Nd~(3+)、Eu~(3+)、Tb~(3+)掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂1 mol%Nd3+、Eu3+、Tb3+的TiO2纳米光催化剂,通过X射线衍射、比表面积、紫外-可见吸收光谱等对制备的光催化剂进行了表征,并通过甲基橙的光催化降解研究了样品的光催化性能。结果表明,稀土离子的掺杂能有效抑制TiO2纳米粒子的生长,进而增大比表面积,并且掺杂纳米TiO2光催化剂紫外-可见吸收带边都有一定的红移;掺杂纳米TiO2光催化剂的活性优于未掺杂纳米TiO2光催化剂,其中Eu3+/TiO2的光催化活性为最强。     

镧掺杂混晶结构TiO2纳米粉体的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为Ti源,采用溶胶-凝胶自蔓燃法制备了镧掺杂的La-TiO2(简写为LT)纳米粉体.利用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FIIR)、透射电子显微镜(TEM)等对掺杂型TiO2粉体的晶型结构与颗粒尺寸等进行表征.利用紫外-可见光吸收光谱(UV-vis)研究了H2O2改性、镧掺杂量以及混晶结构对TiO2纳米粉体降解甲基橙的影响.结果表明:镧掺杂混晶TiO2粉体的光催化活性明显优于未掺杂的锐钛矿TiO2粉体.当La3+掺杂量为0.5;,合成温度为475℃(金红石相含量为26.0;)时,得到的TiO2粉体光催化活性最好.H2O2的加入有助于TiO2光催化剂表面的电子-空穴对生成,提高光催化剂对甲基橙的降解率,当H2O2浓度为6;时,光照3h后,降解率达到了91.97;.     

Zn掺杂纳米TiO2材料制备与光催化性能的研究

通过水热合成的方法制备了Zn掺杂的纳米TiO2光催化剂.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及紫外-可见光分光计进行了物相结构、显微组织及光催化性能的检测与表征.结果表明:在Zn的掺杂量为0.6;时,纳米TiO2光催化剂由单一的锐钛矿相组成,晶粒尺寸约为6~10 nm,对太阳光的吸收波长增加到510 nm,提高对太阳光的利用效率,增强光催化的效果,经光催化反应100 min后,对甲基橙有机物的降解率达到92;.     

不同形貌的纳米氧化锌粉的光学性能研究

本文采用水热和溶剂热法制备了粒状、棒状、片状、管状纳米氧化锌粉体,并对四种不同形貌的氧化锌粉的光学性能进行了对比研究.结果表明:氧化锌纳米粒,纳米片和纳米管在200~400 nm区域的反射率均低于8;,而氧化锌纳米棒在200~400 nm区域的反射率大约为18;.氧化锌纳米管对甲基橙的光催化降解效果最好,在距离30 cm 的30 W紫外灯条件下进行照射,8 h完全降解,而氧化锌纳米棒对甲基橙的光催化降解效果最差,在相同的实验条件下,氧化锌纳米棒的降解率仅为70;.     

光催化剂SnC2O4的合成及其可见光催化活性

以(NH4)2C2O4为沉淀剂,采用直接沉淀法合成了新型光催化剂SnC2O4粉末.通过X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见分光光度计及荧光分光光度计等手段对样品的物相结构、微观形貌以及光吸收性能等进行了分析表征.结果表明:所制备的样品为单斜白钨矿型SnC2O4,空间群为C2/C(15).样品的微观形貌为不规则多面体,其禁带宽度为3.44 eV.光致发光光谱表明样品内部可能有大量的氧空位和其它缺陷.以甲基橙为模拟染料废水对SnC2 O4样品的光催化活性进行了评价.当甲基橙染料的浓度为40 mg/L,SnC2 O4光催化剂的投加量为40 mg/50 mL时,在模拟可见光照射下,甲基橙降解率可达99.1;,且光催化降解反应符合一级动力学方程.此外,通过引入活性物种捕获剂证明·O2-在光催化降解甲基橙反应中起重要作用.     

