Cd0.5Zn0.5S/N-g-C3N4复合催化剂的制备及其可见光催化性能的研究

采用两步水热法制备了分散性较好的镉锌硫基/氮掺杂氮化碳(Cd_0.5Zn_0.5S/N-g-C₃N₄)复合催化剂。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和X射线衍射仪对所制备的催化剂微观形貌和结构进行表征,并通过瞬态光电流法和气相色谱仪对其产氢性能进行分析。结果表明,Cd_0.5Zn_0.5S/N-g-C₃N₄复合催化剂具有较好的催化性能,产氢速率为20.431μmol/h, Cd_0.5Zn_0.5S/N-g-C₃N₄复合光催化剂有较高的氧化还原电势和电荷载体的快速迁移能力。     

介孔CoMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用共沉淀法制备了CoMn₂O₄/还原氧化石墨烯(CoMn₂O₄/rGO)复合电极材料,并研究了石墨烯含量对CoMn₂O₄/rGO复合材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明:CoMn₂O₄纳米颗粒沉积在石墨烯纳米片的表面,随着石墨烯含量的增加,CoMn₂O₄纳米颗粒在r GO表面的分布逐渐均匀,聚集现象消失。CoMn₂O₄/rGO具有高的比表面积及优良的电化学性能,其中CoMn₂O₄/rGO20 (rGO质量分数为20%)电容性能最好,在电流密度1 A/g时具有1 420 F/g的比电容。CoMn₂O₄/rGO30(rGO质量分数为30%)的倍率性能和循环稳定性能最好。2 000次充放电后,样品CoMn₂O₄/rGO30在5 A/g时的比电容保持率为94%,样品CoMn₂O₄的比电容保持率为78%。     

g-C3N4-CdS-NiS2复合纳米管的制备及可见光催化分解水制氢

光生电子-空穴对的快速复合是导致半导体光催化剂性能不佳的重要因素之一，构建异质结是分离光生电子-空穴对的有效方法。结合热缩合和两步水热反应构建了g-C₃N₄-CdS-NiS₂复合纳米管，并进一步研究了在可见光照射下不同CdS含量的g-C₃N₄-CdS-NiS₂分解水制氢的光催化性能。结果表明，当CdS含量为10%(质量)时，三元复合物的产氢速率最高(50.9 μmol·h^-1)，是纯g-C₃N₄纳米管的25倍，是g-C₃N₄-CdS和g-C₃N₄-NiS₂二元复合物的11倍。而且，经过五次循环光催化反应后，产氢速率保持不变。光催化制氢性能的提高主要源于g-C₃N₄、CdS与NiS₂形成的异质结促进光生电子和空穴的迁移及电子-空穴对的分离。     

CuCrO2-WO3的制备及光催化产氢性能

作为分解水制氢用光催化剂,p-n半导体物质的复合体具有较好的开发前景。燃烧法合成了p型半导体物质CuCrO₂,钨酸分解法合成了n型半导体物质WO₃,在此基础上经机械研磨及热处理的方法制备了CuCrO₂-WO₃和Ru/（CuCrO₂-WO₃）复合光催化剂。对制得的样品进行了X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射（UV-Vis DR）、扫描电镜（SEM）及X射线光电子能谱（XPS）表征分析。测定了CuCrO₂、WO₃、CuCrO₂-WO₃及Ru/（CuCrO₂-WO₃）在氙灯照射下的产氢活性,考察了研磨介质pH及钌负载量对CuCrO₂-WO₃光催化活性的影响。实验结果表明,CuCrO₂和WO₃单独使用时几乎没有活性,而复合催化剂CuCrO₂-WO₃在以甘油为电子给体的情况下具有产氢活性,研磨介质pH对复合催化剂的活性影响较大;负载钌后CuCrO₂-WO₃的活性得到进一步的提高,能分解纯水放出氢气,以0.5%Ru/（CuCrO₂-WO₃）为光催化剂,在300W氙灯照射下,3 h内分解纯水放出氢气约10 μmol。     

