BiOX(X=Cl,Br, I)复合光催化材料降解水体中抗生素研究进展

抗生素大量使用致使其在水环境中普遍存在,对生态环境和人类健康造成一定威胁。卤氧化铋BiOX(X=Cl, Br, I)具有独特二维层状结构、适宜的禁带宽度等优点而被用作光催化剂来降解水中残留的抗生素。但单一BiOX(X=Cl, Br, I)存在可见光吸收能力偏弱、稳定性不佳等问题,往往需要对其进行复合改性(如金属负载、碳材料修饰及构建异质结)来提升去除水中抗生素的性能。本文主要介绍了用于水体中抗生素类污染物降解的BiOX(X=Cl, Br, I)复合光催化材料的设计合成、活性增强机制以及光催化反应机理。相比于金属负载及碳材料修饰,构建半导体异质结是常用且经济有效地增强BiOX(X=Cl, Br, I)光催化降解水中抗生素性能的方法。指出该领域以后的研究需要评估BiOX(X=Cl, Br, I)复合光催化材料降解水环境中不同类型抗生素的效果,同时还需揭示自然水体的背景成分(如溶解性有机质、无机离子等)对该类复合光催化剂去除水中抗生素活性和稳定性的影响。最后提出引入过氧化物来提升BiOX复合光催化体系矿化水中抗生素的效果以及构建磁性BiOX光催化材料来解决降解反应后的固-液分离问题。     

Pt/BiOCl纳米片的制备、表征及其光催化性能

采用光化学沉积法制备了一系列不同Pt含量的新型Pt/BiOCl纳米片光催化剂,运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、光致发光光谱、紫外-可见漫反射光谱等手段对Pt/BiOCl进行了表征,并以λ=254nm的紫外灯和钨灯为光源,考察了Pt含量对Pt/BiOCl光催化降解酸性橙II活性的影响.结果表明,沉积的Pt对BiOCl样品比表面积的影响不大,但可有效增强催化剂对可见光的吸收能力,显著抑制光生电子与空穴的复合.当Pt含量为1%~2%时,能大幅度提高紫外光下BiOCl催化降解染料的活性,并产生可见光活性.这是由于Pt/BiOCl具有一定的可见光吸收能力,产生了Pt纳米粒子的等离子体光催化作用.     

Ag_3PO_4/BiVO_4复合光催化剂的制备及可见光催化降解染料(英文)

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.     

SiO2复合Pt-Cd0.53Zno0.47S固溶体的光催化性能

采用共沉淀法制备了Cd0.53Zn0.47S固溶体光催化剂,以光还原沉积法负载Pt,水解正硅酸乙酯负载SiO2,得到了负载Pt的SiO2复合光催化剂SiO2/Pt-Cd0.53Zn0.47S,并研究了水解pH值对其催化活性的影响.通过X射线衍射(XRD)、比表面(BET)、荧光光谱(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRs)和扫描电镜(SEM)等测试技术对催化剂进行了表征.结果表明,SiO2复合光催化剂有效地抑制了Pt-Cd0.53Zn0.47S光催化过程中发生的光腐蚀和粒子团聚,促使光生电子和空穴分离,从而使可见光制氢催化剂活性和稳定性大大提高.     

SiO2复合Pt-Cd0.53Zn0.47S固溶体的光催化性能

采用共沉淀法制备了Cd0.53Zn0.47S固溶体光催化剂, 以光还原沉积法负载Pt, 水解正硅酸乙酯负载SiO2, 得到了负载Pt的SiO2复合光催化剂SiO2/Pt-Cd0.53Zn0.47S, 并研究了水解pH值对其催化活性的影响. 通过X射线衍射(XRD)、比表面(BET)、荧光光谱(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和扫描电镜(SEM)等测试技术对催化剂进行了表征. 结果表明, SiO2复合光催化剂有效地抑制了Pt-Cd0.53Zn0.47S光催化过程中发生的光腐蚀和粒子团聚, 促使光生电子和空穴分离, 从而使可见光制氢催化剂活性和稳定性大大提高.     