铁酸镁/氧化锌纳米磁性复合材料的光催化性能

采用原位水热法合成MgFe2O4/ZnO纳米复合材料,通过窄带隙的磁性铁酸镁半导体与宽带隙的氧化锌半导体进行匹配并形成具有异质结的复合光催化剂.借助X射线衍射仪(XRD)分析样品的相结构、扫描电子显微镜观察样品微观形貌、振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)表征MgFe2 O4/ZnO磁性纳米复合材料光催化性能.结果 表明,与MgFe2O4复合之后的MgFe2O4/ZnO磁性纳米复合材料对光的吸收范围拓宽到可见光范围,有效提高了ZnO的光催化性能,在可见光照射60 min后,对甲基橙溶液的降解率可达到95.2;,该催化剂5次循环后的活性仍然大于87.3;.     

N掺杂石墨烯/WO3纳米线复合光催化剂的光催化活性研究

采用两步水热法制备了N掺杂石墨烯/WO3纳米线复合光催化剂,用XRD、TEM、FT-IR和XPS等技术对样品进行了表征,考察了该催化剂在模拟太阳光下光催化降解甲基橙溶液活性.结果表明,经过两次水热反应,WO3纳米线负载在N掺杂石墨烯表面.引入N掺杂石墨烯有助于减少光生电子空穴对的复合,光催化活性显著提高.模拟太阳光照60 min,该复合光催化剂对甲基橙的脱色率达到99.4;.     

Al3+掺杂ZnS纳米晶的合成、表征及其光催化性能

在较温和的溶剂热条件下制备了一系列Al3+掺杂的ZnS纳米晶光催化剂.利用N2物理吸附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等技术对合成的样品进行了表征.考察了不同含量的Al3掺杂对ZnS的结晶度、比表面积、表面羟基、光吸收性能及其对不同染料的光催化降解性能的影响.结果表明,在140℃下合成的球状ZnS纳米晶具有较好的结晶度;Al3+掺杂在增加催化剂的比表面积的同时丰富了催化剂的表面羟基;此外,掺杂的Al3+可以明显抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合,提高光催化反应效率.当掺杂最佳含量的6mol; Al时,可使催化剂光催化降解染料酸性橙Ⅱ、亚甲基蓝和罗丹明B的降解率分别提高3.5、1.0和0.9倍.     

MoO3/TiO2复合催化剂的制备及光活性

以商业锐钛矿TiO2和钼酸铵水溶液作为前驱体,利用浸渍-焙烧的方法制备了MoO3与TiO2不同质量比率的MoO3/TiO2复合光催化剂.采用X射线衍射、高分辨透射电镜和紫外-可见漫反射对其进行了表征.以甲基橙为光催化反应的模型化合物,评价了其紫外光催化活性和MoO3/TiO2复合光催化剂的紫外产氢活性.通过添加各种自由基清除剂研究了甲基橙在光催化反应过程中的活性物种.结果表明:与纯的MoO3和TiO2相比,20; MoOJTiO2光催化剂在400 ～ 700 nm区域具有更强的光吸收性能并且吸收带边向长波方向移动.在所有MoO3/TiO2样品中,20; MoO3/TiO2光催化剂具有最高的紫外光活性.·OH,h+,·O2-和H2O2,特别是h+,共同支配了甲基橙的光催化降解过程.     

不同沉淀剂下水解法制备BiOCl的光催化性能研究

以Bi(NO3)3·5H2O为原料,乙二醇(ethylene glycol,EG)为溶剂,采用水解法,在不同沉淀剂(NH3·H2O,Na2CO3和CO(NH2)2)条件下制备了BiOCl光催化剂.使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N2物理吸附、紫外可见漫反射(DRS)、光致发光(PL)光谱等手段对所制样品进行了表征.以甲基橙染料为降解物,评价了不同沉淀条件对BiOCl光催化性能的影响.结果表明,不同沉淀条件对BiOCl光催化剂的结晶度、晶粒尺寸、形貌、禁带宽度、光生电子空穴对分离效率有明显的影响,进而影响了其光催化活性.其中以尿素为沉淀剂制得的催化剂BiOCl-3在模拟太阳光下降解甲基橙(MO)实验中显示了良好的光催化效率,光照60 min后对MO的降解效率达97;.BiOCl-3较高的光催化活性是由于其具有较高的结晶度、均匀的片状结构、较窄的带隙(2.9 eV)和较高的光生电子-空穴对分离效率.自由基和空穴捕获实验证明,光生空穴是BiOCl-3光催化反应体系中的主要活性物种.此外,所制备的BiOCl-3光催化剂具有较高的光催化稳定性,重复使用4次后对甲基橙的降解率仍保持在89;以上.     

