复合光催化剂AgI/AgCl/h-BN的制备及光催化性能

以少层六方氮化硼纳米层状材料为载体,通过水溶性盐晶体模板法和离子交换法制备了h-BN稳定AgI/AgCl的三元复合体系。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段对样品的结构和形貌进行检测分析,利用UV-Vis DRS测试了样品的吸光性能。可见光光催化降解罗丹明B实验表明,光照24 min,AgI/AgCl/h-BN复合光催化材料对罗丹明B的降解率高达93%,远高于实验合成的大块AgCl、AgCl立方块、AgI/AgCl纳米腰果及文献报道的数值。并且三元材料循环利用4次后,对罗丹明B的降解率几乎保持不变。结合光电化学测试、活性物种捕获和电子自旋共振等实验结果,探讨了复合材料光催化活性和稳定性提高的机理。     

Bi/TiO_2复合纳米纤维制备及可见光催化性能

以电纺TiO_2纳米纤维为基质,EDTA为鳌合剂和吸附剂,采用溶剂热法制备Bi/TiO_2复合纳米纤维光催化材料,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征,以罗丹明B(Rh B)为模拟有机污染物,考察了样品的光催化性能。结果表明:EDTA在复合纳米纤维的合成过程中起到关键作用,通过改变EDTA的用量可以有效控制纤维表面构筑单质Bi纳米球的大小和覆盖密度。所制备的复合纳米纤维具有良好的可见光催化活性和稳定性,当单质Bi的负载量为65%时光催化活性最强,可见光照射180 min,RhB的降解率达到96.40%,循环使用5次降解率仍保持在91%以上。     

溶剂热法制备BiFeO_3基纳米颗粒光催化剂及其性能

以聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子为稳定剂,采用溶剂热法制得了纯相BiFeO_3纳米颗粒(A)和BiFeO_3/Bi_(25)FeO_(40)/Fe_2O_3复合纳米颗粒(B),并采用HRTEM、XRD、UV-Vis、SQUID对其结构和性能进行了表征。2种颗粒结晶良好,粒径小于10 nm,能有效光催化降解亚甲基蓝,磁性回收率分别为74.6%(A)和90.2%(B)。BiFeO_3/Bi_(25)FeO_(40)/Fe_2O_3复合纳米颗粒的光催化与磁性能均优于纯相BiFeO_3纳米颗粒,是因为复合纳米颗粒含有多种相,相界面存在异质结构有利于光生载流子的分离和迁移,并且对可见光的吸收能力更强。     

光催化技术简介

介绍了光催化反应原理,光催化剂TiO2的晶体结构,以及光催化技术存在的主要问题,如量子产率偏低、光谱响应范围窄、催化剂分离和回收难、高浓度废水透光率低、光催化剂失活等,并简要分析了光催化剂的研究现状。     

二氧化钛基Z型光催化剂综述(英文)

TiO_2具有无毒、耐腐蚀、高稳定和低成本等特点,已被广泛应用于光催化领域.然而,TiO_2的禁带较宽,只能吸收仅占太阳光4%的紫外光部分,从而严重限制了TiO_2光催化材料对太阳光的有效应用.目前很多方法被用来提高TiO_2光催化效率,如金属/非金属掺杂、贵金属负载、异质结构建和与碳材料复合等,这些策略在提高光催化剂的光催化效率中,涉及到如何兼顾太阳光利用和光生空穴和电子氧化还原能力两者之间的平衡.通常,半导体禁带宽度越窄,半导体的光谱响应范围越宽、太阳光利用越多,但光生空穴和电子氧化还原能力越弱.因此,想要提高TiO_2的光催化性能,应考虑以下两个方面的平衡:即降低带隙宽度,拓展半导体的光谱响应范围;与之同时使价带电位更正,导带电位更负之间的平衡.然而,这两个点是相互矛盾的,因此很难在单组分光催化剂中同时实现这两点.然而,Z型光催化剂可以同时满足这两点要求,即:降低半导体的带隙,同时使导带更负,价带更正,因为Z光催化系统利用了两种半导体的优势,其电荷转移机制类似于自然界中绿色植物的光合作用,其中的载流子传输途径包括两步激发,类似于英文字母"Z",Z型光催化剂因此而得名.Z型光催化剂既能保留较高还原能力的光生电子和又能保留较高氧化能力的光生空穴,由于Z型光催化剂特有的优点,在光催化领域的应用越来越广泛.本文综述了TiO_2基Z型光催化剂的最新研究进展,其中包括:Z型光催化机理、应用范围和光催化活性改进方法.Z型光催化剂分为传统液相Z型光催化体系,全固态Z型光催化体系,以及最近几年发展起来的直接Z型光催化体系.它们的主要应用包括:光催化分解水产氢、二氧化碳还原制备太阳燃料、有机污染物光催化降解.论文进一步讨论了提高TiO_2基Z型光催化剂性能的方法,包括pH值调控、电子导体选择、助催化剂使用、掺杂改性、组织形貌控制、两种半导体质量比优化等.最后,提出了TiO_2基Z型光催化剂今后面临的挑战和发展前景展望.     