不同煅烧温度制备的n-p型CeO_2/BiOBr光催化性能研究

采用微乳法制备了n-p型CeO_2/BiOBr异质结,其中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)既作为Br源,又作为"桥"使CTA~+修饰在CeO_2表面形成了稳定的油包水微乳体系.利用XRD、SEM、HRTEM、UV-Vis DRS、BET、XPS等对样品进行结构、形貌和光学性质进行表征,并对复合光催化剂进行了可见光下降解甲基橙(MO)的光催化活性研究.考察了不同煅烧温度对合成CeO_2/BiOBr的影响.结果表明:CeO_2/BiOBr异质结相比于单体CeO_2和BiOBr来说,它的光响应范围大大增加,在可见光下降解MO具有更高的光催化活性.450℃下煅烧可使MO达到最佳的降解率,而高温则会使催化剂发生烧结.机理研究表明,在CeO_2与BiOBr复合体中,使有机物矿化的主要为CeO_2价带上的光生空穴.CeO_2/BiOBr催化活性增强主要是由于在CeO_2与BiOBr之间形成了n-p型的异质结.     

超声波辐射快速合成高光催化性能的BiOCl(Br)纳米片

在室温条件下,利用超声波辐射方法快速合成了四方状BiOCl(BiOBr)纳米片光催化剂。应用N2-物理吸附、X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外可见光谱等手段对催化剂进行了表征,并以波长为λ=365 nm的紫外光和420 nm<λ<660 nm的可见光为光源,评价了该催化剂光催化降解酸性橙Ⅱ的活性。表征结果表明,超声波辐射可加速BiOCl和BiOBr晶化过程,显著提高BiOCl和BiOBr的结晶度,并使其晶粒发生细化,提高催化剂的比表面积。活性测试表明,声化学合成样品的光催化活性优于普通搅拌制备的样品。其中BiOCl的紫外光催化活性高于商业TiO2(P25)光催化剂。     

超声水热法制备高可见光催化活性的BiOCl-Bi12O17Cl2纳米复合材料去除染料和药物废水（英文）

光催化作为一种环境友好型、低能耗的技术,在环境净化等领域倍受关注.传统光催化剂,如TiO2,ZnO,V2O5和WO3等具有较高的光敏性,其价格低廉,自然无毒,常用于光电反应的应用当中.然而,这些催化剂具有较宽的禁带宽度,只能在紫外光下响应.为此,设计一种较窄带隙的高可见光活性的光催化剂具有一定的意义.近年来,氯氧化铋光催化剂受到了越来越多的关注,其在紫外光下具有非常优异的光催化性能.并且,研究者们已成功合成出非化学计量比的氯氧化铋,如Bi3O4Cl(2.60 eV),Bi12O17Cl2(2.10 eV),Bi12O15Cl6(2.86 eV)和Bi24O31Cl10(2.70 eV)等光催化剂.研究表明,较低的Cl/O比可能会减小催化剂的带隙宽度,并提高其光催化性能;其中Bi12O17Cl2的Cl/O比最小,是最有潜力的氯氧化铋光催化剂.然而,Bi12O17Cl2具有较高的光生电子空穴复合率,会极大的减弱其光催化活性.因此,将Bi12O17Cl2与具有高稳定性,结构相似且空穴复合率低的Bi OCl相结合,将会极大提高在可见光下Bi12O17Cl2的光催化活性.本文采用了超声水热法成功制备了具有高可见光催化活性的Bi OCl-Bi12O17Cl2纳米复合材料,用于去除染料和药物废水.扫描电子显微镜和比表面积分析仪的结果表明,纳米复合材料具有良好的分散性,结构为花瓣形状,其平均厚度为20至50 nm,且具有较高的比表面积.紫外-可见漫反射和光致发光光谱分析表明,纳米复合材料具有良好的可见光吸收性能,并且光生电子空穴复合率远低于Bi12O17Cl2.其在可见光下降解罗丹明B(/环丙沙星)的动力学常数分别约为Bi12O17Cl2,BiOCl和P25的8.14(/4.94),64.66(/11.91)和42.63(/36.07)倍.合适的形态,结构和光电性能是此纳米复合光催化剂具有优异光催化性能的原因.此外,该催化剂还显示出较宽的pH适用范围和优异的可重复利用性,有利于实际利用.机理研究表明,降解罗丹明B的主要活性物质是光生空穴和超氧自由基.总之,本文开发了一种绿色、稳定、高效的可见光光催化剂,对BiOCl基的光催化剂的研究作出了一定的贡献.     

