β-Bi2O3修饰Bi2WO6光催化降解苯酚及其可能机理

采用简单混合法制备了一系列Bi₂O₃/Bi₂WO₆复合光催化剂. 在紫外光降解水中苯酚的过程中, Bi₂O₃/Bi₂WO₆的光催化活性随Bi₂O₃含量的增加呈现先增大后减小的趋势. 当Bi₂O₃最佳负载量等于12.5% (质量分数, w)时, 该复合光催化剂的活性大约是单一Bi₂WO₆的4 倍. 固体样品表征表明, Bi₂O₃主要以β-Bi₂O₃存在, 复合光催化剂是Bi₂O₃和Bi₂WO₆的简单混合物. 此外, 在电催化氧化水的过程中, β-Bi₂O₃/Bi₂WO₆薄膜电极的光电流远大于β-Bi₂O₃和Bi₂WO₆薄膜电极的光电流之和. Bi₂O₃对Bi₂WO₆光催化的促进作用是由于前者接受后者的光生空穴, 提高Bi₂WO₆光生载流子的分离效率, 从而加快了O₂的还原和苯酚的降解.     

TiO2/Bi2O3纳米复合体的制备及可见光催化产氢性能

首先采用相分离的水解-溶剂热法制备了Bi₂O₃纳米粒子,然后利用简单的湿化学法在Bi₂O₃表面负载不同比例的TiO₂纳米颗粒,进而得到TiO₂/Bi₂O₃纳米复合体。通过气氛调控的表面光电压谱(SPS)等测试表明,表面负载适量的TiO₂后能够提高Bi₂O₃光生电荷分离。可见光催化产氢和降解污染物测试结果进一步证明,表面负载适量的TiO₂后可显著提高其可见光催化活性,其中Ti/Bi摩尔比为7%时具有最高的光催化活性。这主要归因于TiO₂具有较为合适的导带能级位置,可以接收Bi₂O₃在可见光激发下所产生的高能级电子,从而抑制光生电子-空穴对复合,并且维持了高能级电子较高的还原能力。     

沉淀法制备Bi2O3的晶相转变过程及其光催化性能

以硝酸铋为原料,氨水为沉淀剂,通过液相沉淀法制得前驱体Bi(OH)₃,并将Bi(OH)₃分别在不同温度和时间下焙烧。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)详细研究了Bi(OH)₃转变为Bi₂O₃的过程及相变过程中粒子形貌、大小、光吸收性质等。结果表明,前驱体Bi(OH)₃经过焙烧之后,发生了如下的转变过程:Bi(OH)₃→Bi₅O₇NO₃→β-Bi₂O₃/Bi₅O₇NO₃→β-Bi₂O₃/Bi₅O₇NO₃/α-Bi₂O₃→α-Bi₂O₃,而且转变过程伴随着粒子长大。在上述转变过程中,与Bi₅O₇NO₃向β-Bi₂O₃转变的过程相比,从β-Bi₂O₃到α-Bi₂O₃相变过程更为迅速。此外,以光催化降解罗丹明B(RhB)为模型反应,考察了不同晶相的Bi₂O₃光催化活性,结果表明Bi₅O₇NO₃和β-Bi₂O₃材料具有优异的光催化性能,而α-Bi₂O₃具有较低的光催化活性。     

光生电荷梯度连续传递链的构筑及对光催化性能的增强作用

选取能带位置匹配的γ-Bi₂O₃,α-Bi₂O₃和Bi₄Ti₃O₁₂,采用等体积浸渍法原位构筑了具有梯度能级的Bi₄Ti₃O₁₂@α/γ-Bi₂O₃三元同素结光催化剂.光催化降解高浓度罗丹明B(Rh B)和四氯苯酚(4-CP)的实验结果表明,相比于γ-Bi₂O₃和α/γ-Bi₂O₃,Bi₄Ti₃O₁₂@α/γ-Bi₂O₃显示出优异的光催化活性,其中0. 5%Bi₄Ti₃O₁₂@α/γ-Bi₂O₃显示了最佳的光催化性能,光降解...     

