α-Fe2O3-ZnO/煤矸石复合光催化剂的制备及其降解五氯酚性能的研究

以氯化铁(FeCl_3)、氯化锌(ZnCl_2)、煤矸石和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用沸腾回流法制得了一系列纳米三氧化二铁(α-Fe_2O_3)和氧化锌(ZnO)不同摩尔配合比的纳米三氧化二铁-氧化锌/煤矸石复合光催化剂(α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂),并对产物进行了表征。以五氯酚(PCP)为目标降解物,考察了模拟太阳光照条件下样品的光催化降解效果。结果表明,将球形α-Fe_2O_3-ZnO复合物负载于改性煤矸石表面可有效提高其光催化活性,且α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂的性能与α-Fe_2O_3和ZnO的摩尔配合比有关,在α-Fe_2O_3与ZnO的摩尔配合比为1∶5,光照4h条件下,α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂对PCP的降解率达到100%,具有最佳的光催化降解效果,此外还具有可重复使用的特点。     

MoS2/GO-g-C3N4-ZnO三元复合纳米材料的制备及可见光光催化性能研究

通过水热法制备出基于20%(质量分数)g-C_3N_4-ZnO的高效的三元复合材料0.2%(质量分数)MoS_2-g-C_3N_4-ZnO(MCZ)和15%(质量分数)GO-g-C_3N_4-ZnO(GCZ)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、光致荧光光谱(PL)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、瞬态光电流响应对样品进行表征,研究了MoS_2或GO的引入对ZnO晶体结构、形貌、成分和光催化活性的影响。结果表明,MCZ和GCZ均保持ZnO的六方纤锌矿结构,且g-C_3N_4为类石墨相。GO的引入可以抑制ZnO晶粒的生长,而MoS_2的引入可以促进ZnO晶粒的生长。GCZ复合材料中存在明显的电子转移现象,抑制20%(质量分数)g-C_3N_4-ZnO中光生电子空穴对的复合,提高其可见光催化性能。GCZ复合光催化剂的光催化活性明显优于20%(质量分数)g-C_3N_4-ZnO和MCZ。     

Bi_2O_3/ZnO复合材料的制备及太阳光处理孔雀石绿的应用研究

以竹纤维为模板,五水合硝酸铋[Bi(NO_3)_3·5H_2 O]和二水合醋酸锌[Zn(OAc)2·2H_2 O]为原料,采用浸渍-热转化法制备一系列Bi含量不同的氧化铋(Bi_2O_3)/氧化锌(ZnO)复合材料。通过热重分析、扫描电子显微镜、X射线衍射等方法对复合材料进行分析表征。以孔雀石绿染料为模拟污染物,在太阳光照射下进行光降解实验,探究了煅烧温度和Bi掺杂量对复合材料光催化活性的影响。研究结果表明:复合材料保持了竹纤维模板物的纤维形貌;煅烧温度和Bi掺杂量对Bi_2O_3/ZnO光催化性能影响显著。600℃煅烧2h制备的Bi掺杂量为2.5%(摩尔分数)的Bi_2O_3/ZnO催化剂对孔雀石绿降解效果最佳,太阳光照射240min后对100mL质量浓度为20mg/L的孔雀石绿降解率可达95.84%。催化剂重复利用4次后对孔雀石绿的催化降解率仍可保持在92%以上。     

纳米Ag包覆Bi_2O_3颗粒的制备及其可见光催化性能评价

本文采用两步合成工艺,通过化学共沉淀工艺制备β-Bi_2O_3纳米颗粒;经室温原位还原硝酸银,制备不同包覆量纳米Ag负载的Bi_2O_3(Ag/β-Bi_2O_3)光催化剂颗粒。对该光催化剂进行结构表征,并以甲基橙溶液模拟废水在可见光下评价其光催化性能。透射电子显微镜(TEM)测试表明纳米Ag均匀包覆于β-Bi_2O_3颗粒表面,其中β-Bi_2O_3聚集体的颗粒尺寸约30nm,而分散的纳米Ag晶体约为20nm。紫外可见光谱(UV-vis)谱图表明Ag/β-Bi_2O_3复合材料的带隙能比纯相Bi_2O_3要小,对可见光利用率相应增加,光催化性能随之增强。其中以2.0%(质量比)Ag包覆β-Bi_2O_3颗粒的光催化性能最佳。     

