Ni-P@g-C3N4复合材料的合成与可见光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,采用两步热聚合法,制备了一系列石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基光催化复合材料。通过X-射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附、光致荧光光谱(PL)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电化学阻抗谱(EIS)等表征了其结构与光电特性。结果发现,Ni-P共掺杂可以有效改善g-C₃N₄的可见光吸收性能,减小其电化学阻抗,抑制光生载流子的复合。以可见光条件下降解亚甲基蓝(MB)溶液为探针反应研究了Ni-P@g-C₃N₄复合材料的光催化降解性能。结果表明,照射120分钟1.5%Ni/P-CN复合材料对MB的降解率为61.7%,速率常数为0.00785 min^-1,是纯g-C₃N₄的两倍。反应体系的主要活性物种为超氧自由基(·O₂^-)。经过简单处理催化剂可重复使用3次以上且活性保持稳定。     

g-C3N4/CoTiO3梯型异质结及其增强的可见光催化分解纯水制氢性能(英文)

光催化分解纯水制氢在利用太阳能制备清洁能源方面极具潜力,寻找高效的光催化剂是实现其实际应用的关键因素.高效的光催化剂需同时具备宽光谱吸收、低载流子复合率以及足够强的氧化还原能力等条件.然而,具有强氧化还原能力的光催化剂通常具有较高的导带和较低的价带位置,导致其带隙较宽,光吸收范围缩窄,因此,单一的光催化剂难以同时满足宽光谱吸收和强氧化还原能力也难以实现高效的光催化纯水分解制氢.相比之下,梯型异质结可以将两种带隙适宜、能带结构匹配的光催化剂集成在一起,在保持原本光催化剂的强氧化还原能力的同时也能充分地利用太阳光,因此梯型异质结的研究受到广泛关注.目前报道的梯型异质结光催化剂的可见光催化分解纯水制氢效率仍然很低,并且大部分的材料都是在全光谱条件下进行测试的,因此有必要开发在可见光下具有高活性的梯型异质结复合光催化剂.本文报道了一种具有可见光响应的新型g-C₃N₄/CoTiO₃复合梯型异质结光催化剂,在不添加牺牲剂的情况下,成功实现了可见光催化分解纯水制氢气.光催化测试结果表明,在可见光(λ>400 nm)照射下,当Co...     

碳纳米管改性g-C3N4提升可见光催化降解性能

以尿素为原料,引入少量的多壁碳纳米管(CNT)改性,采用简便方法制备CNT/g-C_3N_4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR Spectrophotometer)、荧光光谱(PL)等手段对CNT/g-C_3N_4催化剂进行表征。结果表明,g-C_3N_4与CNT之间的协同作用,影响了gC_3N_4的能带结构,增强了其对可见光的吸收,改善了光生载流子的分布,提高了电子-空穴对的分离效率。并以罗丹明B(RhB)水溶液模拟废水,在可见光下考察催化剂的光催化降解性能,发现当CNT掺杂量为0.1%(w/w)时效果最佳,降解速率常数是体相g-C_3N_4的3.1倍,且研究发现超氧自由基是该体系下的主要活性物种。     

Fe掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能

以硝酸铁和三聚氰胺为原料制备不同含铁量的Fe 掺杂石墨氮化碳（g-C₃N₄）. 采用X 射线衍射光谱（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）光谱、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-AES）、荧光（PL）光谱、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,铁以离子形式镶嵌在g-C₃N₄的结构单元中,影响了g-C₃N₄的能带结构,增加了g-C₃N₄对可见光的吸收,降低了光生电子-空穴对的复合几率. 以染料罗丹明B的降解为探针反应系统研究了不同含铁量对g-C₃N₄在可见光下催化性能的影响. 结果表明,m（Fe）/m（g-C₃N₄）=0.14%时,制备的Fe 掺杂g-C₃N₄表现出最佳的光催化性能,120 min 内罗丹明B的降解率高达99.7%,速率常数达到0.026 min^-1,是纯g-C₃N₄的3.2 倍. 以叔丁醇、对苯醌、乙二胺四乙酸二钠为自由基（·OH）、自由基（O₂^-·）和空穴（h_VB⁺）的捕获剂,研究了光催化反应机理.     