BiOCl/ZnO异质结型复合光催化剂的水热合成及其光催化性能

以醋酸锌、氯化钠、硝酸铋和氧氧化钠为原料,利用水热法合成了含BiOCl为1wt;、2wt;、4wt;、8wt;和16wt;的异质结型BiOCl/ZnO复合光催化剂.采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光(PL)谱等系列手段对所制备的光催化剂进行了表征.以紫外光(254 nm)为光源,酸性橙Ⅱ为光催化反应降解模型,进行光催化活性测试,考察了复合BiOCl对ZnO光催化剂反应活性和稳定性的影响.研究表明,异质结型BiOCl/ZnO复合光催化剂的光催化性能明显优于纯ZnO.当复合BiOCl的含量为4wt;时,光催化活性最佳,为纯ZnO的3.4倍,同时该催化剂在循环使用中具有更好的稳定性.     

Doped-metal oxide nanoparticles for use as photocatalysts

Nano-sized doped-metal oxides such as Fe-doped TiO₂, WO₃-doped ZnO and Fe-doped CeO₂ were synthesized by the modified sol-gel/impregnation, flame spray pyrolysis and homogeneous precipitation/impregnation methods respectively. The crystalline phase, particles size, and crystallinity of nano-sized powder were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Specific surface area of the sample was examined by the Brunauer, Emmett and Teller (BET) adsorption–desorption of nitrogen gas. The photocatalytic activity of Fe-doped TiO₂, WO₃/ZnO, Fe-doped CeO₂ nanoparticles was examined by studying the mineralization of methanol, sucrose, glucose, oxalic acid and formic acid under UV and visible light irradiations in a pyrex spiral photoreactor. It was found that doped metal oxides could improve the photocatalytic activity of the pure metal oxides.     

Synthesis of ZnO films in different solvents and their photocatalytic activities

ZnO thin films have been successfully synthesized via the chemical bath deposition (CBD) method without using any catalysts or templates. The effects of solvents (such as water, ethanol and n‐propanol) on structure and morphology of ZnO thin films have been studied. XRD analysis showed that all ZnO thin films with wurtzite crystal structure were obtained via various solvents. SEM images showed that ZnO thin films prepared in different solvents have different sizes and morphologies. TEM images showed that crystalline ZnO samples prepared in different solvents have different growth habits. Photoluminescence and photocatalysis properties have been investigated at room temperature. ZnO thin films prepared in water showed superior photocatalytic activity in the degradation of rhodamine B (RhB) compared to other samples.     

Influence of Fe-doping on GaN grown on sapphire substrates by MOCVD

The influence of Fe-doping on GaN grown on sapphire substrates by MOCVD was investigated using microscopy, in situ optical monitoring, double-crystal X-ray, Hall and photoluminescence. The growth from 3-D mode to 2-D mode for undoped GaN, and the growth from 2-D mode to 3-D mode for Fe-doped GaN was observed, respectively. The 2-D mode during the initial stage of the Fe-doped GaN buffer growth suggests that Fe plays a role of surfactant. A slight Fe-doping did not significantly degrade the crystalline quality of GaN buffer, confirmed by the FWHM of X-ray rocking curves. More than 4 orders of magnitude increase in the resistivity of Fe-doped GaN was achieved as compared to the undoped GaN. As a deep energy level acceptor, the compensation of Fe atom at the vacancy of Ga atom can be explained as the results of increased resistivity and suppressed yellow luminescence.     

表面活性剂辅助法制备纳米Z nO及光催化性能研究

以Zn(NO3)2·6H2 O、氨水和不同的表面活性剂为原料,采用沉淀法制备了具有不同微观形貌和尺寸的纳米ZnO,研究表面活性剂对纳米ZnO光催化降解甲基橙性能的影响.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)等对所制备纳米ZnO的物相、形貌及光吸收性能进行表征,并对其进行光催化性能测试.结果表明,以CTAB为表面活性剂所制备的纳米ZnO,粒径均匀、分散性良好、无明显团聚现象,并且对甲基橙的光催化降解性能最好,在2 h内降解率可达90.6;.     

