原位聚合碳掺杂改性石墨态氮化碳光催化活性研究

本文通过在双氰胺前驱体中添加聚乙二醇,在缩聚过程实现碳掺杂形成含氮空位的g-C₃N₄光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光谱(FL)等表征手段,考察了原位聚合碳掺杂形成氮空位对g-C₃N₄物相结构、组分与化学态、光吸收性能及光催化活性的影响。研究结果表明,采用该方法可实现原位聚合碳掺杂,有效拓展g-C₃N₄的可见光吸收至850 nm,在紫外-可见光与可见光照射下光降解RhB及光催化产氢性能均显著提高,尤其可见光条件下的性能提升更为显著。     

一步法制备二氧化钛-金复合材料及其光解水制氢性能

以钛粉为还原剂,氯金酸为氧化剂,将二者在180 ℃水热反应釜中发生氧化还原反应,最终生成直径800 nm左右的TiO₂,比表面积为3.5 m²/g左右,其表面均匀担载了直径20 nm左右的金纳米颗粒。 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外可见漫反射光谱、光电流密度、光催化制氢性能等测试表征了该复合催化剂的结构及性能。 结果表明,一步法制备的复合催化剂形貌规整,TiO₂为锐钛矿晶型,金纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)作用促进了催化剂对可见光有较强的吸收,催化剂催化产氢性能伴随金含量增大存在先增后减规律,可见光下最大产氢速率为0.1 μmol/(g·h),光催化活性表现稳定。     

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...     

熔盐辅助法制备g-C3N4纳米结构及其光催化制氢性能

以尿素作为原料, 采用熔盐辅助热聚合法在KCl-NaCl-BaCl₂体系中制备了带隙可调的g-C₃N₄纳米结构. 采用X射线衍射仪、 扫描电子显微镜、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见漫反射光谱仪及荧光光谱仪对产物的结构、 形貌、 成分及光学性能进行了表征. 对g-C₃N₄纳米结构可见光条件下的光催化制氢性能进行了测试, 研究了不同的尿素/熔盐比对其光催化性能的影响. 结果表明, 熔盐辅助热聚合法制备的g-C₃N₄ 纳米结构吸收光谱出现明显宽化, 吸收边由普通热聚合法制备g-C₃N₄的约450 nm红移至约500 nm左右. 同时光生载流子复合几率明显降低, 从而有效提升其光催化制氢性能. 最优化的g-C₃N₄(60)样品析氢速率达到12301.1 μmol?g^?1?h^?1, 为普通热聚合法制备g-C₃N₄析氢速率的4倍.     

g-C3N4/BiVO4复合催化剂的制备及应用于光催化还原CO2的性能

用简单的超声分散法合成了具有可见光响应的类石墨氮化碳(g-C₃N₄)/BiVO₄复合光催化剂. 采用X射线衍射(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), 紫外-可见(UV-Vis)分光光谱, 傅里叶红外变换(FTIR)光谱, 荧光发射谱(PL)和光电流响应等技术对所制备催化剂进行相关表征. 通过可见光下(λ> 420 nm)光催化还原CO₂的性能来评价样品的光催化活性, 发现不同复合比的催化剂中, 含40% (w) g-C₃N₄的复合催化剂表现出最高的光催化活性, 其催化活性分别为纯g-C₃N₄纳米片和纯BiVO₄的催化活性的2倍和4倍.光催化活性增加的主要原因是g-C₃N₄和BiVO₄之间形成了异质结, 且相互间能级匹配, 有利于光生电子和空穴的分离.     

二氧化钛包裹金纳米棒核壳材料的制备及其光解水制氢

利用溶胶凝胶法制备了金纳米棒(GNR)与TiO₂的核壳结构复合材料--GNR@TiO₂,粒径为200 nm左右。 经水热晶化后的材料粒径为300 nm左右,GNR形貌和局域表面等离子共振(LSPR)峰保持稳定,其外边包裹着树枝状的锐钛矿相TiO₂壳层。 采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外可见吸收光谱、光催化制氢性能等技术手段测试表征了样品的结构及性能。 结果表明,晶化后的GNR@TiO₂在可见光范围内制氢速率为31.0 μmol/(g·h),相较与晶化前7.3 μmol/(g·h)得到了明显提升。 最后结合实验结果和时域有限差分(FDTD)分析了催化产氢机理:LSPR促进了可见光吸收,锐钛矿TiO₂对电场的增强促进了光生电子-空穴分离,同时晶化后的TiO₂壳层疏松多介孔,增加了活性位点,有利于传质。     

