纺锤形BiVO_4微米管:低温离子熔盐合成及光催化性能

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和NH_4VO_3为原料,以氯化胆碱和尿素组成的低温离子熔盐为反应介质,采用离子热合成法成功制备出了具有纺锤状外形的BiVO_4微米管。利用XRD,SEM,UV-Vis DRS,光催化测试等手段考察了BiVO_4颗粒的物相、形貌和光催化性能。结果表明,在离子熔盐环境下可以制备出结晶良好的BiVO_4纺锤形微米管,该BiVO_4微米管长10～15μm,直径为1.5μm左右,管壁厚约为200 nm。同时,研究了pH值对BiVO_4颗粒物相与形貌的影响,发现随着pH值的变化可分别合成出具有柱状、纺锤形微米管、柱状微米管和针柱状单斜相BiVO_4颗粒。光催化测试结果表明,这些单斜白钨矿BiVO_4颗粒在可见光范围都具有一定的光催化活性,其中纺锤状微米管对罗丹明B的降解效果最佳,可见光照射4.5h后罗丹明B的降解率可达到93%。     

球形、花形和线状钒酸铋的可控合成及光催化性能

通过无模板、无助剂的可控水热法, 制备出球形、花形和线状钒酸铋(BiVO₄), 研究了其光学和可见光催化性能. 通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)观测其结构和形貌特征. XRD谱线显示, 所制备的样品为单斜晶体结构. TEM结果表明, 通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粉体. 基于不同条件下制备的样品的微结构分析, 提出了这些不同形貌的形成机制. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BiVO₄样品的带隙能约为2.19-2.33 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的罗丹明B(RhB)降解实验评价了BiVO₄样品的光催化性能. 结果表明, BiVO₄的光催化活性比商用TiO₂催化剂P25 和掺氮TiO₂ (N-TiO₂)高得多. 所制备的球形BiVO₄光催化效率最高, 经可见光照射180 min, RhB溶液的降解率可达100%. 系统地研究了结构和形貌对不同pH值下制备的BiVO₄样品光催化活性的影响.     

纳米钒酸铋的微波快速合成及光催化性能研究

采用微波辅助加热法以NaVO₃溶液和Bi(NO₃)₃·5H₂O的硝酸溶液为反应物,在10～40 min内合成了纳米钒酸铋粉末。利用XRD、FTIR、TEM、UV-Vis等手段研究了反应时间对产物结构及形貌的影响。经测定反应10 min时,得到纯的四方相BiVO₄,随着反应时间的延长,逐渐出现单斜相的衍射峰,当反应40 min时,获得纯的单斜相BiVO₄。同时XRD和IR结果证明了相转变的过程。TEM分析表明不同的反应时间条件下样品呈现不同的形貌。不同反应时间下获得样品的光催化性能的结果表明,微波反应时间对BiVO₄结构的转变及光催化性能的改变起到了重要的作用。     

沉淀法制备不同形貌和结构的纳米BiVO4

采用液相沉淀法，通过选择不同起始原料并控制反应温度和pH值，制备得到不同形貌和结构的纳米BiVO₄。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)技术对产物进行分析表征。结果表明，采用NH₄VO₃作V源，室温下可直接制备得到结晶好的四方晶系硅酸锆型BiVO₄球形纳米颗粒，提高反应液pH值或升高温度，可得到单斜晶系白钨矿型BiVO₄，采用NaVO₃作为V源，室温下可直接得到单斜晶系白钨矿型片状BiVO₄。加入不同类型表面活性剂则得到不同形貌的BiVO₄。     

可见光响应催化剂BiVO4六角形微米棒的水热合成

以Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₄VO₃为原料并以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板剂通过水热法制备了BiVO₄六角形微米棒晶体。采用XRD、SEM、IR、Raman、UV-Vis、光催化等对产品进行了表征和分析。结果表明,PVP辅助水热法能够合成直径125~300 nm、长度在1.0~1.6 μm内的形貌均一且结晶度高的单斜白钨矿BiVO₄六角形微米棒晶体。相比BiVO₄颗粒,该棒状样品的紫外-可见光吸收边发生了稍许红移,其能带隙减小至2.25 eV。光催化结果表明,添加2.0 g PVP时的BiVO₄微米棒对亚甲基蓝具有最强的可见光催化降解活性,其光照射浓度为10 mg·L^-1亚甲基蓝溶液2 h时的降解率达到99%。     

