CuO负载空心球状BiVO_4可见光矿化气相甲苯

以碳球为模板,采用溶胶-凝胶法制备空心球状BiVO4,浸渍法制备CuO负载BiVO4.运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)、塔菲尔(Tafel)、线性扫描(LSV)、光电转化效率(IPCE)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等手段对催化剂进行表征.结果表明,空心球状BiVO4比表面积(10.24 m2?g-1)是无定型BiVO4(1.97 m2?g-1)的5.20倍.负载CuO后,与BiVO4形成p-n型异质结结构.其中,5%负载量的空心球状BiVO4具有最佳电化学性能,Tafel表征腐蚀电流密度(2.22μA?cm-2)为空心球状BiVO4(0.18μA?cm-2)的12.33倍,禁带宽度减小为2.30 eV.以甲苯为模型污染物研究催化剂对挥发性有机化合物(VOCs)的催化去除和矿化效果,5%CuO负载量的空心球状BiVO4光催化氧化能力最佳,可见光照6 h甲苯降解率达85.0%,矿化率达12.0%.     

Sevelamer as an efficient and reusable heterogeneous catalyst for the Knoevenagel reaction in water

A catalyst system of Sevelamer, a phosphate-binding drug, has been prepared and used in the Knoevenagel reaction of aromatic aldehydes in water to produce substituted electrophilic alkenes. The products were obtained in excellent yields. Several novel, related catalytic systems showed promising catalytic properties for aromatic and heterocyclic aldehydes. The Sevelamer catalyst can be recovered using simple filtration and reused numerous times（up to 15 times） in the aqueous Knoevenagel reaction without any significant lowering of activity.     

Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其可见光驱动下的光催化活性增强

报道了一种新型Ag/Ag₃PO₄/g-C₃N₄三元复合光催化剂的制备及其半导体界面处的快速载流子分离所引起的光催化活性的显著增强效应。通过X射线衍射,扫描电子显微镜,紫外-可见吸收光谱以及光致发光光谱等就其晶体结构、形貌、组分、光学吸收以及载流子的快速分离行为进行了表征与分析。以罗丹明B作为模型化合物分子,研究发现,所制备的Ag/Ag₃PO₄/g-C₃N₄三元复合光催化剂在可见光照射下表现出比Ag₃PO₄以及Ag₃PO₄/g-C₃N₄二元催化剂更为优异的光催化活性。研究认为,Ag₃PO₄表面尺寸约为40 nm的Ag纳米粒子在可见光下受激所产生的等离子表面共振效应以及Ag₃PO₄与g-C₃N₄界面处所形成的类似异质结结构对所制备的Ag/Ag₃PO₄/g-C₃N₄三元复合光催化剂光催化活性的显著增强起到重要作用。     

取向纳米ZnO/Cu_2O异质结阵列的制备及光电特性

以水热合成法制备的一维取向n型ZnO纳米线阵列为衬底,采用电化学沉积法在其上沉积生长一层p型Cu2O半导体包覆层,制备出了新型ZnO/Cu2O异质结纳米线阵列光敏器件.利用XRD、SEM、TEM、XPS、PL及光响应特性等测试方法对样品的形貌、晶体结构、化学成分及光电特性进行了分析表征.研究了生长条件对ZnO/Cu2O异质结纳米线阵列各种特性的影响.研究发现,适宜的沉积电压和沉积时间是保证ZnO/Cu2O异质结光敏器件具有适宜厚度核壳包覆层及较好光响应特性的关键因素.研究结果为ZnO及Cu2O半导体材料在光敏器件中的应用提供了实验基础.     

二维半导体材料纳米电子器件和光电器件

近年来,随着各领域对微电子器件集成度及性能要求的不断提高,发展基于二维半导体材料的新型高性能功能性器件成为了突破当前技术瓶颈的重要环节和关键方向。目前,作为新型二维半导体材料的代表,二维过渡金属二硫化物、二维黑磷以及范德瓦尔斯异质结凭借其在电学、热学、机械、光学等方面的优异性能已经成为了发展高性能纳米电子器件和光电器件的最具潜力的材料之一。在本综述中,首先概述了几种用于纳米器件的常见二维材料,分析了材料的结构、性能及其在纳米器件中的应用,其次重点对基于过渡金属二硫化物、黑磷以及由其衍生的范德瓦尔斯异质结的纳米电子器件和光电器件的最新研究进展进行讨论,最后对目前二维半导体纳米器件所面临的挑战以及未来的发展方向进行总结及分析,从而为未来发展高性能功能性纳米器件提供支持。     

