p-n异质结TiO_2/NiO光催化剂的制备及其性能研究

采用溶胶凝胶和浸渍煅烧相结合的方法,制备出了具有p-n异质结结构的球形二氧化钛表面负载氧化镍颗粒的复合光催化剂.利用XRD、TEM、UV-Vis和PL等方法对催化剂的晶相组成、微观结构、吸光性能和光致发光性能等进行了表征.结果表明氧化镍晶粒与二氧化钛晶粒紧密接触形成p-n异质结.氧化镍颗粒的负载使复合光催化剂的吸收带边发生了明显的红移,并进入了可见光区.形成的p-n异质结促进了二氧化钛光生电子和空穴的分离,从而降低了其本征发光光强度.通过在可见光条件下对亚甲基蓝的降解研究了其光催化性能,结果表明,氧化镍颗粒的负载使二氧化钛的光催化效果在可见光区有了显著地提高,并在一定范围内随着氧化镍含量的增加光催化效果也随之提高.     

不同g-C_3N_4/WO_3异质结材料的制备及其光催化性能研究

分别采用超声分散法、水热法和焙烧法制备了g-C_3N_4/WO_3异质结催化剂,采用XRD、UV-Vis、氮气吸附、XPS、荧光光谱、EIS(阻抗谱)等多种手段对制备的催化剂进行表征。结果表明,制备方法对异质结组分间的结合强弱有显著影响,导致电子空穴分离效率迥异。模拟可见光下降解罗丹明B(RhB)和分解水制氢气作为探针反应来考察产品光催化性能,可得出三种异质结产品催化性能全部优于单个组分,而且水热法制备的产品催化性能最佳。     

碳掺杂二氧化钛的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱物,葡萄糖为碳源,采用一种简单的湿法工艺制备碳掺杂二氧化钛光催化剂,并考察碳掺入量及焙烧温度对催化剂性能的影响.利用XRD、FE-SEM、TEM、BET、XPS、UV-vis漫反射光谱等手段对样品进行表征测试,通过可见光（〉420nm）光催化降解甲基橙溶液来评价样品活性.结果表明：二氧化钛掺碳后,锐钛矿特征峰显著减弱,但其吸收波长拓展到可见光区;高于275℃时,样品的结晶性随焙烧温度的升高逐渐增强;光催化结果表明,以250℃、葡萄糖含量为17%的条件下制备的样品表现出更好的光催化性能,8h对甲基橙溶液的降解率达到了86.3%,约为商用P25的5倍.表征结果表明此样品基本粒子粒径在5nm左右,比表面积高达380m2/g.     

硫化铋/钨酸铋复合催化剂的制备及其光催化固氮性能

利用两步溶剂热法制备了硫化铋/钨酸铋(Bi2S3/Bi2WO6)异质结光催化剂,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪和光电化学测试等对样品进行了系统表征分析.在模拟太阳光照射下对Bi2S3/Bi2WO6复合材料进行了光催化固氮性能研究.结果表明,Bi2S3与Bi2WO6质量比为5％ 的Bi2S3/Bi2WO6光催化固氮性能最好,固氮速率为127.67μmol/(g·h).Bi2S3与Bi2WO6复合构成的异质结构有利于吸收拓宽光谱、促进光生载流子生成以及有效抑制电子空穴对复合,从而提高Bi2S3/Bi2WO6异质结光催化的固氮性能.     

薄层g-C_3N_4/β-SnWO_4异质结光催化剂的制备及性能

以β-SnWO_4和薄层g-C_3N_4为原料,通过静电力作用制备了具有异质结结构的薄层g-C_3N_4/β-SnWO_4光催化剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见漫反射、荧光光谱仪等对薄层g-C_3N_4/β-SnWO_4光催化剂进行表征。通过在可见光下降解罗丹明B(RhB)来评价样品的光催化性能。结果表明,β-SnWO_4被嵌入薄层g-C_3N_4,且薄层g-C_3N_4质量分数为80%时,薄层g-C_3N_4/β-SnWO_4光催化剂的光催化性能最好,16min后RhB降解率可达96%。     