Al_2O_3掺杂ZnO微米花对丙酮超高灵敏度和优异选择性

利用水热合成技术,成功制备具有孔道的纯ZnO微米花和Al_2O_3掺杂的ZnO(Al_2O_3-ZnO)微米花。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)对样品的形貌和结构进行表征。利用所得的纯ZnO和Al_2O_3-ZnO样品制备气敏元件,并对其气敏特性进行研究。结果表明:在工作温度为260℃时,基于Al_2O_3-ZnO的气敏元件对100×10~(-6)的丙酮气体的灵敏度约为82.8,约为同条件下基于纯ZnO的气敏元件对丙酮气体灵敏度(18.0)的4.6倍,其响应时间和恢复时间分别为3s和8s,是同条件下干扰气体中灵敏度最高的乙醇气体的灵敏度(26.2)的3.16倍,该元件具有优异的选择性,能成功区分具有相似性质的丙酮和乙醇。此外,Al_2O_3-ZnO器件可检测到0.25×10-6的丙酮气体,其灵敏度约为3.1。     

Sr_6Bi_2O_9的制备及其可见光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和Sr(NO_3)_2为原料,采用溶胶-凝胶法合成了Sr_6Bi_2O_9光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis DRS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等对Sr_6Bi_2O_9催化剂的结构进行了表征。Sr_6Bi_2O_9样品的光催化性能是通过在可见光下(λ≥400nm)光催化降解直接耐酸大红(4BS)溶液来评估。实验结果表明,经过800℃焙烧处理的Sr_6Bi_2O_9光催化剂对模拟印染废水4BS显示出优异的降解性能,60min内对4BS的去除率高达98%。此外,研究了反应条件如有机物初始浓度、Sr_6Bi_2O_9投加量、溶液pH值对催化剂的光催化活性的影响。并进一步通过紫外-可见光谱分析结果验证了光催化剂对4BS的降解机理。     

铋系复合光催化剂的制备及其对双酚A光催化降解研究

将氧化铋(Bi_2O_3)与三聚氰胺或盐酸胍混合煅烧,通过原位晶相合成法制备了界面紧密接触的碳三氮四复合碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3)和碳三氮四复合氯氧化铋(g-C_3N_4/BiOCl)复合光催化剂。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪等分析手段对复合光催化剂的结构和性能进行了分析表征。结果表明:Bi_2O_2CO_3和BiOCl纳米片均是从g-C_3N_4体相中生长出来,从而导致铋系氧化物和g-C_3N_4界面间的紧密接触。紫外-可见漫反射光谱分析结果表明,g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3和g-C_3N_4/BiOCl复合光催化剂的可见光吸收能力均优于g-C_3N_4和Bi_2O_3。在可见光照射下,复合光催化剂对双酚A表现出优越的降解性能。此外,探讨了复合光催化剂的光催化机理。由于g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3或BiOCl界面间的紧密接触导致了光生载流子的有效分离,从而提高了复合光催化剂的光催化活性。     

硅藻土/硅橡胶可陶瓷化复合材料的制备及性能

硅橡胶耐热性不佳严重制约着其在耐高温领域的应用。针对这一问题,分别采用低熔点氧化物Sb_2O_3和Bi_2O_3作为助溶剂,研究其对硅藻土/硅橡胶复合材料可瓷化性能的影响。采用TG分析Sb_2O_3和Bi_2O_3对硅藻土/硅橡胶复合材料的热稳定性影响,万能力学试验仪测试热解后试样的弯曲强度,场发射扫描电镜(FESEM)和能谱仪(EDS)分析热解产物的微观形貌和成份,XRD探索复合材料的可瓷化机制。结果表明:Sb_2O_3和Bi_2O_3金属氧化物会加速硅橡胶的分解,但可以明显提高热解后试样的弯曲强度。FESEM观测到Sb_2O_3和Bi_2O_3有助于复合材料在热解过程中形成连续的桥连结构,通过EDS分析计算可知,Sb_2O_3与SiO_2,Bi_2O_3与SiO_2在热解过程中可能发生共熔反应,有助于陶瓷化结构的形成。XRD表明,加入助溶剂后的硅藻土/硅橡胶复合材料的热解后形成非晶相结构,提高陶瓷层的强度。     