锌掺杂OV-β-Bi2O3可见光催化活性的提高:能带结构的调节和电荷分离的促进

采用溶胶-凝胶-原位碳热还原处理的方法,制备了一种含有氧空位(OV)的新型Zn掺杂β-Bi₂O₃纳米材料(OV-Zn∶Bi₂O₃),氧空位的浓度可以通过改变Zn²⁺的掺杂量进行调节。作为参照,只有氧空位没有Zn²⁺的新型β-Bi₂O₃(OV-β-Bi₂O₃)也通过类似的方法制得。通过紫外可见漫反射光谱、X射线光电子能谱、电子顺磁共振、光致发光光谱和光电化学测试,系统研究了氧空位和Zn²⁺掺杂对OV-Zn∶Bi₂O₃降解亚甲基蓝(MB)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)可见光催化活性的综合影响。结果表明,氧空位的引入不仅可以使光吸收向长波方向拓展,而且可以促进光生载流子的分离。因此,与传统的β-Bi₂O₃相比,OV-β-Bi₂O₃对亚甲基蓝(MB)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)的降解活性显著增强。对于OV-Zn∶Bi₂O₃催化剂,Zn²⁺掺杂可使光催化剂的价带边缘向下移动,增强了光激发空穴的氧化能力,并且适量的锌掺杂也能提高光生载流子的分离效率。因此,OV-Zn∶Bi₂O₃的可见光活性优于OV-β-Bi₂O₃,而且当Zn与Bi物质的量之比为0.3时,OV-Zn∶Bi₂O₃-0.3对MB和2,4,6-TCP的降解活性最高。     

固溶体内电场调控增强Bi24O31ClxBr10-x体相电荷流动和光催化活性

光催化是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术,在光照射下可将有机污染物彻底降解为二氧化碳和水,但因缺乏精确调控电荷流动的方法,导致大多数光催化剂活性不高.因此,促进光生电荷的高效分离一直是光催化研究的重要方向.目前多数电荷分离调控研究集中于表面修饰、表面缺陷设计、异质结构建等表面电荷分离改善策略,而对于体相电荷分离调控研究相对较少.卤氧化铋固溶体光催化材料由于独特的层状晶体结构、可调节的带隙结构和优化的电荷分离效率,近年来受到广泛关注.目前对固溶体的体相电荷分离机理尚不清楚.内电场作为一种新的增强光催化反应活性的有效调控途径,通过定向促进体相电荷的分离和转移,使光生载流子快速参与氧化还原反应.然而,通过调控内电场来增强卤氧化铋固溶体光催化活性的报道较少,且缺乏从理论和实验的角度对固溶体内电场大小以及电荷分离机理的分析.本文构建了具有相同形貌和晶体结构的Bi₂₄O₃₁Cl_xBr_10-x固溶体光催化剂,并考察了其催化性能.密度泛函理论计算、开尔文探针力显微镜(KPFM)和Zeta电位测试结果表明,通过改变卤素类型和比例可增加晶体结构单元的不对称性,从而调节[Bi₂₄O₃₁]和[X]层之间的电势差,增强光催化材料的内电场强度,促进体相电荷分离和转移效率,进而提高酚类有机污染物的降解活性.光电化学测试发现,相较于Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀,Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆固溶体体相电荷分离效率显著提高,表面和界面上的电荷转移效率以及载流子密度增加.Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆的载流子密度分别是Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的33.1倍和4.7倍,Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆固溶体降解双酚A活性分别是Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的6.21倍和2.71倍.此外,其它酚类的降解实验也证明了光催化活性和内电场强度以及电荷分离效率成正相关.综上所述,本文从内电场的角度揭示了固溶体策略对光催化性能增强的内在机理,这些发现将进一步加深对体相电荷运动行为的理解,为设计高活性光催化剂提供一条新的途径.     

微波液相法一步合成H3PW12O40/Bi2WO6光催化剂及其脱氮性能

采用微波液相法一步合成了固载型H₃PW₁₂O₄₀/Bi₂WO₆光催化剂. 通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、 场发射扫描电子显微镜(SEM)、 表面积及孔隙度(BET)测定、 氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)、 吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)和X射线衍射(XRD)对所合成催化剂的结构和性质进行了考察, 并以吡啶浓度为15 mg/g的模拟油对光催化剂的脱氮效果进行评价. 结果表明, 与传统浸渍固载法相比, 微波液相一步法不仅能高效合成H₃PW₁₂O₄₀/Bi₂WO₆光催化剂, 且所合成的催化剂能被低能量的光激发. 固载H₃PW₁₂O₄₀不但能提高Bi₂WO₆纳米颗粒的表面酸量, 还能通过改变Bi₂WO₆前驱液的酸强度来调控催化剂形貌. 在H₃PW₁₂O₄₀固载量为15%(质量分数), 微波功率为800 W, 反应时间为90 min条件下得到的H₃PW₁₂O₄₀/Bi₂WO₆的光催化脱氮活性最高, 在催化剂与模拟油质量比为1/300, 500 W氙灯光照60 min的最佳光催化反应条件下, 模拟油脱氮率达到92.63%.     

