纳米ZnO可见光催化活性的改善及其降解性能

由于半导体ZnO禁带宽度较宽,因而其可见光催化活性较差。本文分别采用N掺杂、碳包覆、贵金属修饰以及半导体复合等方式来改善纳米ZnO的可见光催化活性,并以罗丹明B为降解污染物,对比了不同材料可见光催化降解有机污染物的效率。研究结果显示以氨水为氮源,通过水热法制备的氮掺杂N-ZnO光催化剂,相比于纯ZnO,对可见光吸收增强。采用葡萄糖水热碳化法所制备的C@N-ZnO样品则对有机污染物具有强的吸附能力,贵金属沉积所获得的样品Au/C@N-ZnO与半导体复合所制备的复合结构CdS/Au/C@N-ZnO在可见光区域具有更强的吸收能力。稳态和瞬态荧光光谱显示氧缺陷、贵金属沉积以及半导体复合形成异质结可有效提高光生载流子的分离效率,从而提高催化剂的光降解效率,并对催化机理进行了初步探讨。可见光催化降解罗丹明B结果显示CdS/Au/C@N-ZnO样品的反应速率是纯ZnO的6.7倍。     

树枝状PVDF纳米纤维膜负载TiO2吸附-光催化降解染料废水

通过添加有机支化盐四丁基氯化铵水合物，采用静电纺丝技术制备了以树枝状聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜为载体的二氧化钛(TiO₂)光催化剂，对其表面形貌及结构进行了表征分析，并以罗丹明B为目标污染物，考察了其对染料废水的吸附和光催化降解性能。结果表明，树枝状PVDF纳米纤维膜由直径为310 nm的主干纤维和直径为5～100 nm的分支纤维构成，TiO₂能够均匀分布于主干和分支纤维表面。与常规PVDF纳米纤维膜负载TiO₂光催化剂相比，这种树枝状纳米纤维膜显示出更高的亲水性和比表面积，使其在室温下对水中罗丹明B的平衡吸附量提升了5.4倍；同时该材料也显示出更优异的光催化性能，在紫外光和可见光下对染料的降解速率常数分别提升了1.0倍、2.3倍。     

高暴露(001)面BiOBr/Ti3C2复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过水解法合成具有高暴露(001)面的BiOBr/Ti₃C₂复合光催化剂, 利用不同手段对样品进行表征。以罗丹明B为目标污染物, 评价了不同样品的可见光催化性能。结果表明, 层状Ti₃C₂添加量为20.0wt%时, BiOBr/Ti₃C₂复合光催化剂在60 min内对罗丹明B的降解效率为97.1%, 比BiOBr的降解效率提高了34.7%。引入层状Ti₃C₂使得BiOBr与Ti₃C₂界面形成肖特基结能垒, 产生有效的电子陷阱抑制了光生电子-空穴对的复合, 从而大大提高了BiOBr的可见光催化活性。BiOBr/Ti₃C₂复合光催化剂经5次循环实验后, 降解效率仍保持在91.0%, 表明其具有良好的稳定性。活性物种捕获实验表明, 超氧自由基为罗丹明B可见光催化降解中的主要活性物种, 并据此提出了可能的光催化机理。     

海藻基CDs-Cu-TiO2复合材料的制备及其光催化性能

光催化降解技术能够高效去除废水中的有机污染物, 具有广阔的应用前景。本研究以海藻为碳源, 采用微波水热法制备海藻基碳量子点(CDs), 并进一步合成CDs-Cu-TiO₂复合材料作为可见光催化剂用于污染物降解。结果表明, 复合材料中CDs、Cu²⁺与TiO₂紧密结合在一起, 可见光区吸收明显增强, 荧光发射效率降低。CDs与Cu²⁺的引入产生协同效应, 使复合材料的禁带宽度降低到2.35 eV, 并有效抑制了电子-空穴的复合。以罗丹明B为污染物模型的光催化性能实验显示, 海藻基CDs-Cu-TiO₂复合材料在可见光照射下降解RhB的一级反应速率常数能够达到纯TiO₂纳米颗粒的6.4倍, 150 min降解率接近100%, 是TiO₂纳米颗粒的2倍。     

MoS2/Sb2S3复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过一步水热法制备出MoS₂/Sb₂S₃可见光复合催化剂,采用XRD、SEM、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）和XPS表征手段对MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B（RhB）作为目标污染物进行降解实验。与纯Sb₂S₃和MoS₂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂对RhB的光催化降解具有更高的效率,表现出优异的吸附性能和光催化性能。同时在相同的实验条件下,与TiO₂、Bi₂S₃、C₃N₄、Sb₂S₃等催化剂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂表现出更为优异的光催化性能。此外,探究了MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂光催化降解机制,阐述了光催化反应机制,提供了一种适用于降解较高浓度有机废水的光催化剂制备方法,具有一定的应用价值。      