生物质C-N-P自掺杂TiO_2的合成及其对亚甲基兰的光催化降解活性

采用溶胶-超声辐照技术同步合成了生物质C-N-P自掺杂TiO_2复合催化剂,通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)及光致发光光谱(PL)对样品进行了表征.以亚甲基兰(MB)为目标污染物,研究了C-N-P共掺杂TiO_2的可见光光催化性能.实验结果表明,在可见光照射下,光催化反应时间为2 h时,C-N-P共掺杂TiO_2复合催化剂对亚甲基兰的降解效率最高可达9 8.5%;相比纯TiO_2,C-N-P共掺杂TiO_2复合催化剂的比表面积增大,吸收边带红移,禁带宽度减小,相变温度升高,光生载流子复合率降低.     

Silver ferrite–graphene nanocomposite and its good photocatalytic performance in air and visible light for organic dye removal

Silver ferrite–graphene (AgFeO₂‐G) as a nanocomposite photocatalyst shows potent visible‐light photocatalytic activity for the degradation of organic contaminants, and generates the strong oxidants hydroxyl radical (^•OH) and superoxide anion radical (O₂^•−) via photoelectrochemical decomposition of H₂O and O₂ in the presence of air and visible light irradiation. The photogenerated electrons of AgFeO₂ can transfer easily from the conduction band to the reduced graphene oxide, efficiently preventing the direct recombination of electrons and holes. As a matter of fact, AgFeO₂ has a low bandgap. Furthermore, AgFeO₂ nanoparticles themselves have a magnetic property, which makes them magnetically separable. The experimental results show that the graphene nanosheets in the nanocomposite catalyst are exfoliated and decorated homogeneously with AgFeO₂ nanoparticles. The photodegradation occurs in a short time (ca 40 min). Also, the photocatalytic activity of the nanocomposite does not show any clear loss after ten recycles of the degradation process.     

