亚硫酸盐协助中空Bi2WO6微球的光催化性能

本文利用亚硫酸盐与Bi2WO6协同作用,有效地提升其光催化活性。以甲基橙和抗生素环丙沙星(CIP)作为被降解物对该体系的光催化降解性能和机理进行了研究。结果表明:光催化活性增强主要原因为亚硫酸盐能与Bi2WO6的光生空穴及羟基自由基反应,不仅能生成新的活性物质亚硫酸自由基(SO3^2-),还能促进Bi2WO6光生电子—空穴对的分离。此外,还考察了催化剂的用量、和污染物的浓度对该体系光催化性能的影响。     

盐辅助-超生喷雾热分解法合成中空Bi_2WO_6纳米微球去除NO的应用（英文）

氮氧化物(简称NO_x,包括NO和NO_2等)是形成二次有机气溶胶的重要前体物,其存在会严重影响空气质量并危害人类健康.目前用于NO_x的去除的方法主要有过滤、物理吸附、热催化等.然而,这些技术存在高能耗及产生二次污染等缺点,严重制约其实际应用.近年来,光催化技术作为一种有效处理NO_x的环保技术,因其具备在常温下高效处理低浓度NO_x(大气污染浓度水平)的优点而获得广泛关注.最近,Bi_2WO_6光催化剂因其独特的层状结构以及特有的催化性质,表现出良好的可见光催化性能.Bi_2WO_6光催化性能与催化剂的形貌及尺寸大小密切相关,目前报道的Bi_2WO_6的形貌有片状、颗粒状、花状、中空微球等.其中,由小纳米颗粒堆积成的中空Bi_2WO_6微球因其大的比表面积和高的荷质传输速率,表现出显著优于其它形貌的光催化性能.目前已有少量关于中空结构Bi_2WO_6微球的制备方法的报道,这些方法均需引入纳米球状的"核"作为模板,并在其上生长Bi_2WO_6胶体颗粒,然后去除"核",从而得到中空结构.譬如,Shang等采用碳纳米球作为"核"制备出Bi_2WO_6微球,再通过煅烧手段去除碳"核".Thillai与合作者用硅球作为"核",为了得到中空结构Bi_2WO_6微球,用NaOH将硅"核"刻蚀.然而这类方法均涉及到复杂的制备过程和高昂的运行成本.超生喷雾热分解法是一种常见的制备尺寸可控的纳米球的方法.在之前的工作中,本研究组成功使用超声喷雾热解法制备出具有优良光催化活性的Bi_2WO_6实心微球.我们首次加入NaCl盐为模板,使用简单的超声喷雾热分解方法制备出具有中空结构的Bi_2WO_6微球光催化剂,合成过程无需采用复杂的除"核"手段.一系列表征表明:该微球由直径为41-148 nm的纳米片自组装而成,并在表面形成了不均匀分布的孔结构;并对Bi_2WO_6中空微球的生长机制做了详细的研究,考察了所制备Bi_2WO_6催化剂去除NO的效率.生长机制研究结果表明,NaCl盐在中空Bi_2WO_6微球的形成过程中发挥着关键性作用:(1)NaCl盐溶液在超生喷雾热分解法的高温过程中形成NaCl单晶并作为"核"模板,参与中空Bi_2WO_6微球的形成;(2)Na~+离子有助于Bi_2WO_6微球的微结构-纳米片的生长;(3)Cl~-离子有利于Bi_2WO_6微球表面微孔的形成;(4)NaCl模板水洗后留下中空结构的Bi_2WO_6微球;(5)NaCl盐也充当着多孔诱发剂,其水洗溢出过程会造成Bi_2WO_6微球表面的孔结构.性能测试表明,以NaCl盐为模板所制备的中空Bi_2WO_6微球表现出优异的光催化性能,其在模拟太阳光下去除NO的效率是未添加模板的1.7倍、以KCl为模板的1.5倍、以Na_2SO_4为模板的1.2倍.BET和DRS分析表明,中空结构Bi_2WO_6微球具有大的比表面积和高的可见光吸收,对提高催化性能起到重要作用.ESR测试结果表明,·OH和·O_2~-是中空Bi_2WO_6微球的光催化反应过程的主要活性物种,·O_2~-的产生有助于提高光催化剂降解NO的耐受性.     

Cl-诱导的含氧空位原子层厚Bi2WO6的可控合成及其深度氧化NO性能

开发具有高量子效率的半导体光催化材料是极具前景的解决能源短缺和环境污染问题的策略.在已报道的诸多光催化材料中,超薄二维(2D)材料表现突出,凭借其高效的载流子分离传输性能备受研究者的青睐.然而,苛刻的合成条件、缺乏表面活性位点等问题制约了其应用.因此,温和可控地合成具有大量活性位点的原子层厚2D材料具有重要的意义.作为...     