膨润土负载红磷复合材料的吸附富集-定位光降解性能

为了提高红磷催化剂的光催化性能, 选择剥离膨润土(EB)为载体, 将水热处理后的红磷(HRP)负载在EB上, 制得EB/HRP复合光催化剂, 并通过不同手段对催化剂进行表征。选择罗丹明B为模型污染物, 考察了EB/HRP复合光催化剂的光降解性能。结果表明, 随着EB含量的增加, EB/HRP复合光催化剂的光降解效率呈现先增加后减小的趋势, 当EB的质量分数为9%时, 复合光催化剂(EB₉/HRP)表现出最强的吸附性能和光降解性能, 其降解速率常数k值为0.0641 min^-1, 是HRP的2倍。另外, 经过五次循环光降解实验, EB₉/HRP仍具有较高的光催化活性(96.8%)。因此, EB₉/HRP复合催化剂具有较好的光催化活性和稳定性, 有望成为一种降解污染物的高效而稳定的光催化剂。     

V-N-TiO2/凹凸棒土和V-N-TiO2/玻璃珠复合材料的吸附及光催化性能

采用自主研制的V-N-TiO₂光催化剂、V-N-TiO₂/凹凸棒土、V-N-TiO₂/玻璃珠光催化复合材料,选用腐殖酸、亚甲基蓝、二甲基甲酰胺为目标降解物,对复合材料的吸附特点和光催化性能进行了研究。研究表明,除对二甲基甲酰胺,V-N-TiO₂光催化剂、V-N-TiO₂/凹凸棒土、V-N-TiO₂/玻璃珠光催化复合材料、凹凸棒土、玻璃珠负载材料对腐殖酸、亚甲基蓝的吸附符合Langmuir等温模型,V-N-TiO₂/凹凸棒土、V-N-TiO₂/玻璃珠光催化复合材料的负载形式对其吸附性能影响最大。V-N-TiO₂光催化剂、V-N-TiO₂/凹凸棒土、V-N-TiO₂/玻璃珠光催化复合材料对腐殖酸、亚甲基蓝的光催化反应均符合一级动力学方程。V-N-TiO₂/凹凸棒土、V-N-TiO₂/玻璃珠光催化复合材料的光催化性能与吸附平衡常数K_a、光催化表面反应的速率常数K_r有关。当光催化复合材料对不同目标降解物的吸附平衡常数差别较大时,吸附平衡常数越大,反应速率常数越大,光催化反应进行得越快;当光催化复合材料对不同目标降解物的吸附平衡常数差别不大时,光催化表面反应的速率常数越大,反应速率常数则越大,光催化反应进行得越快。      

基于聚乙烯醇的共轭聚合物/二氧化钛复合光催化剂的结构及光催化性能EI北大核心CSCD

通过聚乙烯醇(PVA)在酸性条件下的热消除反应制备了具有共轭结构的聚合物(C-PVA),进一步有机/无机杂化制备出C-PVA/TiO2复合光催化剂。紫外-可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱和热失重结果表明,C-PVA含有共轭双键和羰基;X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱分析结果表明,C-PVA/TiO2复合光催化剂表面由具有一定共轭结构的聚合物和TiO2组成,且该催化剂对光的吸收由紫外光区扩展到可见光区;光催化实验结果表明,C-PVA/TiO2复合光催化剂对模型污染物罗丹明B有较强的吸附(2.5 h达吸附平衡,吸附率为20%),在可见光下对罗丹明B的降解具有良好的催化效果(5 h降解率可达99%)。     

甘氨酸辅助合成BiOI及其模拟太阳光光催化性能研究

以甘氨酸分子作为模板, 硝酸铋作为铋源, 采用水热合成的方法一步制备了尺寸均一的具有片层花状微球形貌的四方晶相BiOI光催化材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis/DRS)、N₂吸附-脱附等手段考察了五水硝酸铋与甘氨酸的摩尔比、水热反应时间对BiOI材料形貌、晶相结构及光学吸收等物理化学性质的影响。进一步以罗丹明B和水杨酸为目标污染物对其模拟太阳光光催化性能进行了评价。实验结果显示, 当五水硝酸铋与甘氨酸的摩尔比为1: 2, 水热时间为12 h所合成的BiOI光催化降解活性最高。经40 min模拟太阳光照射后, 罗丹明B和水杨酸的反应速率常数分别达到0.0232和0.0223 min^-1, 与未添加甘氨酸同等条件下合成的BiOI的反应速率常数(0.0111和0.0143 min^-1)相比, 有显著提升。光催化活性提高的主要原因是甘氨酸辅助合成的BiOI材料具有更为规则的形貌和更大的比表面积。     