Ag3PO4/BiVO4复合光催化剂的制备及可见光催化降解染料

结合回流法和原位沉淀法成功制备磷酸银/矾酸铋(Ag₃PO₄/BiVO₄)复合光催化剂. 通过X 射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及光致发光(PL)光谱对制备样品进行表征. XRD和FESEM结果表明成功制备Ag₃PO₄/BiVO₄复合光催化剂. 采用节能发光二极管灯(LED)作为可见光光源, 在低消耗光催化系统中评价制备样品可见光催化降解染料的活性.当Ag₃PO₄和BiVO₄的组成摩尔比为1:3 时, 复合Ag₃PO₄/BiVO₄光催化剂呈现出高于纯相Ag₃PO₄的催化活性,可减少Ag₃PO₄的使用量. Ag₃PO₄/BiVO₄复合光催化剂在中性溶液中表现出高活性, 同时证实其对阳离子染料的光催化降解效果强于阴离子染料. 在Ag₃PO₄/BiVO₄系统中, 超氧自由基和空穴是主要的活性物种. 经过三次循环利用, Ag₃PO₄/BiVO₄复合催化剂的可见光催化活性表现出不同程度的降低, 归因于降解过程中产生金属银.     

单斜BiV04的离子液体辅助水热合成及表征

在离子液体[BMIM]Br辅助的水热条件下,合成了斜钒铋矿(Clinobisvanite,m-BiVO4)片状多面体微米晶.采用XRD,XPS,IR和SEM等对产物物相、结构和形貌进行了表征.结果表明,m-BiVO4产物为单斜晶系,I2/b空间群,片状多面体长宽为8～12 m,厚度为2-5 μm,晶型较完整,且具有良好...     

二元ZnCo-LDH助催化剂对BiVO4光电化学性能的促进

钒酸铋(BiVO_4)是最有前景的将太阳能转化为氢能(STH)的光阳极材料之一,但其本身严重的电子-空穴复合严重影响了其实用性。本文中,我们报道了用一步电沉积法将高效的二元ZnCo-LDH助催化剂沉积在钒酸铋(BiVO_4)光阳极上,大大提升了钒酸铋(Bi VO4)的光吸收能力,并且加速了水氧化反应动力学,显著促进了光生空穴向半导体表面的转移,减轻了表面电荷复合。BiVO_4/ZnCo-LDH光阳极在1.23 V(vs RHE)偏压下,0.5 mol·L-1磷酸钾(KPi)电解液中的光电流密度达到2.85 mA·cm~(-2),是纯BiVO_4的2.59倍,且起始电位(Von)从930 m V下降到270 m V。BiVO_4/ZnCo-LDH复合光阳极表现出65%的高表面电荷分离效率(1.23 V(vs RHE)),而纯BiVO_4的仅为30%。     

Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂的制备及其光催化性能

以Na3VO4.12H2O,AgNO3和Y(NO3)3.6H2O为原料,采用浸渍法制备了Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂,并用XRD,SEM,XPS,UV-Vis等测试手段表征了试样的结构和性能。结果显示,Y2 O3/Ag3VO4复合可见光催化剂为单斜结构,Y以Y2 O3的形式分散在Ag3VO4晶体的表面。UV-Vis测试结果表明,Y2O3/Ag3VO4较纯Ag3VO4吸收带边发生了红移,在可见光区的吸收增强;以金属卤灯(波长大于400 nm)为光源,研究了Y2O3/Ag3VO4催化剂对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能。结果发现,Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂的光催化活性较纯Ag3VO4均有大幅提高,其中Y掺杂量为4%时活性最高。     