原位光沉积制备Z型α-Fe2O3/g-C3N4异质结及其可见光驱动光解水产氢性能

采用原位光沉积-煅烧法制得了Z型α-Fe₂O₃/g-C₃N₄异质结复合光催化剂。分别采用透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、荧光光谱以及电化学测试对样品进行了表征,并考察了可见光下光解水产氢活性。结果表明:当α-Fe₂O₃的负载量为2.9%时,α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有最优的产氢催化活性,产氢速率高达1841.9μmol·g^-1·h^-1,约为g-C₃N₄的3.3倍。光催化性能的提高主要归因于3方面:(1)高温煅烧过程中α-Fe₂O₃的形成,有效促进了氮化碳片层的热剥离,增大了比表面积,从而为光催化反应提供了更多反应活性位;(2)超细α-Fe₂O₃颗粒(5~8 nm)高度均匀地分散在g-C₃N₄表面,并且与其紧密结合,形成了高质量的Z型异质结;(3)Z型异质结不仅有效抑制地了光生载流子的复合,同时极大地保留了g-C₃N₄导带电子的强还原性和α-Fe₂O₃价带空穴的强氧化性。     

N和F共掺杂C3N4的制备及其可见光催化性能

针对氮化碳（C₃N₄）光生电荷易复合、光催化性能有限的不足,我们制备N和F共掺杂C₃N₄（NF-C₃N₄）,以提升其光催化性能。利用NH₄F在高温下原位分解产生的HF和NH₃,对C₃N₄刻蚀的同时实现N和F双元素共掺杂。以氯化铵（NH₄Cl）为对照,制备N掺杂C₃N₄（N-C₃N₄）。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、比表面积测试和电化学表征手段研究N、F共掺杂对C₃N₄形貌、成分、结构和物化性质等的影响规律。相比于C₃N₄和N-C₃N₄,NF-C₃N₄呈多孔状,比表面积增大,光生电荷的生成、分离和转移均被促进,NF-C₃N₄光催化还原Cr （Ⅵ）的速率是C₃N₄的2.6倍、N-C₃N₄的1.7倍。进一步考察了不同前驱体（尿素、双氰胺和三聚氰胺）对制备C₃N₄的影响,发现以尿素为前驱体的C₃N₄与NH₄F的质量比为3∶2时,NF-C₃N₄呈现最佳的光催化性能。催化剂用量、光照强度、空穴捕获剂浓度的增加和pH的降低均能提高Cr （Ⅵ）还原速率。在NF-C₃N₄浓度为0.1 g·L^-1、pH=3、c_EDTA-2Na=2 mmol·L^-1、40 min可见光照射后,Cr （Ⅵ）去除率达到90%。5次循环实验表明,优化制备的NF-C₃N₄光催化还原Cr （Ⅵ）的性能保持良好,具有较高的稳定性。     

Au/N-g-C3N4复合材料的制备及其可见光催化产氢性能

首先以尿素和柠檬酸作为前驱体,通过热处理工艺合成N掺杂的g-C₃N₄(N-g-C₃N₄),然后利用化学还原的方法将Au沉积到N-g-C₃N₄表面,形成Au修饰的N掺杂的g-C₃N₄复合光催化材料(Au/N-g-C₃N₄)。通过XRD、XPS、TEM、UV-Vis和光电流测试对其进行了表征,与同等条件下制备的N-g-C₃N₄和g-C₃N₄相比,Au/N-g-C₃N₄具有更强的光吸收性能和更大的光电流。同时对材料的可见光产氢性能进行了研究,结果发现：当Au含量为1%时,复合材料呈现最佳的光催化产氢性能,其产氢速率为974μmol·g^-1·h ^-1,为N-g-C₃N₄     