Al2O3负载Pt催化剂的合成及其甲醇低温催化燃烧性能研究

采用一步合成法制备了Al₂O₃负载Pt催化剂Pt/Al₂O₃,以甲醇催化燃烧作为目标反应研究了其催化性能,考察了还原剂浓度、表面活性剂用量、表面活性剂浓度和煅烧温度对Pt/Al₂O₃甲醇低温催化燃烧性能的影响。结果表明,当还原剂浓度为0.1 mol/L、表面活性剂(CTAB)用量为8.53 g/g_cat.、表面活性剂浓度为0.1 mol/L、煅烧温度为600℃时,所得催化剂的活性最高,25℃下甲醇催化燃烧的转化率达到52%。而改进一步合成法制备的负载型催化剂Pt/Al₂O₃具有更高的甲醇催化燃烧活性,25℃下甲醇催化燃烧的转化率为84%。     

具有高效界面电荷转移的0D/2D Bi4V2O11/g-C3N4梯形异质结的设计合成及抗生素降解性能研究

随着工业技术的飞速发展,大量有机污染物被应用于生活的各个领域,由此带来了严重的环境问题。众所周知,半导体光催化技术是一种有效且环境友好的降解去除典型污染物的方法,而光催化剂在该技术的应用中起着关键作用。因此,在光催化污染物降解领域,人们已经尝试研究了各种半导体材料。其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是近年来公认的“明星”材料之一。因其独特的二维层状结构和良好的可见光响应而引起了人们的极大兴趣。由于带隙较窄(~2.7 eV)、能带结构可调以及良好的物理化学稳定性,g-C₃N₄对太阳光谱的吸收可达450 nm,具有一定的可见光光催化性能。然而,g-C₃N₄在去除抗生素和染料方面的降解效率仍然存在不足,例如光生电荷的快速复合以及空穴的氧化能力弱等。为了优化这种有前景的光催化材料,人们尝试了多种方法来改善g-C₃N₄的电子能带结构,例如金属/非金属元素掺杂、形貌调控和官能团修饰等。最近,人们提出了由两种N型半导体光催化剂组成的梯形异质结理念,它可以利用半导体材料更正的价带和更负的导带。相关结果表明,构筑梯形异质结是提高g-C₃N₄光催化活性的最有效方法之一。因此,本文通过简单的原位溶剂热生长法制备了新型0D/2D Bi₄V₂O₁₁/g-C₃N₄梯形异质结光催化剂。Bi₄V₂O₁₁/g-C₃N₄复合材料对去除土霉素(OTC)和活性红染料展示出了优异的光催化活性。尤其是BVCN-50复合材料对OTC和活性红的降解效率高达74.1%和84.2%,该过程的主要活性物种为·O₂^-。大幅增强的光催化性能归因于Bi₄V₂O₁₁和g-C₃N₄之间形成的梯形异质结保持了光催化体系的强氧化还原能力(Bi₄V₂O₁₁的强氧化能力和g-C₃N₄的强还原能力),并促进了光生电荷的空间分离。此外,金属Bi⁰的表面等离子共振效应可以拓宽异质结系统的光吸收范围。此外,基于高效液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析,我们研究了OTC降解过程中可能的中间体和降解路径。这项工作为设计和制备g-C₃N₄基梯形异质结用于抗生素和活性染料降解提供了一种新的策略。     

磷酸修饰对纳米Fe2O3热稳定性及光催化性能的影响

通过溶液浸渍蒸干过程实现了磷酸对Fe₂O₃纳米粒子的表面修饰, 研究了磷酸修饰对纳米Fe₂O₃的热稳定性及光催化活性的影响. 结果表明, 磷酸修饰显著提高了Fe₂O₃的热稳定性, 主要归因于磷酸修饰在样品表面抑制了粒子之间的团聚生长. 同时, 在光催化降解气相乙醛和液相苯酚的测试中, 磷酸修饰后热处理温度为600 ℃的样品表现出了最佳的可见光催化性能, 这主要归因于该样品具有高晶化度、 小粒子尺寸及大比表面积, 并且适量的修饰有利于其光催化性能的提高.     