稀土离子La~(3+)掺杂花形状Bi_2O_3的制备及光催化活性研究

以硝酸铋和硝酸镧为原料,采用水热法制备了形貌可控的花形状Bi_2O_3和La~(3+)掺杂Bi_2O_3光催化剂,利用X射线衍射、透射电镜、能谱、N2吸附-脱附和紫外-可见近红外光谱法等方法对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法研究了催化剂对罗丹明B(RhB)光催化降解效率。结果表明:样品具有可控形貌的花形状结构及较窄的孔径分布(3.624nm),当稀土离子La~(3+)掺杂到花形状Bi_2O_3后,不仅是原Bi_2O_3的花形结构没有破坏,而且光吸收范围拓展到600nm左右。利用模拟太阳光(氙灯,350W,λ420nm)光源,对RhB进行光催化降解时,产生了良好光催化活性,其光催化活性明显高于纯Bi_2O_3纳米颗粒和花形状Bi_2O_3,光照180min后,降解效率达到99.1%以上。     

Bi_2O_3/RGO的制备及其光催化还原CO_2性能的研究

利用氨沉淀法制备Bi_2O_3粉体,采用改进的Hummers法制备GO,将Bi_2O_3加入一定量的GO分散液中,采用紫外还原法制备Bi_2O_3/RGO复合光催化剂,通过XRD、SEM、EDS、BET等技术手段对催化剂进行表征,并考察其在紫外光下催化还原CO_2的性能。结果表明,GO在紫外照射过程中被有效地还原为RGO,与晶粒尺寸约为49nm的单斜晶系Bi_2O_3颗粒在紫外照射下共同搅拌,形成Bi_2O_3/RGO复合物,其Bi_2O_3的主要衍射峰发生轻微宽化,石墨烯碎片、絮状物质附着在Bi_2O_3表面;随着GO含量的增加,Bi_2O_3表面附着的石墨烯碎片、絮状物质增加,复合催化剂的比表面积增大;在紫外光照射下,Bi_2O_3/RGO复合催化剂的光催化效果明显高于Bi_2O_3,GO含量为2.0%(质量分数)的Bi_2O_3/RGO复合催化剂,在光照时间为8h时,生成CH_4的产量为1.012μmol/g,比Bi_2O_3提高了96.5%。     

助熔剂对陶瓷化硼酚醛复合材料热行为及微观结构的影响

以硼酚醛树脂(BPF)为基体,以纳米MgO、Al_2O_3和SiO_2(MAS)为成瓷填料,添加B_2O_3、Bi_2O_3或玻璃料等助熔剂,采用模压成型工艺制备MgO-Al_2O_3-SiO_2/硼酚醛(MAS/BPF)陶瓷化复合材料,研究助熔剂对MAS/BPF陶瓷化复合材料热稳定性、微观结构和物相转变的影响。结果表明:MAS/BPF陶瓷化复合材料在600~1000℃裂解2h后的尺寸收缩率为9%~14.5%,表现出良好的尺寸稳定性;TG热分析发现,助熔剂使MAS/BPF陶瓷化复合材料在1200℃时的残留率降低,但在900~1200℃的热稳定性提高。XRD和SEM分析结果显示,助熔剂能够显著降低陶瓷化反应温度。和B_2O_3、Bi_2O_3相比,玻璃料更有助于形成大量的液相,促进陶瓷化组分与裂解残余碳之间的反应,从而提高MAS/BPF陶瓷化复合材料在高温下的致密性和外形完整性。     

棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合物的制备及其光催化性能

以硝酸锌(Zn(NO_3)_2)、硝酸铁(Fe(NO_3)_3)和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用液相沸腾回流法制得了不同长径比的棒状α-Fe_2O_3异质复合ZnO光催化剂。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等多种手段对产物进行表征。以"三致"污染物五氯酚为降解对象,考察了紫外-可见光照下样品的光催化效果。结果表明,棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合光催化剂的性能与其α-Fe_2O_3的含量密切相关。当α-Fe_2O_3与ZnO的物质的量比为1∶5时,样品光催化活性最高,4h内即可将五氯酚降解完全。     