CdS异相结的固相法制备及其光催化性能

以醋酸镉和硫代乙酰胺为原料,首次通过固相法成功制备了立方/六方硫化镉(c/h⁃CdS)异相结催化剂。利用XRD、SEM和SPV等测试手段对合成的催化剂进行表征。以可见光为光源,评价了该催化剂光催化降解罗丹明B(RhB)的活性,考察了焙烧温度对CdS光催化性能的影响,探讨了降解过程机理。结果表明,随着焙烧温度的增加,CdS逐渐发生立方相硫化镉(c⁃CdS)向六方相硫化镉(h⁃CdS)的转变,相变过程中形成的c/h⁃CdS异相结比纯c⁃CdS和h⁃CdS具有更高的光催化活性,而且适当的六方相含量更有利于提高异相结样品的光催化性能。表面光电压的结果表明,异相结的形成可以显著提高光生电子⁃空穴的分离效率,从而促进了c/h⁃CdS异相结的光催化性能。牺牲剂实验结果表明,在CdS光催化反应中的活性物种为·O2-。     

微波辅助合成BiOBr/CeO_2及其光催化性能

采用微波辅助合成法得到了新型异质结构催化剂BiOBr/CeO2;采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)和荧光光谱(PL)等手段对所制备的催化剂进行了表征.在可见光下,对有机物染料罗丹明B(RhB)的光催化降解实验表明,BiOBr/CeO2比纯BiOBr和CeO2的光催化性能有明显的提高;提出复合催化剂活性的提高是因为BiOBr和CeO2之间形成了独特的异质结构,有效地提高了光生电子与空穴的分离效率.     

介孔二氧化钛的制备及其光催化性能

以异丙醇钛为前躯体,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,采用溶胶一凝胶法合成介孔二氧化钛．通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面积测定仪对样品进行表征．以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象,研究二氧化钛用量及不同模板剂对光催化性能的影响．实验结果表明：当催化剂用量在0．50g／L时,反应4h后亚甲基蓝的降解率可达到99．1％;在3种模板剂中,以十六烷三甲基溴化铵为模板剂合成的介孔二氧化钛光催化效果最好     

Bi2MoO6/ZnO复合材料的制备及光催化性能

采用两步水热法合成由纳米片组装而成的三维Bi₂MoO₆/ZnO微花，通过调控复合物中Bi₂MoO₆，制备一系列不同摩尔比的Bi₂MoO₆/ZnO微花.研究表明，Bi₂MoO₆/ZnO-10%复合材料在可见光照射20 min后，对罗丹明B(RhB)溶液的光催化降解率达到79.61%，相较于纯ZnO和Bi₂MoO₆，复合材料具有更好的光催化性能.通过紫外可见光谱(UV-Vis)和室温荧光光谱(PL)分析推测，由于复合材料的光吸收范围提高和异质结的形成抑制了光生载流子的复合，进而提升了Bi₂MoO₆/ZnO微花光催化性能.     

三维立体石墨烯/多孔黑色TiO2复合材料的制备及其光催化性能

采用水热还原法制备黑色多孔TiO_2(PBT)。以PBT和氧化石墨烯为原料,经一步水热合成三维立体石墨烯(RGO)/PBT。通过XRD、SEM、TEM、BET以及DRS等对复合材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征,研究了该复合材料在可见光下对罗丹明B(RhB)的光催化降解活性。结果表明,Ti~(3+)的存在大大提高了可见光的吸收;所制备的RGO/PBT复合材料的可见光催化活性均高于PBT;当RGO掺杂量为1%时制备的催化剂具有最高的光催化性能。     