超临界水热极速合成异质结构H4SiW12O40/Bi2WO6光催化剂及其脱氮性能

采用超临界水热合成方式极速合成一种H_4SiW_(12)O_(40)/Bi_2WO_6光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积及孔隙度(BET)测定对所合成催化剂的结构和性质进行了考察,并以吡啶含量为15 mg/g的模拟油对光催化剂的脱氮效果进行评价。结果表明,该光催化剂为二维纳米片自组装成的三维球状结构,其中,H_4SiW_(12)O_(40)与Bi_2WO_6不是简单的固载关系而是在超临界水热条件下生成一种新的晶相,正是由于这种晶相的存在,使得H_4SiW_(12)O_(40)牢固固载在Bi_2WO_6光催化剂本体上的同时,对光生载流子进行了有效疏导,提升了H_4SiW_(12)O_(40)/Bi_2WO_6光催化剂的使用寿命和光催化活性。本研究针对光催化剂制备周期与晶形发育的矛盾,将超临界水热技术与光催化剂模板导向合成技术有机结合,在获得良好晶形异质结构H_4SiW_(12)O_(40)/Bi_2WO_6光催化剂的同时明显缩短了光催化剂的制备周期,从而降低了催化剂的制备成本,攻克了光催化剂工业化应用的主要矛盾,所制备的H_4SiW_(12)O_(40)/Bi_2WO_6光催化剂轻质油脱氮效率达97%以上。     

高催化活性2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2纳米片异质结的构建及其可见光催化去除NO

This study concentrated on the production of a two-dimensional and two-dimensional (2D/2D) Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ heterojunction with a large interface that applied as one of the novel visible-light-induced photocatalyst via the hydrothermal method. The obtained photocatalysts enhanced the photocatalytic efficiency of the NO removal. The crystal structure and chemical state of the composites were characterized using X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results showed that Ti₃C₂, Bi₄O₅Br₂, and Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ were successfully synthesized. The experimental results of scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed that the prepared samples had a 2D/2D nanosheet structure and large contact area. This structure facilitated the transfer of electrons and holes. The solar light absorptions of the samples were evaluated using the UV-Vis diffuse reflectance spectra (UV-Vis DRS). It was found that the absorption band of Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ was wider than that of Bi₄O₅Br₂. This represents the electrons in the Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ nanosheet composites were more likely to be excited. The photocatalytic experiments showed that the 2D/2D Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ composite with high photocatalytic activity and stability. The photocatalytic efficiency of pure Bi₄O₅Br₂ for the NO removal was 30.5%, while for the 15%Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ it was 57.6%. Moreover, the catalytic reaction happened in a short period. The concentration of NO decreased exponentially in the first 5 min, which approximately reached the final value. Furthermore, the stability of 15%Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ was favorable: the catalytic rate was approximately 50.0% after five cycles of cyclic catalysis. Finally, the scavenger experiments, electron spin resonance spectroscopy (ESR), transient photocurrent response, and surface photovoltage spectrum (SPS) were applied to analyze the photocatalytic mechanism of the composite. The results indicated that the 2D/2D heterojunction Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ improved the separation rate of the electrons and holes, thus enhancing the photocatalytic efficiency. In the photocatalytic reactions, the photogenerated electrons (e⁻) and superoxide radical (·O₂⁻) were critical active groups that had a significant role in the oxidative removal of NO. The in situ Fourier-transform infrared spectroscopy (in situ FTIR) showed that the photo-oxidation products were mainly NO₂⁻ and NO₃⁻. Based on the above experimental results, a possible photocatalytic mechanism was proposed. The electrons in Bi₄O₅Br₂ were excited by visible light. They jumped from the valence band (VB) of Bi₄O₅Br₂ to the conduction band (CB). Then, the photoelectrons transferred from the CB of Bi₄O₅Br₂ to the Ti₃C₂ surface, which significantly promoted the separation of the electron-hole pairs. Therefore, the photocatalytic efficiency of Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ on NO was significantly improved. This study provided an effective method for preparing 2D/2D Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ nanocomposites for the photocatalytic degradation of environmental pollutants, which has great potential in solving energy stress and environmental pollution.     

