) plane of the TiO₂ and accelerate the separation of photogenerated electron/hole pairs. In addition, the open circuit potential(OCP) and the corrosion potential of 304 stainless steel(304SS) with or without Co₃O₄ decorated TiO₂ NTAs were measured under visible light, which indicated the 304SS coupled with Co₃O₄ decorated TiO₂ NTAs had better anticorrosion performance than that of the 304SS or the 304SS coupled with pure TiO₂ NTAs. The enhancement of the cathodic protection performance of the Co₃O₄ decorated TiO₂ NTAs can be ascribed to the matched energy levels and strong interaction between Co₃O₄ and TiO₂ NTAs, and the improvement of light absorption.     

超声振荡制备纳米Co3O4及其光催化性能研究

本文在超声辅助下采用并流沉淀法制备了纳米Co3O4,并用X-射线衍射(XRD)、比表面(BET)、扫描电镜(SEM)等对所制备的材料进行了表征。以甲基橙为模拟有机污染对Co3O4的光催化脱色性能进行了考察。实验结果表明:超声振荡对纳米Co3O4比表面参数、形貌、晶粒大小及光催化脱色性能有显著影响。对超声振荡制备的Co3O4光催化性能提高的原因进行了讨论。     

Zn_(2-x)GeO_(4-x-3y)N_(2y)催化剂的制备、表征及可见光催化性能

通过氮化Zn2GeO4制备了Zn2-xGeO4-x-3yN2y催化剂,其带边吸收由400nm的紫外光区扩展到600nm的可见光区。光催化产氧性能的结果表明,氮化温度为800℃时,制备的催化剂具有最大活性。不同助催化剂对产氧活性的影响研究表明,担载助催化剂能大大提高产氧活性,其中担载Co2O3的产氧活性可达未担载的3.8倍。     

增强可见光催化活性的Z型MoO3/Bi2O4复合光催化剂的制备（英文）

全球工业化进程的加快使人们饱受环境污染问题的困扰.半导体光催化技术作为一种高效、绿色、有潜力的新技术,在环境净化方面有着广阔的应用前景.Bi2O4是近年来新开发出的一种铋基光催化剂,在环境净化方面已有一些研究.但是,单体光催化剂通常存在光响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,这些不足限制了Bi2O4的进一步应用.因此,需要通过适当的改性来拓宽其光响应范围和提高其载流子的分离效率,从而提高其光催化活性.构建Z型异质结被认为是提高光催化剂光生载流子分离效率并进一步提高光催化活性的有效方法.MoO3是一种宽禁带的n型半导体,具有独特的能带结构、光学特性和表面效应,是一种非常有前景的半导体光催化剂.虽然MoO3材料的光生载流子复合率高,带隙(2.7-3.2 eV)大,不利于其参与光催化反应,但MoO3与其他合适的半导体配位形成复合材料后能够有效提高其光生载流子的分离效率,从而提高其光催化活性.本研究采用简单的水热法制备了一种新型Z型MoO3/Bi2O4复合光催化剂,SEM和TEM分析结果表明,MoO3和Bi2O4紧密结合在一起.X射线光电子能谱分析表明,MoO3和Bi2O4之间存在很强的界面相互作用,这有助于电荷转移和光生载流子的分离.光致发光光谱、电阻抗和光电流测试也证明了MoO3/Bi2O4复合光催化剂的光生载流子分离效率更高,形成了更强的光电流.通过在可见光下降解RhB溶液评价了所合成光催化剂的光催化性能.15%MoO3/Bi2O4(15-MB)复合光催化剂表现出了最佳的可见光催化活性,在40 min内对10 mg/L RhB溶液的降解率达到了99.6%,其降解速率是Bi2O4的2倍.此外,15-MB复合光催化剂在经过五次循环降解RhB溶液后仍保持良好的光催化活性和稳定性,表明MoO3/Bi2O4复合光催化剂具有较强的应用潜力.通过自由基捕获实验确定了光催化反应中主要的活性自由基为 O2-和h+.通过莫特-肖特基测试和带隙计算得到MoO3和Bi2O4的价带和导带位置.最后,根据实验和分析结果提出了Z型MoO3/Bi2O4复合光催化剂在可见光下降解RhB溶液的机理.本研究为设计铋基Z型异质结光催化剂用于高效去除环境污染物提供了一种有前景的策略.