Ce/TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

采用电化学阳极氧化法在钛表面制备TiO2纳米管阵列,并用稀土铈对其修饰改性.以甲基橙为目标降解物,考察了Ce3+溶液浓度、甲基橙溶液的初始浓度和初始pH对铈改性的TiO2纳米管光催化活性的影响.结果表明:Ce3+溶液的浓度存在一个最佳值,当Ce3+溶液浓度为0.01 mol/L,在10 mg/L,pH =3的甲基橙溶液中光催化活性最好.光照4h后,甲基橙的降解率达83％.     

纳米-p-CuO/n-T-ZnOw复合催化剂的合成及其光催化性能研究

本文采用化学沉积法制备了纳米-p-CuO/n-T-ZnOw复合催化剂,讨论了合成体系中聚乙二醇-600(PEG-600)浓度对样品的物相、微观形貌以及光催化活性等的影响。研究结果表明:在合成体系中PEG-600对CuO纳米颗粒沉积在T-ZnOw表面起着重要的作用,随着PEG-600浓度的增加,T-ZnOw表面沉积的CuO纳米颗粒越密集;在紫外光照条件下,合成的样品对亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)的光催化降解率均明显高于单一T-ZnOw,p型CuO纳米颗粒沉积在n型T-ZnOw表面可以促使光生电子-空穴对发生分离,有效提高T-ZnOw的光催化活性;其中合成体系中PEG-600浓度为0.6 mol/L时制得的样品光催化活性最高。该研究可为简便低成本制备高性能纳米-p-CuO/n-T-ZnOw复合半导体催化剂提供参考。     

g-C3N4和CuO复合材料的制备、表征及光催化研究

高温煅烧三聚氰胺制备类石墨结构氮化碳(g-C3N4),然后以硝酸铜Cu(NO3)2和g-C3N4为原料,去离子水和无水乙醇作溶剂,在加入适量氨水的反应条件下通过水热法反应制备g-C3N4/CuO纳米复合材料.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、光电子能谱仪(XPS)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对复合材料进行表征.通过XRD、SEM和XPS测试结果可知微米球形CuO和g-C3N4紧密的结合起来,而由UV和PL谱图表明CuO和g-C3N4的复合扩展了材料对可见光的吸收范围和减慢了材料的光生电子和空穴的复合率.通过在可见光下降解甲基橙(MO)来检测复合材料的光催化活性,结果表明,在没有过氧化氢(H2O2)的体系下,经过4 h的光反应后,70-g-C3N4/CuO对MO的降解率达到了85;;但是在H2O2的体系下,经过1 h光反应后,70-g-C3N4/CuO对MO的降解率达到了96;.通过自由基的捕获实验说明羟基自由基、超氧自由基、空穴在降解MO过程中起到重要的作用.复合材料在经过四次的循环实验后,对MO的降解率基本能达到90;.因此,g-C3N4和CuO的复合抑制了电子-空穴的复合和扩展了吸收光波长范围,这样就使g-C3N4/CuO材料有了好的光催化性和稳定性.     

水热法合成ZnO/BiVO4复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法制备ZnO/BiVO4复合光催化剂,研究了ZnO复合方式(直接和原位)对合成ZnO/BiVO4光催化剂性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET、紫外-可见分光光度计等检测手段对产物的晶体结构、微观形貌、比表面积和光吸收特性进行了表征.结果表明:ZnO的复合对产物的组成及形貌均有影响,复合产物中有V2 O5、Bi2 O3生成,但仍以单斜BiVO4为主.与纯BiVO4相比,复合后的BiVO4结晶度变差、粒度变小,但光催化性能提高.采用直接复合法制备的ZnO/BiVO4光催化性能提高更明显,在高压汞灯照射240 min时,亚甲蓝的降解率达90.4;,相同条件下纯BiVO4对亚甲蓝的降解率仅为82.2;.     

蔗糖辅助水热合成ZnO及其光催化性能

以硝酸锌为锌源,蔗糖为络合剂,采用水热法合成氧化锌粉体.研究了热处理工艺对合成产物的物相组成、形貌和催化性能的影响.利用XRD、SEM、紫外-可见分光光度计等测试手段对样品进行了表征,以亚甲蓝溶液为模拟污染物对产物的光催化性能进行了评价.实验结果表明:热处理有助于提高氧化锌的结晶度和光催化性能,在高压汞灯照射240 min时,经热处理后的试样对亚甲蓝的降解率达98.4;,比同条件下未热处理的试样光催化性能提高52.3;.