利用固溶体和异质结的协同效应增强BiOBr0.5I0.5/BiOI分子氧活化能力光催化去除NO(英文)

层状卤氧化铋(BiOX, X=Br, I和Cl)光催化剂在可见光下具有优异的分子氧活化性,因而对NO的去除具有较好的光催化活性.为了进一步增强其光催化性能,人们设计了一些改性结构的卤氧化铋光催化剂,并显示出了较强的光催化活性.固溶体和异质结是通过提高激子和载流子的分离效率来增强分子氧活化的有效策略.我们前期工作表明,固溶体BiOBr_0.5I_0.5和异质结材料BiOBr/BiOI因其特殊的结构而提高了分子氧活化的光催化活性.然而,固溶体和异质结的协同效应是否可以用于光催化去除NO尚不确定.因此,本文采用一锅热法设计和制备了固溶体和异质结共存的催化剂BiOBr_0.5I_0.5/BiOI,运用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)表征了其基本结构.BiOBr_0.5I_0.5/BiOI与BiOBr_0.5I_0.5和BiOI的光致发光光谱(PL)结果表明, BiOBr_0.5I...     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将BiOBr纳米片生长到g-C₃N₄表面,制得g-C₃N₄-BiOBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由BiOBr和g-C₃N₄两相组成,BiOBr纳米片在片状g-C₃N₄表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C₃N₄和BiOBr,g-C₃N₄-BiOBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 g-C₃N₄-BiOBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C₃N₄和BiOBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。     

Preparation and measurement of properties of BiOBr/BiOCl/PANI ternary nanocomposite for highly efficient visible light photocatalytic applications

In this paper, we report the synthesis of the BiOBr/BiOCl/PANI ternary nanocomposite using a simple co-precipitation method. The modified photocatalyst produced was characterized by the FT-IR, FE-SEM equipped with EDS (as a Map), TEM, XRD, PL, Raman, and UV–Vis DRS analytical techniques. The synergetic effect of PANI and surface defects in nanoplates can prolong the recombination rate of photo-generated charge carriers. Thus, photocatalytic and photoelectrochemical activities of samples have been studied. Then, the methyl orange (MO) degradation performance of PANI/BiOBr and BiOBr/BiOCl/PANI was investigated under visible light irradiation. The lamp used to simulate sunlight in this photocatalytic study process was power down white light (5-W LED), less reported. The results got exhibited that the as-prepared BiOBr/BiOCl/PANI (90:10, Bi:PANI) nanocomposite showed a higher photocatalytic efficiency. Based on the scavenger tests, ^·O₂^? played a significant role in the degradation of MO. The connection between BiOBr, BiOCl, and PANI improved photocatalytic activity, which enhanced migration rate of the photo-generated electrons besides limiting the recombination of photo-generated electron–hole pairs.

     

Au/BiOBr/石墨烯复合物的制备及其苯酚降解光催化性能

采用水热法和多巴胺还原法制备了Bi OBr、Bi OBr/石墨烯和Au/Bi OBr/石墨烯光催化剂,并利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等方法表征其形貌、相结构、光谱吸收性质以及组成结构。在可见光照射下,通过对水相中苯酚的降解,考察了Au/Bi OBr/石墨烯复合光催化剂活性。结果表明,由于量子效率的提高、带隙能的降低(2.25 e V)以及Au表面等离子体共振,复合光催化剂表现出比纯Bi OBr更高的光催化活性,Au/Bi OBr/石墨烯复合物在180 min内对苯酚降解率可达到64%。     

Preparation,characterization and photocatalytic properties of BiOBr/ZnO composites

BiOBr/ZnO composite photocatalysts were prepared by a simple hydrothermal method. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM), UV–Vis diffusion reflectance spectroscopy(DRS) and photoluminescence(PL) spectroscopy, respectively. The photocatalytic activities were evaluated by the degradation of methyl blue(MB) under the simulated sunlight irradiation. Among all the samples, the BiOBr/ZnO composite with a mole ratio of 3:1(Bi:Zn) exhibited the best photocatalytic activity. The improvement of photocatalytic activity was mainly attributed to the low recombination ratio of photo-induced electron-hole pairs. The possible photocatalytic mechanism was discussed on the basis of the band structures of BiOBr and ZnO.     