g-C3N4/Bi12O17Cl2复合物的制备及其光催化性能

以硝酸铋、氯化钠和氢氧化钠为原料用液相沉淀法制备g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段表征其组成、微观形貌和性能,以罗丹明B为模拟污染物研究了在可见光照射下g-C₃N₄对g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂活性的影响及其光催化机理。结果表明,2% (质量分数) g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂的光催化性能最好,见光90 min后对罗丹明B的降解率达到98%。     

银掺杂三氧化钨复合上转换材料的制备与表征

WO₃本身在紫外光下具有很强的光催化性能,在可见光下能力较弱。为了改善其光催化性能,通过热解法和水热法分别制备出WO₃颗粒和WO₃纳米管基体,采用水热还原法制备出不同质量比的WO₃与Ag复合的光催化剂。以罗丹明B为目标降解物,对其光催化性能进行了测试。结果表明:热解法制备的WO₃与Ag的复合并未改善其光催化性能,水热法制备的WO₃纳米管在与银复合后一定程度上提高了WO₃的光催化效果。为了进一步提高其催化效率,把Ag/WO₃与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er进行了复合,并对其进行了光催化实验。实验证明Ag/WO₃与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er质量比为0.25时,在暗反应过程中罗丹明B浓度有明显的下降。通过实验表明与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er的复合使其具有了良好的吸附性能,在对处理环境污染起到了一定作用。     

叶绿素分子印迹二氧化钛的制备及降解效率研究

针对目前光催化降解蓝藻效率较低、环境制约因素较多的现状,本研究采用表面分子印迹技术,通过液相沉积法制备了分子印迹型TiO₂光催化剂(MIP-TiO₂)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)等对制备的样品及其光催化降解效率进行了表征。研究结果表明:与非印迹型TiO₂光催化剂(NIP-TiO₂)相比,MIP-TiO₂具有更高的叶绿素吸附能力,因此能够快速提高蓝藻溶液的透光性,增强光催化剂降解蓝藻的效率。     

Co-BiVO4光催化剂的制备及其用于光催化氧化噻吩

采用水热法制备了掺杂型可见光催化剂Co-BiVO4,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射(DRS)和低温氮吸附等表征手段对其结构性质进行了表征.结果显示,Co的掺杂没有改变BiVO4的晶相,在pH=7时制备的Co-BiVO4是单斜晶系白钨矿,晶型较完整.同时Co的掺杂延伸了BiVO4的可见光吸收范围,吸收边带明显红移,能隙禁带宽窄于纯BiVO4.低温氮吸附表明Co-BiVO4催化剂(pH=7)的孔半径主要分布在2.67 nm附近.在空气–有机溶剂体系中,研究了Co-BiVO4氧化脱除FCC汽油中特征硫化物噻吩的效果.实验结果表明,催化剂加入量为1.0 mg/L,空气通气量为150 mL/min,氙灯光照3.0 h,Co-BiVO4(pH=7.0)对模拟汽油的脱硫率可达到86%.     

增强可见光吸收和电荷分离的碳量子点/BiPO4纳米复合材料

通过水热法一步合成了具有增强可见光吸收和电荷分离的碳量子点/BiPO₄纳米复合光催化材料。通过降解罗丹明B染料表征了碳量子点/BiPO₄纳米复合材料的光催化性能。结果表明：在模拟太阳光或可见光的照射下,碳量子点/BiPO₄复合材料的光催化性能均优于单纯的BiPO₄。碳量子点/BiPO₄复合材料光催化性能的提升可归因于碳量子点对可见光的吸收增加了太阳光的利用率,以及碳量子点的电子转移和储存性质提高了材料的电荷分离效率。     

3D多级孔rGO/TiO2复合材料的构筑及其光催化性能研究

研究以聚苯乙烯(PS)微球为模板、氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法, 利用GO与PS上的官能团和TiO₂前驱体的多重配位反应, 制备了3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料。通过不同手段对样品的结构和形貌进行表征, 研究了PS添加量对rGO/TiO₂复合材料晶体结构、微观形貌及光催化性能的影响。分别在模拟紫外光和可见光下, 以盐酸四环素(TTCH)为目标污染物对不同PS加入量制备的3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料的光催化性能进行评价, 并在模拟可见光下, 对3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料进行了多次循环回收测试。结果表明: rGO/TiO₂(PS)复合材料具有3D多级孔块体结构, GO作为基体的增强相通过Ti-O-C键保持多级孔刚性骨架结构的稳定。引入PS增大了rGO/TiO₂(PS)复合材料的比表面积, 3D多级孔rGO/TiO₂(7wt% PS)复合材料对TTCH吸附效率最高, 而3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料光催化活性和稳定性最高, 且经过4次循环回收测试, 其光催化效率仍达81.02%; 模板剂PS的最佳引入量为5wt%。     