以工业粉煤灰为原料制备 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂及其催化性能

2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP)作为杀虫剂、除草剂和烯烃基芳香族化合物阻聚剂而被广泛地应用于工农业生产中.在 DNBP生产和使用过程中,会产生大量难以降解的有机废水,从而对人类和生态环境造成极大危害.因此,开展含 DNBP废水的处理技术和方法研究具有重要的现实意义. TiO2半导体材料由于具有良好的光化学特性和电化学行为,近几十年来一直是光催化领域的研究热点.在能量等于或大于 TiO2的带隙能级的辐照光照射下, TiO2可以产生光生电子/空穴对(e-/h+).光生电子和空穴分别与 TiO2表面被吸附的 H2O和 O2分子反应,生成具有强氧化性的活性羟基自由基(?OH),对硝基酚类有机污染物具有较强的降解能力. TiO2光催化反应属于非均相反应,反应在催化剂的表面进行,催化剂对污染物的吸附是影响其催化降解性能的重要因素.但是,传统 TiO2光催化剂存在比表面积小,对有机污染物吸附能力差,光生电子与空穴易于复合等缺陷,限制了 TiO2光催化技术的进一步发展和在水处理领域中的大规模应用.我们基于气凝胶具有多孔性、大比表面积和高孔隙率的特点,以富含硅、铝的工业废弃物粉煤灰为反应原料,首先利用碱熔法和常压干燥技术制备出 SiO2-Al2O3气凝胶.在此基础上,以钛酸四丁酯(TBOT)为反应前体, SiO2-Al2O3气凝胶为载体,利用酸催化溶胶-凝胶法(sol-gel)制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂.利用 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附(BET)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等分析测试技术对所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂结构进行了表征.结果显示,在 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂中,粒径尺寸为10~30 nm的锐钛矿型 TiO2纳米颗粒均匀分散在 SiO2-Al2O3气凝胶载体上. TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂呈现典型介孔材料的 IV型等温线. SiO2-Al2O3气凝胶的加入极大提高了 TiO2光催化剂的比表面积和对有机污染物的吸附性能,但是对 TiO2光波吸收范围影响不大.在制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂基础上,进一步对其在可见光条件下的光催化性能进行了研究.以500 W的 Xe灯光源模拟自然太阳光, DNBP为探针污染物分子,系统考察了可见光照射条件下溶液 pH值、光催化剂用量、光反应时间、DNBP溶液初始浓度不同因素对 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂催化活性的影响.结果表明, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP有机污染物的吸附率和光降解率明显高于纯 TiO2样品.在 DNBP溶液初始浓度为0.167 mmol/L, pH =4.86,催化剂用量6 g/L,光照时间5 h的条件下, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率几乎高达100%.根据 Langmuir-Hinshelwood方程,在低浓度下光催化降解反应符合一级反应动力学.所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂具有良好的稳定性和重复利用性能.重复利用5次后, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率仍高达90%以上.利用紫外-可见分光光度计、气相-质谱联用仪对 DNBP降解中间产物进行了分析,探讨了 DNBP的光催化降解机理.     

Composition dependence of the photophysical and photocatalytic properties of (AgNbO3)1−x(NaNbO3)x solid solutions

A series of orthorhombic photocatalysts (AgNbO₃)_1−x(NaNbO₃)_x solid solutions have been synthesized by a solid-state reaction method. The composition dependence of the photophysical and photocatalytic properties of synthesized solid solutions has been investigated systematically. With an increase in the content of NaNbO₃, we found that (1) the lattice parameters decreased; (2) the Nb-O bond length in NbO₆ octahedron reduced; (3) the band gap increased; and (4) the mean particle size decreased while the Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area increased. Photocatalytic activities of the (AgNbO₃)_1−x(NaNbO₃)_x (0?x?0.5) samples were evaluated from gaseous 2-propanol (IPA) decomposition into acetone and CO₂ under visible-light irradiation emitted from blue-light-emitting diodes (BLEDs; light intensity: 0.01 mW cm⁻²). Among all the samples, the (AgNbO₃)_0.6(NaNbO₃)_0.4 sample showed the highest photocatalytic activity.     

具可见光活性的氮掺杂二氧化钛光催化剂

以氮掺杂为代表的非金属掺杂型TiO₂光催化剂被誉为“第二代光催化材料”。本文首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法,然后详细阐述了在N掺杂TiO₂研究中关于其可见光活性机制以及掺杂N在TiO₂晶格中的存在状态等方面的争议。N掺杂TiO₂粉末的制备方法主要有氨气气氛下的热处理工艺、水解沉淀法、溶胶－凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO₂薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。已提出的关于N掺杂TiO₂可见光活性机制的观点有N2P与O2P能级相杂化、形成N 2p孤立能态、氧空位的作用以及具顺磁性特征的杂质敏化。关于掺杂N在TiO₂晶格中存在状态的分歧在于XPS N 1s谱中特征峰的位置及其归属的解析。文章最后指出了氮掺杂二氧化钛催化剂研究中有待解决的问题及今后的发展方向。