模拟太阳光照射下MIL-100(Fe)/g-C3N4异质结光催化Cr(VI)还原和双氯芬酸钠降解

有毒重金属离子Cr(Ⅵ)广泛应用于制革、电镀、印刷、颜料和抛光等行业,因而成为地表水和地下水中常见的污染物.光催化还原Cr(Ⅵ)为Cr(Ⅲ)利用可持续能源太阳能,费用低且没有二次污染问题,已经受到广泛关注.g-C_3N_4是一种稳定性好且能吸收可见光的优异光催化材料,但也具有比表面积小及电子和空穴容易复合等缺点.为进一步提高g-C_3N_4的光催化效率,人们合成了各种新型复合材料,如g-C_3N_4/Bi2WO6,g-C_3N_4/SiW11和g-C_3N_4/Zn_3V_2O_7(OH)_2(H2O)_2等.本文通过非常简便的球磨-煅烧法制备了金属-有机骨架材料MIL-100(Fe)与类石墨结构氮化碳(g-C_3N_4)的异质结结构(MG-x,x_=5%,10%,20%和30%,代表MIL-100(Fe)占复合物的质量分数),并对复合材料进行了粉末X射线衍射(PXRD)、红外光谱(FTIR)、热重(TGA)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DR)和荧光光谱(PL)等表征.实验研究了MG-x在模拟太阳光照射下光催化还原Cr(Ⅵ)和降解双氯芬酸钠的性能,考察了空穴捕捉剂(乙醇、柠檬酸、草酸和双氯芬酸钠)和pH值(_2~–8)对光催化还原Cr(Ⅵ)效率的影响.实验结果表明,PXRD谱图显示复合物的衍射峰位置均与MIL-100(Fe)及g-C_3N_4的峰位置相吻合,球磨和煅烧后无新衍射峰产生.TEM图片证明复合物中g-C_3N_4附着在MIL-100(Fe)表面.光照80 min后,MG-x复合物的还原效率均大于92%,高于MIL-100(Fe)(75.6%)和g-C_3N_4(79.8%)的还原效率.其中,MG-20%的光催化活性最高,还原效率达到97.0%,且还原Cr(Ⅵ)的速率分别是MIL-100(Fe)的3.08倍和g-C_3N_4的2.31倍.随着MIL-100(Fe)含量的增加,复合物的光催化活性先增后减.这是因为MIL-100(Fe)含量的增加不仅有利于电荷的转移,也有利于可见光的利用,然而过多的MIL-100(Fe)可能会影响异质结的质量,不利于电荷的转移.随着溶液pH值从2提高到8,还原效率从98%降低到9%.这是因为在酸性条件下H+浓度高有利于Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),而当pH6时,Cr3+与OH–形成Cr(OH)_3沉淀附着在催化剂表面,影响对光的吸收,降低了光催化效率.当反应体系中加入乙醇、柠檬酸和草酸时,光催化速率提高,而加入双氯芬酸钠后光催化速率未见提高,这是由于小分子链烃有机物容易捕捉光生空穴,而双氯芬酸钠不能有效捕捉MG-20%产生的光生空穴.电化学测试证明g-C_3N_4的光生电子可转移到MIL-100(Fe)的导带,复合物提高了光生电子和光生空穴的分离效率,从而提高了光催化还原Cr(Ⅵ)的活性.同时,在加入H2O2的条件下,MG-20%在50 min内光催化降解双氯芬酸钠的效率达到100%.MG-20%循环使用5次后,光催化效率没有明显降低,光催化剂的XRD谱没有发生明显变化,证明其具有很好的稳定性.综上,本研究提供了一种具有应用前景的高效MOF/g-C_3N_4复合物光催化剂.     