HPA/Bi_2WO_6光催化剂的制备及其脱氮性能研究

以Na2WO4·2H2O和Bi(NO3)3·5H2O为原料,通过不同表面活性剂为模板剂对所制备催化剂的形貌进行调控,将调控形貌后的催化剂固载不同种类杂多酸(HPA),再进行超临界流体干燥制得HPA/Bi2WO6光催化剂。并采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-vis)、扫描电镜(SEM)、比表面积测定仪(BET)对所制备的催化剂进行表征,通过含氮模拟油对固载杂多酸后的催化剂的脱氮性能进行评价。结果表明,十二烷基硫酸钠(SDS)能起到更好的模板导向作用,从而获得由二维纳米片组装成的三维中空花状结构。采用超临界流体萃取干燥技术对催化剂进行提纯干燥,可有效地避免孔塌陷、团聚等现象,进一步增大了催化剂的比表面积,其脱氮效果有了进一步的提高。固载磷钨酸能有效地提高催化剂的表面酸性位点,从而显著提高了催化剂的催化活性,磷钨酸固载量为10%、剂油比为1∶100时、氙灯光照3 h脱氮率可达92.08%。     

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。     

Ag2CO3/Bi2O2CO3光催化剂的p-n异质结构筑及活性研究

采用先后沉淀法制备了Ag₂CO₃/Bi₂O₂CO₃(BOC)复合光催化剂. 扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征结果表明, 尺寸为8.0~18.5 nm的Ag₂CO₃颗粒均匀分散于BOC纳米片表面. 两种半导体之间所形成的良好p-n异质界面效应拓宽了BOC的光吸收范围, 并有效促进了光生电子-空穴对的分离. Ag₂CO₃/BOC复合光催化剂的催化活性明显提高, 其中Ag₂CO₃含量(质量分数)为0.62%时活性最佳, 降解罗丹明B的速率常数为纯BOC的2.8倍. 结合催化过程中的活性物种研究和两种半导体的相对能带位置, 提出了p-n异质界面空间电荷层的形成以及载流子分离和迁移机制.     

Synthesis and study of Bi2Ti2O7/TiO2 composites as efficient visible-light-active photocatalysts in the reduction of aqueous Cr(VI)

In this work, Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites were synthesized and studied as potential visible-light-activated photocatalysts in the reduction of aqueous Cr(VI). Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites with tunable compositions were synthesized via a solvothermal-calcination two-step method, simply by changing the molar ratios of Bi(NO_3)_3·5H_2O to tetrabutyl titanate in the reactants. The compositions, structures and optical properties of the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites were characterized by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and UV–vis diffuse reflectance spectra. The photocatalytic activity of the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites was tested in the reduction of aqueous Cr(VI)under visible-light(λ420 nm) irradiation, and compared with that of TiO_2 nanoparticles. It was observed that the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites exhibited much higher photocatalytic activity than TiO_2 nanoparticles, and the most efficient composite(300 mg) can achieve the complete reduction of Cr(VI) in 300 mL of 50 mg/L K_2Cr_2O_7 aqueous solution under visible-light(λ420 nm)irradiation in 90 min.     

Bi2Sn2o7的不同水热法制备及其可见光光催化除As(Ⅲ)性能分析

利用微波和普通水热法合成出了具有可见光响应的Bi₂Sn₂o₇纳米光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振谱(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品的晶相、比表面积、光吸收性能、形貌、光催化活性物种等结构与性质进行了系统表征,比较微波水热Bi₂Sn₂o₇(MH-BSo)与普通水热Bi₂Sn₂o₇(TH-BSo)形貌和微结构,并考察两者在可见光光照下光催化氧化As(Ⅲ)的性能差别。实验结果表明, MH-BSo具有更细小的粒径和更大的比表面积,而在可见光照射下, MH-BSo样品比TH-BSo样品具有更好的As(Ⅲ)的光催化氧化能力(可达98.7%)。此外,对Bi₂Sn₂o₇纳米光催化剂氧化去除As(Ⅲ)的光催化机理进行初步探索,结果表明超氧自由基(o₂^-•)和空穴(hVB+)是主要起作用的中间反应活性物种。