石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂的光解水制氢性能研究

为改善能源短缺,对新型光催化水解制氢材料进行了研究。通过改进Hummer法制备氧化石墨,溶胶-凝胶法制备锐钛矿型二氧化钛,采用浓碱法制得石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂,考察了不同石墨烯的掺杂量对催化活性的影响。经过光解水制氢实验发现,掺杂不同质量分数石墨烯的催化剂催化活性得到了进一步提高,其中掺杂量为1%的产氢活性最好,产氢速率是纯二氧化钛纳米管的2. 5倍。通过BET、XRD、UV以及FT-IR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,石墨烯与二氧化钛纳米管成功复合,并且石墨烯的掺杂在一定程度上提高了催化剂的BET比表面积;催化剂对可见光的响应范围得到进一步扩大,这为催化剂光解水制氢性能的提高提供了有力的条件。     

NiMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用水热法制备了NiMn₂O₄/还原氧化石墨烯（NiMn₂O₄/rGO）复合电极材料,研究了石墨烯对NiMn₂O₄/rGO材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明：NiMn₂O₄纳米片沉积在石墨烯片的表面,聚集现象消失。与纯NiMn₂O₄相比,NiMn₂O₄/rGO具有高的比表面积和优良的电化学性能。在1A/g时具有1375F/g的比电容,而纯NiMn₂O₄的比电容为924F/g。5000次充放电后,NiMn₂O₄/rGO在5A/g时的比电容保留率为90%,而NiMn₂O₄的比电容保留率为78%。NiMn₂O₄/rGO表现出良好的电容性能,作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。     

Co/Ni共掺杂g-C3N4以提高其可见光下光解水产氢性能

以三聚氰胺、氯化铁、氯化钴为原料，利用热缩聚合成法制备不同比例的Co/Ni共掺杂的g-C₃N₄光催化剂，并在可见光条件下测量其光解水产氢性能。结果表明，5%Co/Ni-g-C₃N₄催化剂催化效率最高，产氢量为20.33μmol/h,是单相g-C₃N₄的4.9倍。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、瞬态光电流分析(I-t)等方法对不同样品进行表征。结果发现，Co/Ni共掺杂并未改变g-C₃N₄半导体的骨架结构，但极大地增加了催化剂表面光生电子-空穴的分离效率，致使光催化产氢效率大幅增加。     

MnWO4/WO3的制备及其光催化性能的研究

光催化技术在解决环境污染和能源危机方面有着巨大的应用潜力,采用浸渍、焙烧的方法制备了一系列MnWO₄含量不同的MnWO₄/WO₃复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、HR-TEM、BET等方法对MnWO₄/WO₃复合光催化剂的结构形貌进行表征。通过光催化分解水产氧以及降解四环素来评价其光催化活性。通过能带结构、表面光电压(SPV)、荧光(PL)和活性物种实验分析MnWO₄/WO₃复合光催化剂的光催化活性增强机制。实验结果表明,所有MnWO₄/WO₃样品的光催化活性较纯WO₃样品都有提高,且随着MnWO₄含量的增加呈现先增高后下降的趋势,MnWO₄含量为3%的MnW-2样品表现出最优的光催化活性,其氧气产量为89.26 μmol,为WO₃纯样的3.45倍,对四环素的降解率达到了92.1%,一级反应动力学常数为WO₃纯样的8.98倍。通过对其能带结构及光生电子和空穴的分离效率进行分析发现,样品的光催化活性变化主要是由于光生载流子分离效率改变导致。     

铁酸铋/石墨烯纳米复合材料的制备及其对高氯酸铵热分解的催化作用

为了提高纳米复合金属氧化物对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用,以Bi(NO₃)₃·5H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O和GO为前驱体,采用水热法制备了铁酸铋/石墨烯(BiFeO₃/rGO)纳米复合材料;利用XRD、FT-IR、XPS、TGA、SEM和TEM等对所制备样品的结构、粒径及形貌进行了表征;采用差热分析研究了不同添加量的BiFeO₃/rGO纳米复合材料对AP热分解过程的影响,分析了BiFeO₃/rGO对AP热分解的催化机理及其对AP热分解动力学的影响。结果表明,rGO的引入有效阻止了纳米BiFeO₃颗粒的团聚,大大增加了比表面积;当BiFeO₃/rGO纳米复合材料的质量分数为4%时,AP的高温分解峰降低最多,达167℃,表观分解热增加了1631J/g,达2518J/g,表观活化能从172.07kJ/mol降低至128.35kJ/mol,表明所制备的BiFeO₃/rGO纳米复合材料能有效催化AP的热分解。     