鳞状BiOBr/Bi2WO6的合成及其吸附性能

采用一步水热法成功制备鳞状形貌的BiOBr/Bi₂WO₆复合物,通过X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附/解吸附比表面测定仪（BET）、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱等对复合物进行了表征。对比Bi₂WO₆与BiOBr的SEM照片,结合KBr的浓度实验,提出了BiOBr/Bi₂WO₆的鳞状形貌的形成机理。选取有机染料为吸附质,BiOBr/Bi₂WO₆为吸附剂进行了复合物吸附性能测试。结果表明,BiOBr/Bi₂WO₆对阳离子染料表现出优越的吸附性能,10 min对次甲基蓝（MB）的吸附率高达99%,优于常规的活性炭吸附剂。此外,BiOBr/Bi₂WO₆对有机染料的吸附行为符合准二级反应速率方程和Freundlich等温吸附模型。     

一种多季胺阳离子诱导Bi2WO6片状团簇微球的合成及光致发光特性

以一种实验室自合成的双子季铵盐为表面活性剂,采用水热法,通过调节pH值,制备出由Bi2WO6纳米片自组装而成的不同片状团簇微球。研究了不同Bi2WO6片状团簇微球的物相结构、成分、晶体形貌和光致发光特性,探讨了其可能的生长机理。结果表明,在这种多季胺阳离子作用下,pH值对Bi2WO6片状团簇微球的物相、形貌和光致发光性能有明显的影响,随着pH值的增大,Bi2WO6片状团簇微球在(131)晶面处呈现明显的择优取向生长,在pH=5时,Bi2WO6微球可达到最大的发光强度。     

溶剂热合成Cu2O微球及其对高氯酸铵热分解的催化作用

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,利用溶剂热法合成了Cu2O微球.考察了PVP用量以及反应温度对产物形貌的影响,并在反应时间为2.5与4.5h时分别合成了直径为100-200nm和1μm的Cu2O微球.同时,利用差热分析(DTA)技术考察了不同直径的Cu2O微球对高氯酸铵(AP)热分解的催化效果,结果表明:添加2%(w)的直径为100-200nm和1μm的Cu2O微球使得AP的高温分解温度分别降低了116和118°C,AP在低温阶段的分解量也明显提高.     

具有高效电荷分离的2D/2Dα-Fe2O3/Bi2WO6S型异质结增强光-芬顿催化活性

近年来,Fenton反应由于其成本低,反应速度快,操作简单等优势受到了广泛的研究.传统的均相Fenton反应可通过H2O2氧化Fe2+产生具有强氧化性的羟基自由基,用于处理难降解的有机物.然而,Fenton反应存在两个主要问题,首先,在Fenton反应中需要加入大量的酸来维持酸性环境,以保证反应的最佳活性.其次,Fenton反应中铁离子不断流失并形成固体污泥,这严重影响了Fenton反应产生?OH的效率.目前,将光催化反应与非均相芬顿反应相结合是改善这些问题的有效方案.非均相光芬顿反应不仅能提高有机物降解的活性,而且通过光催化剂导带上的电子有效减少Fe^3+的浸出和铁氢氧化物沉淀的产生.最近,作为一种可见光Fenton催化剂,α-Fe2O3可以在几乎中性的条件下发生光芬顿反应,这解决了在反应过程中需要随时调整PH值的问题.此外,光照条件下α-Fe2O3价带上的电子能跃迁至导带并将Fe3+还原成Fe^2+,从而减少铁离子的损耗.然而,由于光生载流子复合率较高等问题,单一α-Fe2O3光催化剂的催化活性仍不理想.构建具有2D/2D结构的S型异质结可以缩短电子在界面间的传输距离,增大材料的活性位点,将光生电子-空穴在空间上分离,从而有效增强光生载流子的分离效率.因此,构建2D/2Dα-Fe2O3/Bi2WO6 S型异质结,并用于光芬顿反应有望进一步提高对有机污染物的降解效率.本文通过简易的水热法制备了具有2D/2D结构的α-Fe2O3/Bi2WO6 S型异质结光芬顿催化剂,并通过XRD、BET、TEM、XPS和UV-Vis等手段对催化剂的晶体结构、元素状态、微观结构、光学性质和化学组分进行了表征.通过在可见光照射下降解甲基蓝(MB),考察了α-Fe2O3/Bi2WO6的光芬顿催化活性.结果表明,由于光催化反应与Fenton反应的协同作用,α-Fe2O3/Bi2WO6表现出了明显增强的光-Fenton催化活性,最佳比例的α-Fe2O3/Bi2WO6的活性分别是单一α-Fe2O3和Bi2WO6的11.06倍和3.29倍.本文将光催化反应与Fenton反应相结合,一方面,光催化反应对Fe^3+的还原有促进作用,提高了Fe2+的浓度,从而提升羟基自由基的产量;另一方面,Fenton反应对α-Fe2O3/Bi2WO6中电子的利用阻止了光生载流子的复合,进一步提高了光催化降解效率.此外,由于二维纳米片之间具有更大的接触面积,2D/2D异质结可以缩短电荷传输时间和距离,促进了光生电子-空穴的分离.同时,具有较大比表面积的2D/2D材料可以在催化剂表面提供大量用于有机物氧化分解的活性位点.而S型异质结的构建不但促进了界面电荷的转移和分离,还能维持最佳的电荷氧化还原电位,这都提升了催化剂的光芬顿催化活性.总之,本文为合成可高效降解有机污染物的非均相光-芬顿催化剂提供了新的思路.     