S、Al掺杂TiO2纳米材料的固相合成及其可见光降解性能

采用固相反应法分别合成了硫掺杂二氧化钛(S-TiO2)、铝掺杂二氧化钛(Al-TiO2)及硫和铝共掺杂二氧化钛(S-Al-TiO2)纳米材料,并对材料进行了XRD、SEM、UV-Vis、XPS、Raman、N2吸附-脱附等物相织构表征,同时研究了材料对溴甲酚绿(BCG)的可见光降解活性。结果表明,在S-Al-TiO2纳米材料中,硫以阳离子S6+进入二氧化钛晶格,铝以同晶取代方式占据TiO2晶格中Ti的位置,其晶型为锐钛矿型。S、Al共掺杂能有效地抑制TiO2晶粒的生长,其紫外-可见漫反射吸收光谱涵盖了可见光区并延伸到近红外区域。材料的光催化活性决定于掺杂元素及其掺杂量。在25℃、pH=6.5下,S-Al-TiO2纳米材料对溴甲酚绿的可见光降解具有很高的活性,并服从一级反应动力学规律。当S与Al投料物质的量的比为1∶9时,S-Al-TiO2(1S-9Al)纳米材料对BCG的可见光降解速率常数为0.03286 min-1,分别是纯TiO2、S-TiO2及Al-TiO2的5.46、2.62和4.63倍。50 min内,S-Al-TiO2(1S-9Al)纳米材料对BCG的可见光降解率达80%。     

层状K-Fe-Ti金属氧化物上光催化分解水制氢

 采用高温固相反应法合成了层状K-Fe-Ti金属氧化物催化剂,用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征,并通过光催化分解水制氢反应对催化剂的活性进行了评价. 结果表明,合成原料中K+的含量和固相反应温度都会影响催化剂的晶相结构; 催化剂中八面体配位的Fe3+使其具有显著的可见光吸收特性,但增加合成原料中Fe3+的量仅增加孤立的Fe2O3物种; 在草酸的偶合作用下,正交晶相的催化剂光催化分解水的产氢速率高于四方晶相的催化剂,但后者的产氢速率稳定性高于前者.     

热聚合硫氰酸铵制备多孔 g-C3N4纳米片及其可见光催化分解水制氢性能

二维层状半导体材料与其体相堆积结构相比表现出独特的性质,有望在纳米材料科学领域取得新的突破.基于对太阳能利用的研究,二维半导体光催化材料引起了研究者的广泛关注.诸多半导体材料已被设计合成二维纳米片结构应用于光催化领域,如 MoS2, WS2, SnS2和TiO2等.石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种典型的非金属二维聚合物半导体.二维层状结构的组成使得 g-C3N4纳米片能够表现出优异的光电性质.然而,其合成目前仍然存在很大困难.目前已报道的单层或多层 g-C3N4的制备主要有超声辅助溶剂剥离法、热处理法、插层法和电化学合成法等.但这些方法存在合成复杂和引入结构缺陷等不足.另外,在体相组成中插入孔结构也能够提高 g-C3N4的光催化活性.目前常用的方法主要是模板法.然而,在这些生孔过程中往往引起聚合度降低,增加长程无序度,不利于光生载流子的传输.因此,如果将多孔结构引入 g-C3N4纳米片,同时提高其聚合度结构,将在很大程度上提高其光催化性能.本文利用直接氨气热聚合的方法,将硫氰酸铵进行高温热处理,一步法合成出较高聚合度的多孔 g-C3N4纳米片,在可见光照射下表现出较高的产氢活性和稳定性.采用 X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、荧光光谱(PL)和电子顺磁共振(EPR)等方法对多孔 g-C3N4纳米片结构进行了详细表征.在助催化剂 Pt存在下,采用可见光照射(>420 nm)分解水产氢的方法评价了其光催化性能.结果表明,热处理温度对产物结构及性能具有较大影响. XRD结果表明,在450oC热处理,硫氰酸铵未完全聚合,与前期氮气热处理的结论不同.当热聚合温度上升至500oC,石墨相结构形成.至600oC时,石墨相的层间距缩小,且聚合度没有明显下降.这表明氨气气氛抑制了原料分解,提高了分解聚合温度,同时增加了产物的聚合度. FTIR结果表明,热聚合温度对产物 C–N共轭结构改变不大,但在810 cm–1处的峰位向长波数移动,表明七嗪环单元含量增加,再次证明高的热聚合温度没有造成明显的结构分解,反而促进了聚合结构的形成.扫描电镜与氮气吸脱附分析表明,随着聚合温度升高,产物粒子尺寸变小,形貌呈现层状分布,并伴随多孔状的产生,因此比表面积和孔体积显著增大,吸收带边发生蓝移. PL和 EPR结果表明,聚合温度从500增至600oC,样品光生载流子的复合速率下降,导带离域电子密度增加,从而有利于光催化性能的提高.光解水产氢性能测试表明,聚合温度升高有利于催化剂产氢速率提高;600oC所得样品的产氢速率达340μmol/h.进一步分析表明,产氢速率与比表面积基本成正相关关系,说明层状多孔结构的形成是影响产氢性能的重要因素.经过多轮循环测试,其产氢性能保持稳定而没有显著下降,表明其活性稳定性良好.     