金纳米颗粒在等离子体共振光催化剂中的作用机理研究

金纳米颗粒在等离子体共振光催化剂中具有多种不同的作用机理。本文采用溶胶-凝胶法合成了氮/碳共掺杂超薄二氧化钛(D-TiO₂)包覆的SiO₂/Au/D-TiO₂三明治型及SiO₂/D-TiO₂核壳纳米结构材料,对金纳米颗粒在含有可见光响应型半导体的等离子体共振光催化剂光催化分解水制氢反应中的作用机理进行了探索。研究结果表明,在该等离子体共振光催化剂的光催化反应过程中,金纳米颗粒同时体现出肖特基效应和等离子体共振效应作用机理,且作用机理与光生载流子的多少以及金纳米颗粒的负载量有关。负载量较低时,金纳米颗粒的作用机理与光生载流子的多少有关。而在高负载量条件下,金纳米颗粒在可见光照射下主要表现出肖特基效应对光催化活性的影响。     

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。     

CdS修饰TiO2纳米带制备及光催化降解有毒有机污染物

以硫酸钛为原料,在210℃低温下,水热制备TiO₂纳米带.通过沉淀法用CdS修饰TiO₂纳米带表面,制得TiO₂@CdS复合光催化剂,采用XRD、TEM和反射紫外对其结构及光化学特性进行初步表征.以可见光(λ≥450 nm)光催化降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)、水杨酸(Salicylic Acid,SA)及2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP)为探针反应,研究反应温度、介质和负载CdS对TiO₂@CdS结构性能的影响.结果表明,所制备的TiO₂纳米带分散性好.复合粉末由锐钛矿相TiO₂和立方相CdS组成.常温25℃中性介质中用CdS修饰的TiO₂的活性,在可见光照射下,为单纯TiO₂纳米带的29倍.同时,TiO₂也促进了CdS可见光光催化活性的提高.通过跟踪降解体系紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,结果发现TiO₂@CdS/vis体系在pH 7.0时,对SA的降解率较TiO₂纳米带有显著地提高,反应15 h和21 h后,RhB和2,4-DCP的矿化率分别可达到47.8%和30.8%.     

Ag3PO4量子点/石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的制备及其对苯甲醇选择性氧化活性

以热氧化剥离法得到的超薄石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米片为载体,首次在室温条件下,制备了系列Ag₃PO₄量子点/g-C₃N₄纳米片复合光催化剂;通过透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL),对复合光催化剂的形貌、结构和光学性质进行了表征,考察了系列光催化剂对苯甲醇的光催化选择性氧化性能。 结果表明,粒径为3~5 nm Ag₃PO₄颗粒均匀分散g-C₃N₄纳米片上,结晶度良好。 以乙腈为溶剂时,当m(Ag₃PO₄)/m(g-C₃N₄)=0.6时,苯甲醇具有32.1%的最大转化率,对产物苯甲醛具有90%的最高选择性;活性物种捕捉实验结果表明,该催化氧化反应的主要活性物是光生空穴的氧化作用,能带计算结果表明,该复合催化剂结构具有合适的苯甲醇的氧化电位而选择性生成苯甲醛。     

La掺杂钛酸钙光催化剂在可见光下分解水制氢的影响因素

以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型光催化剂Ca_{0. 99}La_{0. 01}TiO₃,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等对光催化剂材料进行了表征,并考察了N掺杂对光催化剂催化效果的影响,探究了可见光条件下,Ca_{0. 99}La_{0. 01}TiO_3-xN_x在不同Pt负载量及不同种类牺牲剂中光催化分解水的产氢量,并进行相关荧光猝灭分析.结果表明,在可见光条件下,Pt负载量为1%且掺杂N的钙钛矿光催化剂在Na₂SO₃/Na₂S作为牺牲剂时,光催化分解水的产氢量最高.     

Achieving UV and visible-light photocatalytic activity enhancement of AgI/BiOIO3 heterostructure:Decomposition for diverse industrial contaminants and high mineralization ability

Heterostructure photocatalyst fabrication is of great significance for promoting the photoreactivity and solar-energy utilization efficiencies. In this work, AgI/BiOIO_3 heterostructure photocatalysts are synthesized by a facile in-situ crystallization of AgI on BiOIO_3. The photocatalytic performance is first surveyed by decomposition of model dye methyl orange(MO) separately with illumination of UV light and visible-light(λ 420 nm). It indicates that AgI/BiOIO_3 shows highly improved photocatalytic activity regardless of the light source, which should be attributed to the matchable band energy levels between AgI and BiOIO_3, benefiting the efficient charge separation. Notably, AgI/BiOIO_3 shows a universal photocatalytic activity for treating diverse antibiotics and phenols, including tetracycline hydrochloride,chlortetracycline hydrochloride, 2,4-dichlorophenol(2,4-DCP), phenol and bisphenol A(BPA), and the strong mineralization ability of AgI/BiOIO_3 was also demonstrated. Additionally, the different mechanisms under UV and visible light irradiation are investigated in detail. This work provides a new reference for design and manipulation of high-performance nonselective heterostructure photocatalyst for environmental purification.     