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.     

应用纳米金／TiO2中空微球复合膜高灵敏检测转基因植物外源基因特定DNA序列

在碳糊电极表面制备的纳米金／TiO2中空微球复合膜可以极大地提高DNA检测的灵敏度．应用循环伏安法和电化学交流阻抗谱法研究了纳米金和TiO2中空微球在碳糊电极上的固载,并用[Fe（CN）6]^3-/4-作为指示剂以电化学交流阻抗谱法表征了DNA的杂交．此DNA电化学生物传感器成功检测了来自于花椰菜花叶病毒的35S启动子基因的DNA特定序列,其动力学检测范围为1．0×10^-12～1．0×10^-8mol／L。检测限为2．3×10^-13mol／L;同时对从一种转基因大豆中提取的外源基因胭脂碱合成酶基因终止子的聚合酶链式反应（PCR）扩增产物进行了检测,得到了满意的结果．     

水热合成Bi2WO6/SC光催化剂及其光催化脱硝性能研究

以活性半焦(SC)为载体,采用水热法合成新型可见光催化剂Bi₂WO₆ /SC, 利用SEM、BET、XRD、FT-IR和紫外可见漫反射(UV-vis)光谱等系列手段对所制备的样品进行了表征,并以可见光(λ＞ 400 nm)为光源,模拟烟气中的NO为氧化脱除对象,进行光催化活性测试。 结果表明,通过水热法合成的Bi₂WO₆具有微米花形状,且光响应波长已扩展到400 nm以上的可见光区, Bi₂WO₆/SC光催化脱硝剂性能最好,反应4 h后脱硝率仍高于70%。     

增强光催化活性的3D分级结构Bi2W06微球及表面酸性

以KNO3为矿化剂,用水热法制备了3D分级结构Bi2WO6微球,通过XRD、SEM、BET对产物进行了表征．探讨了3D分级结构Bi2WO6微球可能的形成机理．以罗丹明B为模型污染物,研究了合成产物的光催化性质．结果表明：在紫外光下,RhB的降解以共轭结构断裂的光催化反应为主;而在可见光照射下,RhB的降解可能是光催化和光敏化共同作用的结果．进一步以吡啶为探针分子,通过吸附吡啶红外光谱探讨了Bi2W06表面酸性与光催化降解RhB之间的关系．研究显示,Bi2W06具有较强的表面酸性,增强了Bi2WO6与RhB分子之间吸附作用,有利于染料分子上的电子跃迁至催化剂上,易于发生光敏化和光催化反应。     

圆盘状Bi2WO6-BiPO4异质结的水热合成及光催化性能

采用水热法制备Bi2WO6-BiPO4异质结光催化剂．利用模拟太阳光照射下的罗丹明B降解实验评价了Bi2WO6-BiPO4复合物的光催化性能．结果表明,Bi2WO6-BiPO4光催化活性比Bi2WO6和BiPO4高得多．当Bi2WO6与BiPO4的摩尔比为1：1时复合光催化剂对罗丹明B的降解率最高．Bi2WO6-BiPO4催化活性增强主要归结为两者之间形成了有效的异质结结构,其内建电场能够促进光生载流子的分离．同时,Bi2WO6的加入增强了其对可见光的吸收．研究表明O2^· -和h^＋在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