BiVO4的添加对Nd0.2Ce0.8O1.9电解质微观结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法制备BiVO₄（BV）和Nd_0.2Ce_0.8O_1.9（NDC）粉末,研究BV的加入对NDC电解质结构、形貌及电性能的影响。实验结果表明,NDC-5BV电解质的微观结构更致密,700℃时总电导率（σ_t）提高至3.35×10^-2 S·cm^-1,极化电阻（R_p）降低34%以上。单电池在700℃时的最大功率密度（MPD）为514 mW·cm^-2,开路电压（OCV）在70 h内可以保持良好的长期稳定性。     

磁性BiVO4可见光催化材料的制备及光催化性能

采用水相沉淀法,以Fe3O4粒子为核心,令BiVO4沉淀附着于其上,制备了一种更易于从溶液中分离的磁性BiVO4可见光催化材料,以XRD、SEM、UV-Vis DRS、低温氮吸附-脱附等对其进行了表征。结果表明制备的磁性BiVO4为单斜白钨矿型,颗粒呈片状,粒径比普通BiVO4有所增大,在可见光区的吸收更强,吸收边红移程度随Fe3O4含量增加而增大,但比表面积并没有明显改变。并以可见光(λ≥400 nm)为光源,以亚甲基蓝溶液模拟染料废水,考察了其可见光催化活性,发现与纯BiVO4相比,磁性BiVO4具有更为良好的催化性能。通过考察各催化剂的DRS图谱以及暗反应后亚甲基蓝的浓度,发现这种降解效率上的提高是禁带宽度(Eg)降低、可见光吸收增加和对亚甲基蓝吸附量增大综合作用所导致的。这种吸附量的提升与比表面积无关,本工作以等电点的影响来解释此原因。     

ZnO/Ag微米球的合成与光催化性能

用微波辅助多元醇法对预先制备的ZnO微米球进行修饰,合成了载银氧化锌微米球（ZnO/Ag）. 利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见双光束分光光度计和光致发光光谱仪等对样品的结构、形貌和光学性能进行了表征. 在紫外光照射下,通过亚甲基蓝的降解反应研究了样品的光催化活性. 结果表明,所制备的ZnO/Ag微米球是由面心立方的Ag纳米颗粒附着在纤锌矿结构的ZnO球表面形成;与ZnO相比,ZnO/Ag的紫外-可见光吸收光谱发生明显红移,在紫外和可见光范围均有较强的吸收;随着Ag含量的增加,ZnO/Ag荧光光谱强度先减弱后增强;与ZnO相比,ZnO/Ag的光催化活性明显提高,AgNO₃ 浓度为0.05 mol/L时制得的ZnO/Ag光催化活性最高.     

Ag/Bi2WO6复合材料的制备及光催化性能

采用一步水热合成法制得花球状Bi_2WO_6和Ag/Bi_2WO_6光催化剂,借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FES-EM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外-可见分光光度法(UV-Vis)等手段对样品进行结构性能表征。模拟日光的条件下,以甲基橙(MO)为降解物,对Bi_2WO_6和Ag/Bi_2WO_6的催化活性和机理进行研究。结果表明,相对Bi_2WO_6,相同条件下Ag/Bi_2WO_6对MO具有更佳的降解效果,当Ag掺杂量为1%(n/n)时,其降解率(180 min)可达到91.4%,同时一次回收样降解率也达到81%。此外,也对Ag/Bi_2WO_6复合材料的降解机理做了初步探究。     

钨掺杂BiVO4光阳极降解环丙沙星的表面态行为

采用简单浸渍的方法对BiVO₄光阳极进行表面钨(W)掺杂,以环丙沙星(CIP)为药品和个人护理产品(PPCPs)模型污染物,研究了W掺杂BiVO₄光阳极降解CIP的表面态行为。结果表明,低浓度W掺杂对BiVO₄光阳极的晶体结构、表面形貌和光吸收性能没有显著影响。但W掺杂取代了BiVO₄光阳极表面的V⁵⁺,能抑制BiVO₄光阳极表面V⁵⁺/V⁴⁺还原过程,减少复合中心表面态,同时引入更多氧空穴,增加活性位点表面态。CIP的降解反应受表面活性位点控制。表面W掺杂能有效促进CIP降解的电荷转移,提高BiVO₄光阳极光电催化降解性能。     