新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能

高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100 mg·L^-1的rGO中添加uCN为20 mg·L^-1时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na₂SO₄截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m^-2·h^-1·MPa^-1)。     

FeWO4/WO3复合物的溶胶-凝胶合成及降解纺织染料废水研究

采用溶胶-凝胶法以尿素作为燃料一步合成具有高光催化活性的特殊异质结结构的钨酸铁/三氧化钨（FeWO₄/WO₃）复合光催化剂。X射线粉末衍射和傅里叶红外光谱分析表明,FeWO₄/WO₃复合光催化剂不含其他任何杂质,仅出现了FeWO₄和WO₃两相的衍射峰。FeWO₄/WO₃复合光催化剂由FeWO₄的菱形大颗粒和球形的WO₃小颗粒组成,二者以（111）（020）晶面耦合形成异质结。与WO₃相比,FeWO₄/WO₃复合光催化剂的光谱响应范围被拓展,且具有更高的光吸收系数,可响应可见光。对不同染料浓度、催化剂含量、pH和染料种类对FeWO₄/WO₃复合光催化剂的光催化活性影响的实验研究表明,染料浓度、催化剂含量和pH分别为50 mg/L、1.5 g/L和7时,FeWO₄/WO₃复合光催化剂在降解分散橙纺织染料时降解率达到97%。FeWO₄/WO₃复合光催化剂在降解分散黑、分散蓝、分散黄和分散橙时具有选择性。通过光催化机理分析发现,FeWO₄/WO₃复合光催化剂形成的特殊异质结结构可加速体系电荷载流子的转移和分离,进而使得FeWO₄/WO₃复合光催化剂的光催化活性得到提高。     

WO3/BiOCl0.7I0.3光催化剂的制备及其光催化降解机理

通过简单的煅烧法和原位沉淀法制备了WO₃/BiOCl_0.7I_0.3复合光催化材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等表征手段对合成材料的微观形貌、化学组成等进行表征。并通过可见光催化降解20mg/L盐酸四环素来评价材料的光催化性能,结果显示,WO₃/BiOCl_0.7I_0.3复合材料较单一的BiOCl_0.7I_0.3和WO₃具有更优的光催化性能,其中W与Bi摩尔比为1∶15时,复合材料具有最高的光降解率,可见光下60min达到最高值93.84%,且四次循环试验后仍具有较好的光催化活性。对自由基捕获试验结果及电子自旋共振光谱进行分析,明确了h⁺和·O₂^-为光催化主要活性物质,提出WO₃/BiOCl_0.7I<...     

CdS nanoparticles decorated hexagonal Fe2O3 nanosheets with a Z-scheme photogenerated electron transfer path for improved visible-light photocatalytic hydrogen production

Photocatalytic water splitting for hydrogen production (H₂) is one of the main potential applications of photocatalytic technology, which can use solar energy as the energy required for chemical reactions to alleviate the energy crisis. In this work, zero-dimensional/two-dimensional (0D/2D) contact surface CdS/α-Fe₂O₃ (CF) heterojunction photocatalyst was synthesized via a simple solvothermal method. Photocatalytic hydrogen production experiments revealed that the CF-15 sample shows the optimal photocatalytic H₂ rate (1806 (μmol·h^-1·g^-1)) and apparent quantum efficiency (AQE = 13.7% at λ = 420 nm). The enhancement of photocatalytic performance is mainly attributed to the contact of 0D/2D interface and the synergistic effect of Z-scheme electron transfer mechanism. This work provides an effective way for modified composite semiconductor photocatalyst by constructing special interface heterojunction to achieve highly efficiently catalysis.     