合成条件对Bi_2MoO_6/ZnO纳米复合材料光催化性能的影响

采用水热法在不同的反应温度、反应时间和不同pH值条件下原位合成纳米Bi_2MoO_6/ZnO复合材料,使用XRD,SEM分析了产物的相结构与微观相貌,通过Bi_2MoO_6/ZnO光催化降解亚甲基蓝溶液,分析复合物的光催化性能。研究结果表明,在pH=6、反应温度为160℃、反应时间为12 h的条件下,可以得到结晶度较高的Bi_2MoO_6/ZnO纳米复合材料,且在可见光照射条件下90 min,对亚甲基蓝的降解率最大达到97.6%。Bi_2MoO_6/ZnO纳米复合材料在光降解领域具有潜在应用价值。     

溶胶-凝胶法制备Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备石英砂负载Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2光催化材料,研究负载对Bi_4Ti_3O_(12)的物理性质和光催化活性的影响。结果表明,负载后的层状钙钛矿结构Bi_4Ti_3O_(12)包覆在非晶态石英砂球体表面,Bi_4Ti_3O_(12)中各元素的电子结合能没有发生改变。活性艳红X-3B在纯Bi_4Ti_3O_(12)和不同负载量x Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2上的吸附率不超过3%。负载后Bi_4Ti_3O_(12)的光催化活性均有提高,其中质量分数为50%负载量的Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2具有最高的活性。在Bi_4Ti_3O_(12)和质量分数为50%负载量的Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2上的光催化反应速率常数分别为0.021 s-1和0.027 s-1。     

室温固相法制备纳米氧化铋

以NaOH和Bi(NO_3)_3·5H_2O为原料,并添加不同的分散剂,采用室温固相法制备了纳米Bi_2O_3采用XRD、TEM表征纳米Bi_2O_3的结构和形貌。结果表明,分散剂种类、分散剂的添加量等因素显著影响纳米Bi_2O_3结构和形貌。     

累托石基复合光催化材料研究进展

光催化是一种利用太阳能将有机污染物分解为水和二氧化碳的技术,该技术还可以用于催化制氢、还原CO2制备燃料以及杀菌,在应对全球环境污染和能源短缺问题方面起着至关重要的作用。光催化技术的关键在于设计高效、廉价且能循环使用的光催化剂。传统光催化剂存在太阳能利用率低、量子产率低以及光化学稳定性不足等问题,使得光催化技术的推广受到限制。近年来,研究者尝试了许多提高半导体光催化剂活性的方法,包括形貌调控、金属离子或非金属离子掺杂、半导体异质复合、表面贵金属沉积、负载以及开发新的光催化剂等。光催化反应主要是发生在催化剂表面的固-液反应,因而需要催化剂具有较好的吸附性能和较高的表面活性。而许多光催化剂比表面积较小、吸附能力有限,导致其光催化效率相对较低。另外,大多数光催化剂易团聚、难以分离回收,阻碍了其大规模的工业应用。近年来,许多学者将光催化剂负载到廉价的粘土材料累托石上,利用累托石较大的比表面积、优越的离子交换性能和稳定的结构解决吸附和分离问题,进而提高催化剂的光催化效率。同时,累托石独特的层状结构能够为光催化反应提供良好的反应场所。研究者们通过改进或优化制备工艺,成功制备出累托石负载TiO_2、Bi_2O_3、Bi_2WO_6、BiOI、Bi_2NbO_5F、ZnO、Ag_3PO_4、In_2O_3、CdS、Cu_2O和gC_3N_4等复合材料。研究发现,引入累托石载体可以有效提升光催化剂的吸附性能,抑制光生电子和空穴的复合,极大地改善光腐蚀问题,提高光催化材料对可见光的吸收能力。本文系统综述了累托石基半导体复合材料在光催化领域的研究进展,介绍了累托石基半导体复合材料的制备工艺,重点阐述了累托石对光催化剂性能提升的作用机制。此外,本文还讨论了制备和反应条件对复合材料光催化活性的影响。最后展望了未来累托石应用于光催化领域的方向,以期为累托石矿物材料在光催化领域的应用提供参考。     