CuS nanotube/g-C3N4异质结的合成及光催化性能

以CuCl₂·2H₂O、SC（NH₂）₂和g-C₃N₄纳米片作为前驱体,在室温下采用简单的共沉淀法成功地制备了CuS nanotube/g-C₃N₄异质结。对碱源、g-C₃N₄加入顺序和反应时间等合成条件对CuS nanotube/g-C₃N₄异质结的光催化性能的影响进行了较系统的研究。结果表明:碱源是合成的关键因素。以Na₂S·9H₂O为碱源兼硫源,制备的CuS nanotube/g-C₃N₄异质结的光吸收边带明显红移,禁带宽度（E_g）和荧光强度明显降低,且光电流响应值为0.095 6 μA/cm²,相对于bulk g-C₃N₄提高了约3.1倍。将其用于光催化降解罗丹明B（RhB）,45 min内RhB降解率约达100%,其降解速率相对于bulk g-C₃N₄提高了约47.6倍,这些结果说明CuS nanotube/g-C₃N₄具有较高的光电催化活性。并提出了CuS nanotube/g-C₃N₄异质结在光催化过程中载流子迁移转化的机理。     

Ag/g-C3N4异质结的制备及光催化性能的研究

以三聚氰胺为前驱体,制备g-C3 N4纳米鳞片.采用光沉积法制备不同银含量的高效可见光驱动Ag/g-C3 N4异质结光催化剂,并利用X-射线衍射仪(XRD),傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对催化剂的组成、结构和形貌进行表征.通过比较罗丹明B在可见光下的降解速率,表明异质结对光催化降解效率优于纯g-C3 N4,可见光照射120 min,罗丹明B的降解率达到95.7％;同时也详细分析了Ag/g-C3 N4异质结的光催化机理.     

火焰化学气相沉积法制备多晶纳米二氧化钛及其在气体净化中的应用

综述了作者近年来在火焰化学气相沉积(CVD)法制备多晶纳米二氧化钛及其在光催化气体净化中应用的研究成果。总结了以工业丙烷为燃料、空气为催化剂、四氯化钛为先驱物的火焰CVD法制备多晶纳米二氧化钛中热负荷对燃烧室内的温度分布和金红石含量的影响。以光致发光(PL)光谱为表征手段,研究了金红石含量对光激电子和空穴的分离作用。用管式光催化反应系统,研究了初始浓度和相对湿度对多晶纳米二氧化钛光催化降解挥发性有机物(VOC)气体和氨气的影响,及最佳光催化效率的金红石含量。针对多晶纳米二氧化钛在低相对湿度下光催化降解效率低的缺陷,用复合法对其性能进行了改进,研究了改进的光催化剂在低相对湿度和干燥空气中光催化降解苯的效率。对500 m3/h模块化的填料式光催化气体净化设备进行了净化效率和催化剂寿命实验,讨论了光催化饱和浓度对净化设备设计的影响。     

硫化锌量子点/类石墨相氮化碳异质结的制备及应用

采用溶剂热法合成了硫化锌量子点,并成功地与类石墨相氮化碳复合制备了硫化锌量子点/类石墨相氮化碳异质结光电催化剂.通过X射线衍射仪、电子能谱仪、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、紫外可见分光光度计等仪器分别对样品的结构、组成、形貌、光学性能、电学性能进行了表征分析.结果表明:质量比为1∶9硫化锌量子点/类石墨相氮化碳的光催化活性最高,对罗丹明B的降解速率为0.802 4 h-1;在2.5 h时降解率为86.7%,较纯的类石墨相氮化碳降解率提高了45%.同时探究了不同复合方法对复合材料光电催化活性的影响,结果显示,搅拌复合制备的样品光电催化活性明显高于研磨煅烧制备得到的样品.     

g-C3N4/SnS2复合型催化剂制备及其光催化性能

以石墨相氮化碳(g-C3N4)为研究对象,采用高温煅烧技术和溶剂热法构建了g-C3N4/SnS2异质结以提高其催化活性.通过XRD、DRS、SEM、瞬态荧光光谱等表征研究改性后复合样品的晶体结构、光学性质、形貌、载流子分离能力.将有机染料罗丹明B作为目标污染物,考察降解率来评价其光催化性能.与纯g-C3N4相比,g-C3N4/SnS2具有更广的可见光吸收范围,产生更多的光生载流子,有效抑制了电子与空穴的复合,因此其光催化性能明显优于纯g-C3N4.SnS2质量分数为1.5％ 的复合样品光催化性能最佳,40 min内降解率达到98％,并且具有良好稳定性.     