TiO2/LaFeO3微纳米纤维的可控制备及光催化性能简

利用静电纺丝技术及水热合成法制备了TiO2/LaFeO3异质结构. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对TiO2/LaFeO3微纳米纤维的结构和表面形态进行表征. 通过亚甲基蓝(MB)光降解反应研究了其光催化性能. 结果表明,不完全碳化TiO2纤维表面的缺陷位点是LaFeO3纳米粒子的有利生长点. TiO2/LaFeO3异质结材料的带隙明显窄于TiO2,光催化活性得到提高;经140 min紫外光照射后,TiO2/LaFeO3异质结催化剂对MB的降解率为65.34%,分析和探讨了其光催化机理.     

复合多铁材料NiFe2O4/BaTiO3的制备及性能

采用溶胶-凝胶与固相反应相结合的方法制备了xNiFe2O4/(1-x)BaTiO3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)系列复合多铁材料.X射线衍射(XRD)结果表明,复合材料中只含有钙钛矿结构的BaTiO3和尖晶石结构的NiFe2O4,说明共烧过程中两者未发生明显的化学反应,铁电相与铁磁相共存.扫描电子显微镜(SEM)观测结果表明材料内部是异质结构的,高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观测结果进一步说明了NiFe2 O4和BaTiO3共存,并且在两种物质的接触处能够看到清晰的界面.这种由BaTiO3和NiFe2 O4组成的复合材料对外同时表现出铁电性和铁磁性.电滞回线结果表明,该复合材料具有铁电性,但存在着一定的漏电.介电频谱表明材料的介电常数随着频率的升高而下降,在低频下达到定值,并且铁磁相的含量对材料的介电性有影响.磁性能测试结果表明材料的磁性源于NiFe2O4,并且磁性随着NiFe2O4含量的增加而增强.     

氮和碳共掺杂TiO2纳米晶的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源, 冰醋酸为抑制剂, 超细铵盐为固体载体, 采用新型溶胶-凝胶法制备了氮和碳共掺杂TiO2纳米晶(N-C-TiO2) 光催化剂. 透射电子显微镜(TEM)结果表明, N-C-TiO2样品颗粒均匀, 尺寸细小, 且分散性好; 热失重分析(TGA)、 X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明, 复合干凝胶经低温热处理, 使铵盐载体分解、 挥发去除, 样品为单一的锐钛矿相, N和C原子扩散进入晶格结点或间隙位置, 与TiO2化学键结合; 氮气等温吸附-脱附结果表明, 样品比表面积高达356 m2/g, 孔体积为0.27 mL/g. 以氙灯为可见光光源, 罗丹明B水溶液为模拟污染物, P25为参比催化剂, 在辐射强度为100 mW/cm2的可见光照射条件下, N-C-TiO2具有很高的光催化活性, 其可见光催化活性明显高于P25.     

Ag修饰的Fe_3O_4/TiO_2复合磁性纳米纤维的制备及光催化性能

通过静电纺丝法制备了含有Fe3O4纳米粒子的TiO2纳米纤维,采用水热法对该纤维表面进行纳米Ag修饰,制备出具有较强磁性和较好光催化性能的复合纤维.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等对样品的结构和形貌进行表征,并以罗丹明B(Rh B)水溶液降解为模型反应,考察样品在紫外光照射下的光催化性能.结果表明,所制备的TiO2为锐钛矿结构,Fe3O4纳米粒子均匀分布在TiO2纤维中,Ag纳米颗粒比较均匀地分散在磁性TiO2纤维表面.经过纳米Ag修饰后,材料的光吸收能力大为增强,吸收带红移并扩展到可见光区.在紫外光照射40 min后,合成样品对Rh B的降解率达到99.5%.此外,Fe3O4纳米粒子的存在使该材料具有较强的磁性,可通过外加磁场将其分离回收.     

EuBO3的低温水热合成及光谱可调性质研究

采用低温水热法合成了稀土硼酸盐EuBO3的纯相样品.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和荧光光谱仪(PL)对样品的结构、形貌、价态及发光性质进行了研究.结果表明,该样品属六方晶系,在不同的矿化剂和碱度下呈现不同的自组装形貌.当以NaOH或NH3.H2O为矿化剂时,该样品分别沿着(100)和(002)晶面生长.因为Eu离子以混合价态形式存在,样品表现出光谱可调性,当激发波长为270～360 nm时,样品荧光由红色转为橙色,经粉紫光变为蓝光.     