石墨相氮化碳纳米管的合成及光催化产氢性能

通过硬模板法,采用氰胺前驱物和二氧化硅纳米管(SiO₂-NTs)模板,合成石墨相氮化碳纳米管(CN-NTs)光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附/脱附测试、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱、热重分析(TGA)等手段对CN-NTs催化剂的结构与性能进行表征。结果表明,CN-NTs的化学组成是石墨相氮化碳(g-C₃N₄),形貌为均匀的纳米管,且是介孔材料。与体相氮化碳(B-CN)和介孔石墨相氮化碳(mpg-CN)相比,CN-NTs的光吸收带边蓝移到440 nm,荧光发射谱的峰强减弱。在可见光(λ>420 nm)照射下,CN-NTs具有较高的光催化分解水活性,产氢速率为58 μmol/h,且表现出良好的光催化活性稳定性和化学结构稳定性。研究结果表明纳米管状结构能有效促进g-C₃N₄半导体激子解离,提高光生电子-空穴的分离效率,进而显著优化g-C₃N₄的光催化产氢性能。     

In2O3三维纳米结构的控制合成及高效光解水产氢活性研究

Exploring economical and efficient photocatalysts for hydrogen production is of great significance for alleviating the energy and environmental crisis. In this study, 3D In₂O₃ nanostructures with appropriate self-assembly degrees were obtained using a facile hydrothermal strategy. To study the significance of 3D In₂O₃ nanostructures with appropriate self-assembly degrees in photocatalytic hydrogen production, the photocatalytic performances of samples were evaluated based on the amount of hydrogen gas release under visible-light irradiation (λ > 400 nm) and simulated solar light illumination. Interestingly, the 3D In₂O₃-150 nanostructured photocatalyst (hydrothermal temperature was 150 ℃, denoted as In₂O₃-150) exhibited extremely superior photocatalytic hydrogen evolution activity, which may have been caused by their unique structure to improve light reflection and gas evolution. The special structure can enhance light harvesting and induce more carriers to participate in photocatalytic hydrogen production. Despite possessing similar 3D nanostructures, the In₂O₃-180 photocatalyst exhibited poor photocatalytic activity. This may have been caused by the high self-assembly degree, which can hinder light irradiation and isolate a portion of the water. In addition, the 3D nanostructures could effectively make uniform the carrier migration direction, which is from the interior to the rod end. However, the direction of carrier migration of the In₂O₃-110 photocatalyst could transfer in various directions, whereas the In₂O₃-130 photocatalyst could transfer to both ends of the rod. This might cause partial migration to counteract each other. The compact cluster rod-like structure of In₂O₃-180 might prevent the light from exciting the carrier effectively. Through a photocatalytic recycling test, the 3D In₂O₃-150 nanostructured photocatalyst exhibited outstanding photochemical stability. This work highlights the importance of controlling the self-assembly degree of 3D In₂O₃ nanostructures and explores the performances of 3D In₂O₃ nanostructured photocatalysts in hydrogen production under visible light and simulated solar light.     

三元Ho3+-TiO2/Bi等离子体复合纤维制备及其可见光催化产氢性能

以电纺Ho³⁺-TiO₂纳米纤维为基质,葡萄糖酸钠为还原剂,采用水热法制备Ho³⁺-TiO₂/Bi等离子体复合纤维光催化剂。 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和瞬时光电流(IP)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光电性能等进行表征。 以三乙醇胺为电子给体,研究了Ho³⁺-TiO₂/Bi光催化分解水产氢的反应过程。 结果表明:在水热过程中,Bi³⁺被葡萄糖酸钠还原成单质Bi纳米颗粒,复合在Ho³⁺-TiO₂纳米纤维表面形成肖特基结。 金属Bi通过局域表面等离子体共振效应结合稀土元素丰富的能级结构和4f电子跃迁特性,对TiO₂进行双重修饰改性,有效提高了TiO₂的光催化活性和稳定性,可见光下产氢速率最大为43.6 μmol/(g·h)。     