高稳定单晶二氧化钛的制备及其光催化机理

以商品P25型TiO_2作为钛源,通过2次高温水热法制得单晶锐钛矿型TiO_2。结合X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)表征可知,所得产物为单晶锐钛矿相TiO_2,呈现去掉顶端的八面体棱锥结构,表面暴露(101)和高能(001)晶面,粒径为50~100nm。当煅烧温度升至600℃时,样品的晶相组成、结晶度和晶粒尺寸与未煅烧样品相比均未发生明显变化,说明这是一种具有高温稳定性的单晶材料。活性艳红染料X3B的光催化降解实验被用来评价所得样品的光催化活性。氙灯光源为入射光源,不同煅烧温度处理的单晶二氧化钛对X3B均有不同程度的降解,且煅烧温度越高,降解速率越低,这是由于样品比表面积的减小使得对入射光子的吸收及染料的吸附减少所致。与商品P25型TiO_2相比,该单晶TiO_2光催化活性较低,说明表面暴露的高能(001)晶面并不利于光催化反应的进行。     

聚苯胺插层三氧化钼复合光催化剂的制备及性能

以苯胺柱撑的三氧化钼有机-无机杂化体为反应前躯体,在空气气氛下于120 ℃进行氧化聚合,制备了一种聚苯胺插层MoO₃ 复合材料。以罗丹明B(RhB)为目标降解物,以MoO₃ 复合材料为光催化剂,考察了其催化性能,并研究了光照时间、催化剂质量浓度和pH 与光催化降解效率的关系。结果表明,在pH 为1~4、催化剂的质量浓度为0.30~0.40g/L、光照时间2.0h的条件下,MoO₃/PANI复合材料对罗丹明B具有良好的光降解效果,降解率最高可达98.00%。     

PbS-TiO2异质结/电纺纤维复合材料的制备与可见光催化降解甲基橙

在水热条件下,将PbS-TiO2异质结负载于静电纺丝法制备含羧基的具有纳微米尺寸的电纺纤维上,制备PbS-TiO2异质结/电纺纤维复合光催化材料.通过SEM观察,PbS-TiO2异质结能够较为均匀地负载于电纺纤维之上,将复合材料进行UV-Vis测试,其光吸收范围扩展到可见光区.在可见光照射240min下,对甲基橙溶液降解的残留质量分数为2.59%,低于同等条件下PbS-TiO2异质结粉体,说明其具有很好的可见光催化降解效果.     

InGaAs/GaAs应变量子阱能带结构的计算

为了进一步优化半导体激光器的性能,讨论了影响激光器中许多参数的能带结构.以InGaAs/GaAs应变量子阱材料为例,利用有限差分法对考虑价带混合效应的6×6 Luttinger-Kohn哈密顿量精确求解,得到导带和价带的能带结构图.计算结果表明,应变改变了传统无应变量子阱激光器中轻的导带有效质量与非常重的价带有效质量之间的巨大不对称性,更有利于提高激光器的性能.     

Z型异质结WO_3/SnS_2复合材料的光催化性能

二硫化锡(SnS_2)的光生载流子复合严重,三氧化钨(WO_3)的可见光吸收能力较弱,易导致SnS_2与WO_3的光催化活性较低。以四氯化锡为锡源、硫脲为硫源、钨酸钠为钨源,通过两步水热法制备了异质结WO_3/SnS_2复合材料,并研究了SnS_2、WO_3和WO_3/SnS_2复合材料的结构组成、微观形貌、光学性能以及光催化活性。结果表明:WO_3/SnS_2复合材料不仅有着较高的比表面积,同时其光生载流子的分离及输运良好。降解亚甲基蓝测试以及还原重铬酸钾测试表明:WO_3/SnS_2复合材料为Z型异质结结构,其光催化性能相较于SnS_2与WO_3有显著提高。在模拟太阳光照射下,WO_3/SnS_2复合材料降解亚甲基蓝的速率约为SnS_2的3.4倍、WO_3的2.5倍;WO_3/SnS_2复合材料还原重铬酸钾的速率约为SnS_2的3.4倍、WO_3的35.0倍。该制备所得WO_3/SnS_2复合材料具有较强的光催化活性,有望广泛应用于废水处理领域。