TiO2负载硅铝陶瓷介孔球对甲基橙吸附和光催化 降解的研究

：以自制硅铝陶瓷介孔球为基体,经溶胶凝胶法制备TiO2溶胶并将其负载于硅铝陶瓷介孔球表面,用于甲基橙溶液的吸附和光催化降解,再利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和可见分光光度计对样品的表观形貌、晶体结构、吸附和光催化性能等进行表征和测定。研究结果表明：TiO2是以粗糙度较高的多层膜包覆于硅铝陶瓷介孔球表面且TiO2为锐钛矿晶型;在黑暗条件下,硅铝陶瓷介孔球和TiO2负载硅铝陶瓷介孔球对甲基橙仅起到吸附作用,且两者的吸附性能较接近;但在紫外光照条件下,TiO2负载硅铝陶瓷介孔球对甲基橙除有吸附作用外还表现出较好的光催化降解活性。     

Synthesis and characterization of visible light driven mesoporous nano-photocatalyst MoO3/TiO2

A novel mesoporous-structured photocatalyst MoO3/TiO2 was synthesized through a modified sol-gel method by using P123 as the template, and the resulting nano-photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption measurements, transmission electron microscope (TEM), UV-vis spectroscopy, XPS and Raman techniques. Low-angle XRD and TEM images show the lack of long-range order in the as-prepared MoO3/TiO2, but the Mo species are homogenously dispersed on the anatase matrix. According to the results of N2 ads-desorption, the calcined products possess the high surface area and the pore size distribution centered between 4-7 nm. The calcined meso-MoO3/TiO2 materials exhibit the high photocatalytic activity for the degradation of MB (methylene blue) under visible light radiation.     

Ag/AgCl-GO: A composite for degradation of Rhodamine B in dye wastewater

Ag/AgCl-GO composite was fabricated by deposition–precipitation method and photoplasmic reduction method at room temperature. The resulting products were characterized by XRD, XPS, SEM, TEM, Zeta potential and UV–Vis DRS. The results indicated that the samples were composed of Ag, AgCl and graphene oxide (GO). During the photoreduction, the crystallinity of Ag⁰ particles gradually increased with prolonging the time of UV irradiation, then remained stable after 90 min. The addition of GO had little effect on the crystal structure of Ag/AgCl, however, this reduced the particle size and enhances the dispersibility of the composite. After 100 min of visible light irradiation, the degradation efficiency of rhodamine B (RhB) reached 98.43%. Therefore, the Ag/AgCl-GO photocatalyst exhibited significant photocatalytic activity during the degradation of RhB under visible light.     

Photodegradation pathway of rhodamine B with novel Au nanorods @ ZnO microspheres driven by visible light irradiation

A series of Au–ZnO photocatalysts were successfully synthesized from ZnO microspheres impregnated with Au nanorods by the seed-mediated method, and their photocatalytic activity of degradation of rhodamine B (RhB) was investigated. The nanocomposite catalyst exhibited high photocatalytic activity and degraded 92% of RhB solution under visible light irradiation in 330 min. The enhancement of photocatalytic effects was mainly ascribed to the surface plasmon resonance effect of Au nanorods; therefore, Au–ZnO spheres can absorb resonant photons and transfer the electron to the conduction band (CB) of ZnO leading to the separation of electrons and holes under visible light. Meanwhile, the photocatalytic performance was beneficial from the flower-like porous structure of ZnO, which enhances adsorption of the dye molecules and dissolved oxygen on the catalyst surface and facilitates the electron/hole transfer. Furthermore, the degradation pathway was proposed on the basis of the intermediates during the photodegradation process using liquid chromatography analysis coupled with mass spectroscopy (LC–MS). The degradation mechanism of pollutant is ascribed to the superoxide radicals (^·O^2?), which is the main oxidative species for the N-deethylated degradation of RhB. Moreover, the Au–ZnO photocatalysts demonstrated excellent photostability after five cycles. This work provides a facile and effective approach for removal of organic dyes under visible light and thus can be potentially used in the environmental purification.