Bi2O3掺杂对ZnO压敏电阻性能的影响及其机理

采用传统电子陶瓷工艺制备了ZnO压敏电阻陶瓷,研究了Bi_2O_3的掺杂浓度对压敏陶瓷的显微结构和电学影响。利用多种表征手段对样品的性能进行分析。研究结果表明:压敏陶瓷的主晶相为铅锌矿型结构;随着Bi_2O_3浓度增大,压敏陶瓷的主要衍射峰逐渐向低角度方向偏移,同时出现明显的晶界相,且压敏陶瓷的平均晶粒尺寸呈先增大后减小趋势;当Bi_2O_3浓度为2.5mol%时,压敏陶瓷具有均匀的显微结构和较好的电学参数,此时平均晶粒尺寸D为225nm,击穿场强E_(1mA)达到最小值4600V/cm,非线性系数α达到最大值55.8,电阻在100KHz时的损耗角正切tanδ达到极小值(约0.1),相对介电常数ε_r约为232。所制备的ZnO压敏陶瓷具有较好的压敏特性和较低的损耗,有利于改善ZnO基避雷器的综合性能。     

g-C3N4量子点修饰球形Bi2WO6及其光催化活性增强机制

采用水热法制备三维分级结构Bi_2WO_6,在此基础上采用浸渍-焙烧法将g-C_3N_4量子点成功沉积在Bi_2WO_6的表面,获得Z-型结构g-C_3N_4/Bi_2WO_6光催化剂。采用XRD,FE-SEM,TEM,UV-Vis-DRS测试手段对催化材料的组成、形貌和光吸收特性进行表征。以亚甲基蓝(MB)和对硝基苯酚(p-NPh)为模型污染物,考察g-C_3N_4量子点表面修饰对Bi_2WO_6光催化活性的影响。结果表明:所得Bi_2WO_6为三维分级多孔结构,孔尺寸约为10nm,浸渍-焙烧法可将尺寸约5nm的g-C_3N_4量子点沉积在其二级结构纳米片表面。Z-型结构g-C_3N_4/Bi_2WO_6光催化剂的催化活性优于纯Bi_2WO_6的,且10%g-C_3N_4/Bi_2WO_6(质量分数)异质光催化剂对MB的降解表观速率常数(k_(app))分别为纯Bi_2WO_6和g-C_3N_4的4.5倍和5.8倍,对p-NPh的k_(app)分别为纯Bi_2WO_6和g-C_3N_4的2.6倍和1.6倍。O■是光催化过程中的主要活性物种。g-C_3N_4量子点与Bi_2WO_6形成异质结,有利于拓宽光响应范围的同时有效抑制了Bi_2WO_6光生电子与空穴的复合,从而提高了催化剂的活性。     

Bi2S3@BiOBr的原位合成及其可见光催化性能

采用溶剂热法合成BiOBr空心微球,并利用简单的离子交换原位生成Bi_2S_3,得到类核-壳结构的Bi_2S_3@BiOBr复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对催化剂进行表征,并对其进行光电化学性能测试。实验表明,BiOBr与Bi_2S_3形成的异质结促进了光生载流子的转移和分离。Bi_2S_3@BiOBr在可见光作用下可以有效降解甲基橙,当Bi_2S_3的摩尔分数为8%时,样品具有最好的光催化性能。·O_2~-和h~+是Bi_2S_3@BiOBr光催化降解甲基橙的主要活性物种。     

改性BiOBr复合光催化剂的制备及性能研究

采用一步溶剂热法将半导体材料溴化氧铋(BiOBr)与钛酸铋(Bi_4Ti_3O_(12))复合,制备了Bi_4Ti_3O_(12)/BiOBr复合光催化剂,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段对其进行表征,并在7W LED灯照射下对罗丹明B(RhB)进行光催化反应。结果表明:合成的Bi_4Ti_3O_(12)/BiOBr复合光催化剂具有较好的结晶度和较高的光催化活性;反应时间与反应温度对光催化剂活性有显著影响,当反应时间为24h、反应温度为180℃时,复合光催化剂的降解率最大,可达85.1%;污染物RhB的初始质量浓度对降解率也有影响。