油水自组装制备Ag@AgBr/BiOBr高效可见光催化剂

采用油水自组装法制备Ag@AgBr表面修饰三维花状结构BiOBr复合光催化剂(Ag@AgBr/BiOBr),利用XRD、SEM、TEM、EDX、DRS、XPS、PL及EIS等手段对光催化剂的结构和性能进行了表征,并研究了可见光下降解亚甲基蓝(MB)的催化性能.研究表明:Ag@AgBr粒径约为20nm,均匀分散在花状微球BiOBr表面上;贵金属Ag的表面等离子体效应可显著增强可见光利用率,并有效促进光生电子空穴对的分离,Ag@AgBr(15wt%)/BiOBr光催化剂展现出最优的催化活性,可见光照射30min对MB的降解率将近90%,淬灭实验表明·O₂^-,h⁺和Br⁰均为活性物种.结合理论分析与实验结果提出复合光催化剂的降解机理.     

油水自组装制备Ag@AgBr/BiOBr高效可见光催化剂

采用油水自组装法制备Ag@Ag Br表面修饰三维花状结构Bi OBr复合光催化剂(Ag@Ag Br/Bi OBr),利用XRD、SEM、TEM、EDX、DRS、XPS、PL及EIS等手段对光催化剂的结构和性能进行了表征,并研究了可见光下降解亚甲基蓝(MB)的催化性能。研究表明:Ag@Ag Br粒径约为20 nm,均匀分散在花状微球Bi OBr表面上;贵金属Ag的表面等离子体效应可显著增强可见光利用率,并有效促进光生电子空穴对的分离,Ag@Ag Br(15wt%)/Bi OBr光催化剂展现出最优的催化活性,可见光照射30 min对MB的降解率将近90%,淬灭实验表明·O2-,h+和Br0均为活性物种。结合理论分析与实验结果提出复合光催化剂的降解机理。     

具有不同Bi/Ti摩尔比的BiOI/TiO2 (A)光催化剂的结构与性能

在室温条件下通过沉积法制备了BiOI敏化纳米锐钛矿TiO₂ (A)光催化剂. 用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS), 光致发光(PL)光谱和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等手段对其进行了表征. 通过罗丹明B(RhB)催化降解实验评价了其光催化活性. 随BiOI含量增加, BiOI/TiO₂ (A)在370-630 nm的吸收强度增强, 吸收带边红移增加, 紫外和可见光催化活性先增加, 当BiOI含量约为1.7% (质量分数)时, 各自达到最大值, 然后随BiOI含量的进一步增加而减小. 1.7% BiOI/TiO₂ (A)的可见光活性明显高于P25, 它的紫外光活性也略高于P25. 在BiOI含量相近时, BiOI/TiO₂ (A)比BiOI/P25具有更低的光催化活性. 和TiO₂ (A)相比, 1.7% BiOI/TiO₂ (A)明显具有更高的紫外和可见光催化活性, 这归功于它在370-630 nm的强吸收、吸收带边红移明显以及光生电子和空穴的有效转移, 减少了电子-空穴对的复合.     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将Bi OBr纳米片生长到g-C_3N_4表面,制得g-C_3N_4-Bi OBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由Bi OBr和g-C_3N_4两相组成,Bi OBr纳米片在片状g-C_3N_4表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C_3N_4和Bi OBr,g-C_3N_4-Bi OBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 gC_3N_4-Bi OBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C_3N_4和Bi OBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。     

Silver embedded C-TiO2 exhibits improved photocatalytic properties with potential application in waste water treatment

Non-metal element doping on photocatalysts demonstrates a wide range of disadvantages. Hence metal embedding on nanomaterials is considered to enhance photocatalytic efficiency. In this study, we employed silver nano particle embedding on C-TiO₂ photocatalyst to improve its phtotocatytic degradation efficiency of organic water pollutant such as methyl orange. Modified sol-gel methods based on self-assembly technique was used to prepare the nanoformulations. The synthesized nanoparticles were characterized by X-Ray diffraction (XRD), Fourier transforms infrared (FT-IR), Scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV–vis diffuse reflectance spectroscopy, and photoluminescence spectra (PL). Compared to non-silver formulation (C-TiO₂), silver embedded nanomaterial (C-TiO₂/Ag) displayed an increased shift in the light absorption towards visible spectrum. A low photoluminescence (PL) intensity by 1 wt% C-TiO₂/Ag indicated improved photocatalytic efficiency. Further, higher degradation of organic dye methyl orange confirmed that 1 wt% C-TiO₂/Ag exhibited the best photodegradation rate over its non Ag embedded C-TiO₂. Embedding of silver on C-TiO₂ extends optical absorption edge of C-TiO₂ to more visible spectrum and inhibits electron-hole recombination resulting in enhanced photocatalytic activity. Photocatalytic degradation on methyl orange organic pollutant was considerably improved indicating its potential use in water treatment applications.