钨掺杂BiVO4光阳极降解环丙沙星的表面态行为

采用简单浸渍的方法对BiVO₄光阳极进行表面钨(W)掺杂,以环丙沙星(CIP)为药品和个人护理产品(PPCPs)模型污染物,研究了W掺杂BiVO₄光阳极降解CIP的表面态行为。结果表明,低浓度W掺杂对BiVO₄光阳极的晶体结构、表面形貌和光吸收性能没有显著影响。但W掺杂取代了BiVO₄光阳极表面的V⁵⁺,能抑制BiVO₄光阳极表面V⁵⁺/V⁴⁺还原过程,减少复合中心表面态,同时引入更多氧空穴,增加活性位点表面态。CIP的降解反应受表面活性位点控制。表面W掺杂能有效促进CIP降解的电荷转移,提高BiVO₄光阳极光电催化降解性能。     

AgNi双金属改性多面体钒酸铋的制备及光催化性能

采用简单的水热法制备了多面体钒酸铋(BVO)材料，又通过化学还原法首次在BVO上原位合成了一种小尺寸的AgNi双金属助催化剂并研究了其光催化性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)光谱、N2吸附-脱附等手段对制备的AgNi/BVO材料的理化性能进行了表征。结果表明，AgNi双金属广泛负载在这种特殊形貌的BVO多面体表面，大大增加了金属的附着位点，同时AgNi负载也提高了BVO的结晶性。银表面等离子体谐振效应与镍的共格界面效应增强了BVO催化剂对可见光的吸收，增强了光生电子的分离，提高了光催化活性。光催化降解MB (亚甲基蓝)实验表明，当Ag、Ni的质量比为3∶1时，AgNi/BVO的催化活性最高，在可见光照射下其反应速率常数是BVO的5.4倍，该光催化剂在4次循环后仍能保持良好的光催化活性。     

AgNi双金属改性多面体钒酸铋的制备及光催化性能

采用简单的水热法制备了多面体钒酸铋（BVO）材料,又通过化学还原法首次在BVO上原位合成了一种小尺寸的AgNi双金属助催化剂并研究了其光催化性能。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱、N₂吸附-脱附等手段对制备的AgNi/BVO材料的理化性能进行了表征。结果表明,AgNi双金属广泛负载在这种特殊形貌的BVO多面体表面,大大增加了金属的附着位点,同时AgNi负载也提高了BVO的结晶性。银表面等离子体谐振效应与镍的共格界面效应增强了BVO催化剂对可见光的吸收,增强了光生电子的分离,提高了光催化活性。光催化降解MB （亚甲基蓝）实验表明,当Ag、Ni的质量比为3∶1时,AgNi/BVO的催化活性最高,在可见光照射下其反应速率常数是BVO的5.4倍,该光催化剂在4次循环后仍能保持良好的光催化活性。     