CNTs/TiO2多孔复合膜的组装及光催化性能

提出了一种在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃上组装碳纳米管(CNTs)/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂的新方法.采用喷涂热解法(SPD)将掺杂镍和铁的含有嵌段聚合物P123的二氧化钛前驱体溶胶涂覆在FTO导电玻璃上,制备Fe-Ni/TiO2多孔膜,再采用化学气相沉积法(CVD)在Fe-Ni/TiO2膜上原位生长CNTs,得到CNTs/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂.CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜具有多级孔结构特征,在TiO2表面原位生长的CNTs不但具有较好的石墨化结构,且CNTs较均匀地分布在整个膜层的孔中.考察了CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜光催化剂的结构和性能,并通过降解甲基橙溶液评价了复合膜的光催化活性.结果表明,CNTs的复合及铁和镍的掺杂等改性显著提高了TiO2膜材料的光催化活性.     

Synthesis of nanosized NaTaO3 in low temperature and its photocatalytic performance

A simple synthetic route in mild condition to obtain nanosized NaTaO₃ powder with cubic morphology is reported in which the compound was hydrothermally prepared at 120 °C for 12 h. The cubic crystalline structure of this nanosized NaTaO₃ product was ensured by using XRD and TEM. The band gap of the nanosized NaTaO₃ was 3.96 eV based on UV spectrum. The hydrothermal process probably follows the dissolution-precipitation mechanism. Also this NaTaO₃ powder showed high photoreactivity under UV light in gas phase and liquid phase photoreactions.     

Co3O4纳米片的制备及对H2O2电还原反应的催化性能简

通过恒电势电沉积和加热处理在泡沫镍基体上制备了Co3O4纳米片. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对纳米片的形貌和结构进行了表征. 采用线性伏安扫描和计时电流技术研究了Co3O4纳米片电极对H2O2的电还原性能. 结果表明,在3.0 mol/L KOH 和 0.4 mol/L H2O2溶液中,当电压为-0.4 V(vs. Ag/AgCl)时,线性伏安扫描电流密度达到-0.386 A/cm2,在1000 s 测试时间内,计时电流密度衰减很小,表明Co3O4纳米片电极对H2O2具有很高的活性和稳定性.     

Ce掺杂K2La2Ti3O10催化剂的可见光高效催化制氢的研究

采用高温固相法合成了铈掺杂的K₂La₂Ti₃O₁₀催化剂, 利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征. 考察了催化剂的可见光催化分解甲醇水溶液制氢的活性, 并对可见光催化机理进行了分析. 研究表明, 铈的掺杂没有改变K₂La₂Ti₃O₁₀的微晶结构, 并使催化剂粒径有所减小. 紫外可见漫反射分析表明禁带宽度为2.3 eV左右, 对可见光具有较高吸收. XPS表明La和Ti为＋3和＋4价, 而Ce则是＋3和＋4的混合价态. 担载2 wt% Pt后, 在可见光下光催化活性大大提高, 当铈的掺杂量为0.5 mol%(即Ce取代La的摩尔百分量)时, 光催化活性达到最大, 产氢速率为0.05 mmol/h; 光照5 h后产氢量为0.22 mmol, 而纯K₂La₂Ti₃O₁₀的产氢量只有0.037 mmol.     

Sn和Pb单掺杂Al4小团簇的理论研究

在CCSD(T)/aug-cc-pVTZ&;CEP-121G//B3LYP/6-311+G(d)&;LANL2DZ水平上, 研究了由更高周期的Sn和Pb单掺杂Al4团簇形成的五原子含铝体系XAl4(X=Sn, Pb), 确定了体系的低能异构体, 分析了关键异构体的结构和稳定性. 研究结果表明, 与SiAl4及GeAl4的基态平面四配位Si/Ge结构所不同, 等价电子的SnAl4和PbAl4体系的基态结构不是平面四配位Sn/Pb, 而是平面四配位Al, 其中杂原子Sn/Pb采取二配位方式, 此外, Sn/Pb采取三配位方式的非平面结构的稳定性也要优于平面四配位Sn/Pb结构.