铋掺杂介孔二氧化钛的制备及光催化动力学

以介孔分子筛(KIT-6)为载体,采用溶液浸渍法合成了铋(Bi)掺杂的介孔二氧化钛(TiO₂)光催化剂。利用XRD、TEM、SEM、XPS、N₂吸附-脱附法和拉曼光谱法等技术手段对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法考察了催化剂对罗丹明B光催化降解效率,进一步考察了Bi的掺杂量对光催化反应速率的影响,并对光催化降解动力学进行了初步研究。结果表明,Bi掺杂的介孔TiO₂具有较窄的孔径分布(3~4 nm),而且吸收范围扩展到可见光区,其光催化活性明显高于商品TiO₂(P25)。随之Bi掺杂量的提高,反应速率常数也增大,其光催化降解罗丹明B的反应均符合准一级动力学方程。     

MoS_2/TiO_2复合催化剂的制备及其在紫外光下的光催化制氢活性

为了研究复合光催化剂在光催化中的制氢效率,采用水热法制备了Mo S2纳米片,然后通过水热法在Mo S2纳米片上负载了TiO_2纳米颗粒,形成了Mo S2/TiO_2异质结复合催化剂。采用冷场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和光学性能表征并进行分析。通过光催化制氢测试对光催化剂进行评价,实验结果表明,在波长为365 nm的紫外光照射下,最高光催化制氢速率为1004μmol·h-1·g-1,对应的催化剂的Mo S2含量为30%,其催化速率远大于单一的Mo S2和TiO_2,表明Mo S2/TiO_2复合催化剂在紫外光照下能显著提高光催化产氢性能。基于Mo S2/TiO_2复合光催化剂优越的光催化产氢性能,本文对复合光催化剂的产氢机理做了研究和分析。     

氮铋共掺杂TiO2的合成及其可见光催化性能研究

以纳米管钛酸为钛的前驱体,Bi(NO₃)₃·5H₂O为N源和Bi源,采用水热法制备了N、Bi共掺杂的TiO₂;并以甲基橙为目标降解物考察了所制备样品的可见光催化性能(λ≥420 nm).利用XRD、XPS、UV-Vis DRS、TEM等技术对不同条件下制备的产物进行了表征.结果表明,所得样品主要为锐钛矿型,粒径20 nm左右,掺杂的Bi主要以Bi₂O₃和BiONO₃两种形式存在.N元素除了以NO₃^-的形式存在于BiONO₃中,还有少量N以间隙氮掺杂于TiO₂中形成Ti-O-N键.N、Bi共掺杂的TiO₂在可见光下表现出了优越的光催化性能,其中水热温度为130 ℃,Bi/Ti摩尔比为1%时,催化活性最高.催化活性的提高源于N和Bi的掺杂增加了样品对可见光的利用效率,降低了光生电子空穴的复合速率.     

Facile synthesis and photocatalytic properties of AgAgClTiO2/rectorite composite

In this study, we prepared a new visible light induced plasmonic photocatalyst AgAgClTiO(2)/rectorite using a facile deposition-photoreduction method. The catalysts were characterized using X-ray diffraction (XRD), UV-visible diffused reflectance spectra (UV-vis DRS), Raman spectra, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The as-prepared AgAgClTiO(2)/rectorite powders exhibited an efficient photocatalytic activity for the degradation of acid orange (ARG) and 4-nitrophenol (4-NP) under visible light irradiation (λ>400 nm). Moreover, the mechanism suggested that the high photocatalytic activity is due to the charge separation and the surface plasmon resonance of metallic Ag particles in the region of visible light. The active species measurements suggested that HO() is not the dominant photooxidant. Direct hole transfers and O(2)(-) were involved as the active species in the photocatalytic reaction.     

Bi_2MoO_6/BiVO_4异质结的水热合成和可见光催化活性(英文)

采用一步水热法制备Bi2MoO6/BiVO4复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段对其晶体结构和微观结构进行了表征.结果表明,Bi2MoO6纳米粒子沉积在BiVO4纳米片表面从而形成异质结结构.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明所制备的Bi2MoO6/BiVO4异质结较纯相Bi2MoO6和BiVO4对可见光吸收更强.由于形成异质结结构及其光吸收性能使Bi2MoO6/BiVO4光催化活性有较大提高.可见光下(λ420 nm)光催化降解罗丹明B(RhB)实验结果表明,Bi2MoO6/BiVO4光催化活性较纯相Bi2MoO6和BiVO4高.Bi2MoO6/BiVO4样品光催化性能提高的原因是Bi2MoO6和BiVO4形成异质结,从而有效抑制光生电子-空穴对的复合,增大了可见光吸收范围及比表面积.