硫化钴装饰BiVO4光阳极提升其光电化学水分解性能

太阳能驱动的光电化学(PEC)水分解可以有效地将太阳能转化为化学能,作为解决环境排放和能源危机最具前景的途径之一,已经引起了科学界的广泛关注.PEC水分解系统由两个半反应组成:在光阳极上的析氧反应(OER)和光阴极上的析氢反应(HER).PEC系统的太阳能转化效率主要由光阳极/电解质界面的OER过程所决定,这是一个非常复杂且涉及质子偶联的多步四电子转移过程.钒酸铋(BiVO₄)是应用于PEC水分解的典型且具有实际应用前景的光阳极材料之一.然而,由于不良的表面电荷转移、电荷在光阳极/电解质结面处的表面复合以及缓慢的OER动力学等因素,导致BiVO₄的PEC性能受到严重限制.本文开发了一种新颖有效的解决方案,以低成本、高电导率和具有快速电荷转移能力的硫化钴装饰来提升BiVO₄光阳极的PEC活性,X射线多晶衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征,研究结果表明CoS成功装饰于BiVO₄表面.采用紫外-可见吸收光谱(UV-VisDRS)研究了BiVO₄和复合光阳极CoS/BiVO₄的光学性质,结果表明,与纯的BiVO₄相比,CoS/BiVO₄光阳极在可见光范围内光吸收能力有所增强.将制备的BiVO₄和CoS/BiVO₄光阳极应用于PEC分解水实验中,结果表明,相对于1.23 V可逆氢电极,在光照下,CoS/BiVO₄光阳极的光电流密度显著提升,可高达3.2 m Acm^-2,是纯BiVO₄的2.5倍以上.与纯BiVO₄相比,CoS/BiVO₄光阳极的起始氧化电位显示出负向偏移0.2 V,表明析氧过电势得到有效减小.入射光子转换效率(IPCE)测试结果表明,CoS/BiVO₄光阳极的入射光子转换效率在500 nm之前的可见光范围内得到明显提升,其中,CoS/BiVO₄的IPCE值在380 nm处达到最大.此外,由于CoS的装饰作用,CoS/BiVO₄光阳极的电荷注入效率和电荷分离效率均得到较大的提升,分别达到75.8%(相较于纯BiVO₄光阳极的36.7%)和79.8%(相较于纯BiVO₄光阳极的66.8%).电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,通过CoS的装饰,CoS/BiVO₄光阳极的界面电荷转移电阻得到有效降低,证明其界面电荷转移动力学得到有效提升.光致发光光谱测试结果表明,CoS的装饰显著提高了BiVO₄的光生电子-空穴对的分离效率,进一步证明BiVO₄表面的CoS装饰在其PEC分解水中起着非常积极的作用.本文为通过表面修饰设计应用于PEC水分解的有效的光阳极提供了新思路.     

电解液成分、厚度及表面改性对旋涂法制备的BiVO4膜层光电化学性能的影响

采用旋涂法在FTO（SnO₂∶F）导电玻璃衬底上沉积得到BiVO₄多孔薄膜用以光解水,改变前驱体的浓度和旋涂次数以调控薄膜的厚度。研究了电解液成分、膜层厚度及表面改性等因素对刚经历过退火处理的BiVO₄薄膜光电化学（PEC）性能的影响。结果表明：通过在电解液中添加适量的空穴吞噬剂Na₂SO₃,或对表面进行Co-Pi改性均能有效改善BiVO₄薄膜的PEC活性。这些措施均能有效抑制固液界面处的载流子复合反应。经Co-Pi改性的BiVO₄薄膜在0.6 V（vs SCE）偏压下,0.1 mol·L^-1 Na₂SO₄+0.1 mol·L^-1 Na₂SO₃的电解液中展现出最高的光电流密度（4.3 mA·cm^-2）。此外,选用一个代表性BiVO₄薄膜作为光阳极制备了一个PEC生物传感器,在检测谷胱甘肽（GSH）上表现出比较高的灵敏度。本研究证实了BiVO₄薄膜的PEC性能严重依赖着光俘获效率和载流子输运过程。     

锂离子电池负极材料ZnMn2O4微米空心球的制备和电化学性能

通过溶剂热方法合成了ZnMn2O4微米空心球,并探讨了其形成机理。采用XRD,SEM,TEM等测试手段对产物的结构、形貌和组成进行了表征。实验结果表明,溶剂热反应条件如反应温度、反应介质对于产物的结构和形貌起着关键作用。在140℃,采用乙醇和水作为反应介质,反应6 h可以制备出直径约3μm的ZnMn2O4微米空心球;当以乙醇为溶剂,反应6 h可以得到团聚的尺寸约250 nm的ZnMn2O4纳米颗粒。将所制备的ZnMn2O4微米空心球/纳米颗粒组装成锂扣式模拟电池,考察其电化学脱嵌锂性能。电化学测试结果显示,与ZnMn2O4纳米颗粒相比,空心结构的ZnMn2O4微米球具有较高的初始放电容量(1335 mAh·g-1)和较好的倍率性能,有望作为锂离子电池的新型负极材料。