Hydrogen evolution by water splitting using novel composite zeolite-based photocatalyst

Novel zeolite-based material showing photocatalytic properties in the visible light have been synthesized by incorporating TiO₂, heteropolyacid (HPA) and transition metal, namely cobalt. This material shows high efficiency for water splitting under visible light irradiation. Hydrogen generation to the tune of 2171 μmol/h/g of TiO₂ has been achieved for the composite photocatalyst synthesized as compared to H₂ evolution rate to the tune of 131.6 μmol/h/g of TiO₂ for Degussa P25. This suggests that the TiO₂ which gets effectively dispersed and stabilized on the surface of zeolite works synergistically with cobalt and heteropolyacid to make the material active in visible light for evolution of hydrogen from water. TiO₂ is the photocatalyst, HPA functions as the dye sensitiser as well as redox system; zeolite functions as support matrix and as electron acceptor in synergy with cobalt. The probable mechanism for improved hydrogen evolution rate using such composite photocatalyst has been discussed.     

pn型Cu2O-WO3的制备及光催化性能

采用高温水热法和共沉淀法制备了不同摩尔比的pn型Cu₂O-WO₃复合半导体材料。并利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对样品的形貌特征和晶格结构进行表征。表征结果显示，复合材料由立方相的Cu₂O和六方相的WO₃组成。与纯WO₃物质相比，Cu₂O-WO₃复合半导体材料的紫外吸收边界发生显著红移，在可见光波长范围内的光吸收明显增强，展示出优良的光电流响应性能。以罗丹明B（RhB）溶液的光降解表征材料的光催化性能的过程中，在可见光下光照8h后，相较于WO₃和Cu₂O仅为22.2%和45.2%的光降解率，摩尔比为1∶2的Cu₂O-WO₃复合物的降解效率达到了90.6%。     

Design and synthesis of ZnCo2O4/CdS for substantially improved photocatalytic hydrogen production

In this study, the hydrogen evolution performance of CdS nanorods is improved using ZnCo₂O₄. ZnCo₂O₄ nanospheres are synthesized using the hydrothermal and calcination methods, and CdS nanorods are synthesized using the solvothermal method. From the perspective of morphology, numerous CdS nanorods are anchored on the ZnCo₂O₄ microspheres. According to the experimental results of photocatalytic hydrogen evolution, the final hydrogen evolution capacity of 7417.5 μmol∙g^–1∙h^–1 is slightly more than two times that of the single CdS, which proves the feasibility of our study. Through various characterization methods, it is proved that the composite sample has suitable optoelectronic properties. In addition, ZnCo₂O₄ itself exhibits good conductivity and low impedance, which shortens the charge-transfer path. Overall, the introduction of ZnCo₂O₄ expands the adsorption range of light and improves the performance of photocatalytic hydrogen evolution. This design can provide reference for developing high-efficiency photocatalysts.     

Hydroisomerization of n-heptane and dehydration of 2-propanol on bulk and supported WO2(Hx)ac on TiO2

Characterization by XPS–UPS and XRD of commercial bulk WO₂ enabled us to identify the presence of four to five layers of WO₃ on the sample surface with an equal amount of W⁵⁺, possibly W₂₀O₅₈ in the interface. The presence of these WO₃ and W₂₀O₅₈ on the WO₂ surface were not detected by XRD. Exposure of commercial bulk WO₂ to hydrogen at temperatures higher than 673 K results in the reduction of surface WO₃ to WO₂ and the formation of the bifunctional WO₂(H_x)_ac phase on its surface. A complete conversion of surface WO₃ to WO₂(H_x)_ac has been obtained following the exposure of the sample to hydrogen for at least 6 h at 773 K. A conversion of 52% of n-heptane at 573 K reaction temperature and a selectivity of 90% in isomerization products, mainly 2,3-MH and multibranched molecules were obtained. The isomerization products distribution is in agreement with the statistical and thermodynamic equilibrium of the methyl-shift mechanism. The stability of the active WO₂(H_x)_ac phase has been tested under prolonged exposure to hydrogen and the reaction mixture. Similar results were obtained in the case of bulk WO₃ and WO₃/TiO₂ systems. Dehydration and dehydrogenation of 2-propanol were studied on these systems at 393 K reaction temperature.