可见光响应型Bi2WO6光催化剂

Bi₂WO₆作为一种新型半导体光催化剂,具有较窄的带隙宽度和特殊的层状结构,因而显示出良好的可见光催化性能。本文综述了围绕提高Bi₂WO₆的光催化活性和实用性而开展的相关研究成果,包括:纳米结构Bi₂WO₆材料;分级超结构Bi₂WO₆材料;Bi₂WO₆光催化剂的系列修饰改性,如金属氧化物复合、碳烯和金属单质的表面沉积,以及金属离子和非金属离子的掺杂等。此外,还从回收角度综述了Bi₂WO₆的固定化技术。最后对Bi₂WO₆光催化剂的发展趋势进行了展望,强调对Bi₂WO₆进行带隙调控,并加强对其异质结构界面状态的研究,通过理论计算可深入理解光催化机制,以从制备入手指导现有催化剂的改良和设计新型光催化剂。     

水热反应条件对多孔球状Bi2WO6光催化剂结构及性能的影响

采用水热法制备了Bi₂WO₆光催化剂, 考察了水热反应温度、 水热反应时间及前驱体溶液pH值等条件对其对乙烯可见光催化活性的影响, 并通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和比表面积分析等对催化剂的晶相组成、 微观形貌和光学性质等进行表征. 结果表明, 在水热反应温度为120 ℃、 水热反应时间为12 h、 前驱体溶液pH=0.5条件下, Bi₂WO₆光催化剂经过各向异性生长以及自组装奥斯特瓦尔德成熟(Ostwald ripening)过程, 形成由二维纳米薄片自组装的多孔微球状结构, 有效增大了与乙烯气体的接触面积, 禁带宽度降至2.86 eV, 可见光响应范围拓宽, 表现出优异的光催化性能, 在可见光下240 min内对乙烯的降解率达到13.69%.     

钨酸铋担载钯纳米粒子光催化甲苯及其衍生物到醛的氧化反应

甲苯及其衍生物的选择性氧化是化学工业中重要的一环.氧化产物醛、酮和酸类化合物是各种农药、染料、防腐剂、阻燃剂、香料、塑料的合成中间体.在传统的化工过程中,通常在苛刻的条件下,如高温、高压以及酸性溶剂中进行甲苯的选择性氧化.光催化有机合成作为一种"绿色"的合成方法受到越来越多的关注.我们发现钨酸铋作为可见光响应的光催化剂,可以利用氧气作为氧化剂,对甲苯及其衍生物进行催化氧化反应.通过调节水热法合成钨酸铋的酸碱条件,控制其成核生长过程,改变其形貌,发现在pH值为0.49时,得到花状钨酸铋粉末活性最高.X射线衍射、扫描电镜、紫外可见吸收光谱和比表面测定结果发现,花状钨酸铋粉末表现出最佳的甲苯氧化活性很可能是与它最大的比表面积有关系.为了进一步提高催化的活性,我们将助催化剂担载在钨酸铋粉末上,发现Pd的担载量为0.1 wt%时甲苯氧化反应活性最高.将邻、间、对位甲基取代以及对位甲氧基和氯取代的甲苯衍生物进行反应,发现均可高选择性地得到目标产物.在加入电子牺牲剂硝酸银和空穴牺牲剂草酸铵到反应体系后,发现反应被完全禁阻,说明在甲苯氧化反应过程中电子和空穴都起到了相应的作用.通过电化学测试发现,钯作为助催化剂担载在钨酸铋表面后,产生更强的氧化和还原信号,说明其在电子和空穴发生反应的过程中都起到了相应的促进作用.由此推测,在甲苯的氧化反应中,钨酸铋材料表面吸收可见光,产生光生电子和空穴,而钯的担载则促进了电子和空穴进行氧气还原和甲苯氧化的过程.     

Facile Electrospinning of CeO2/Bi2WO6 Heterostructured Nanofibers with Excellent Visible‐light‐driven Photocatalytic Performance

One‐dimensional (1D) CeO₂/Bi₂WO₆ heterostructured nanofibers with a diameter of about 300 nm were successfully synthesized by using a straightforward strategy combining an electrospinning technique with a sintering process. The acquired products were characterized by thermogravimetric and differential scanning calorimetric (TG‐DSC), Fourier transform infrared (FT‐IR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X‐ray diffraction (XRD), X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area measurements, and UV/Vis spectroscopy. The obtained CeO₂/Bi₂WO₆ heterostructured nanofibers exhibited an excellent photocatalytic property for the degradation of Rhodamine B (RhB) dye driven by visible light due to the promoted separation of photoelectrons and holes and the large contact area between the photocatalyst and organic pollutant.