镍基光催化产氢助催化剂

近年来,化石能源的持续使用导致能源短缺和环境污染问题日益突出,因此,人们一直致力于开发新的清洁可再生替代能源.其中,氢气因其燃烧热值高、燃烧产物无污染等优点被认为是最具发展潜力的清洁能源之一.自从1972年日本东京大学Fujishima教授和Honda教授首次发现TiO_2单晶电极光催化分解水可以产生氢气以来,非均相光催化制氢被认为是实现可持续制氢最有潜力的方法之一.然而,由于光催化剂普遍存在缺少活性中心、表面反应速率低、光生载流子快速复合、热力学势垒高等制约因素,因此如何在光催化产氢反应中提高催化剂的量子效率和稳定性仍是目前所面临的一项巨大挑战.将电催化剂(用作助催化剂)负载到不同的半导体表面后,其表现出较高的光催化分解水产氢活性和稳定性.一般来说,采用贵金属(如铂、金和银)作为助催化剂可有效地提高半导体的光催化产氢性能.然而,贵金属成本高、丰度低,大大限制了其广泛应用.在非贵金属中,镍基助催化剂因其成本低、活性高、稳定性好而表现出较好的应用前景.本文主要针对用于光催化制氢反应的镍基助催化剂进行综述.首先,对镍基助催化剂的光催化动力学研究进行了总结,从光捕获、光生载流子的分离、半导体的本体及界面电荷输运、助催化剂捕获载流子及其表面电催化反应等过程进行详细分析,发现协同考虑和优化上述过程是开发高效产氢光催化剂的关键.同时,通过不同方法对催化剂改性并担载合适的镍基助催化剂,从而集成设计光催化剂是一种具有较好应用前景的策略.然后,对镍基电催化剂在催化制氢反应中应用的基本原理进行分析,系统地从组成工程、纳米结构工程、界面工程、表面工程和杂化工程方面综述了电催化剂的设计策略;并对镍基助催化剂的作用进行分析,包括:增加析氢活性中心,降低活化能,提高光催化效率,促进电荷的分离和传输,降低电化学析氢过电位和增强催化析氢动力学等.同时,对镍基助催化剂活性位的原位表征及反应路径相关文献进行了简要总结.通过上述分析得出以下结论:为设计高效的光催化产氢催化剂体系,需要综合考虑并优化镍基助催化剂表面的电催化产氢性能、捕光半导体中的电荷分离/转移及它们之间的界面电荷分离性能.本文着重对基于提高光捕获率(包括设计分级光催化剂、利用表面敏化和开发宽光谱光催化剂)、增强电荷分离(包括设计纳米结构、构建肖特基结、构造II/p-n型异质结和建立直接Z型异质结)、增强半导体/助催化剂的界面相互作用、提高助催化剂的电催化活性(包括增加活性位数量、加强单个活性位本征活性和实现高分散/限阈效应)四种改性策略进行了较详细的讨论和比较,为设计高活性和高稳定性的镍基产氢光催化剂提供了新的设计思路.最后,对镍基产氢助催化剂进行了展望.一方面,进一步开发新型镍基析氢助催化剂和半导体异质结,通过调节和优化助催化剂的半导体/助催化剂界面结构和电导率,从而达到最优光催化效率.同时,应尝试通过工艺简单、易规模化的方法制备更多金属、多功能、超薄二维镍基纳米片、核壳和限制性纳米结构及单原子等催化剂体系,并将其应用于开发高效的光催化制氢催化剂.另一方面,进一步采用多种原位表征技术,如XAS研究、EPR测试和拉曼光谱技术等,精准地分析镍基催化剂上的析氢活性中心,深入分析不同异质结和助催化剂中的电荷载流子转移/分离动力学.同时,通过DFT精确计算反应势垒、氢吸附能和水分子吸附/解离特性等相关信息,进而充分理解电荷载流子动力学和反应途径,明确镍基助催化剂活性中心表面电催化反应机理.希望在不远的将来,根据镍基析氢活性中心的详细结构与性能关系,可以精准地设计、构建高效的镍基析氢活性中心,为高效光催化产氢,并为最终开发新的清洁可再生替代能源提供效的催化技术.     

三维多孔锌钨氧化物异质结的制备、组分调控与光催化性能

采用真空冷冻干燥技术, 通过调控前驱体溶液的组成, 实现了锌钨氧化物异质结材料的可控制备. 前驱物中高分子的引入使煅烧后的氧化物材料很好地保持了三维连通的多孔结构. 光催化实验结果表明, 获得的系列材料均能够实现对罗丹明B的脱色降解, 并表现出组分依赖的光催化活性. 氧化锌/钨酸锌三维多孔异质结材料相比于其它样品具有更高的光催化活性, 可在180 min内将罗丹明B完全脱色.     

ICP-AES法测定铋系超导材料中合金组分含量

提出了用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定铋系超导材料合金元素的含量。通过试验确定试样溶样方法,最终采用硝酸 盐酸溶解样品;选择Bi223.061 (151);Pb216.999(155);Sr346.446(97);Ca315.887(106);Cu224.700(149)作为元素分析谱线;确定最佳的仪器工作参数。应用此方法进行回收试验,回收率99%～102% ,RSD小于1.0%,。     

工艺参数对TSMTG法制备单畴YBCO样品的影响

用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)制备了30min直径的YBCO超导块，研究了不同的工艺条件对样品宏观形貌、织构取向和磁浮力的影响，比较了3种样品在零场冷条件下的排斥力和场冷条件下的吸引力。结果发现：由籽晶控制取向生长的单畴YBCO样品宏观形貌是以顶部籽晶为中心的4个结晶扇区，有单一的c轴取向，零场冷条件下的排斥力和场冷条件下的吸引力最大；籽晶成核但没有控制取向生长的YB-CO样品宏观形貌是以顶部籽晶为中心的多个(大于4个)扇区，相邻扇区间夹角不等，c轴取向不一致，磁浮力性能居中；非籽晶成核生长的多畴YBCO样品，上表面是以籽晶为中心的一个边长约1cm的四方结晶区，其余部分是自发成核的多晶，样品c轴取向杂乱，磁浮力很低。