基于石墨烯的复合材料在光催化分解水制氢的应用

在传统化石能源日益枯竭的背景下,石墨烯优异的电子传输性能和独特的二维结构使其在光催化分解水制取氢气领域具有广阔的发展前景并获得研究者的广泛关注。简要介绍了最新石墨烯复合材料的制备方法,包括原位生长法、水热/溶剂热法和原子层沉积法,重点评述了近几年来研究开发出的金属氧化物与石墨烯复合物、金属硫化物与石墨烯复合物、g-C_3N_4与石墨烯复合物以及其他基于石墨烯的复合光催化剂的光催化性能,并探讨了石墨烯在各种复合材料中增强光催化活性的机制。最后,指出了基于石墨烯的光催化材料目前存在的问题及未来的研究重点和方向,包括提高石墨烯复合光催化剂的光催化活性、化学稳定性及选择性;实现石墨烯及其复合材料的低成本、高质量、大规模的合成;对石墨烯复合光催化剂的结构及光催化机理进行更深入的研究,特别是对p-n结、异质结、Z-方案系统的载流子动力学进行充分的研究,以期合成廉价、高效的石墨烯-半导体复合光催化剂。     

铋基光催化材料的应用研究进展

铋基光催化材料具有独特的层状结构、合适的带隙,可调的价导带位置,在环境与能源领域具有广阔的应用前景,是近年来被广泛研究的一类环境友好型新型光催化剂。本文介绍了铋基光催化材料的种类,以及形貌调控构建异质结等结构调控方法,并总结了铋基光催化材料在污水处理及产氢等环境净化和能源转化领域的研究进展,最后对铋基光催化材料的未来进行了展望。     

S型光催化剂的电子转移机理研究进展

光催化技术是减轻能源危机和环境污染的有效技术之一。由于光生电子–空穴对的快速复合,单组分光催化剂的光催化效率不高。新型S型异质结光催化剂可以实现光生载流子的有效分离,同时具备强氧化还原能力,因此受到了广泛的关注和研究。对S型异质结光催化剂电子转移机理的深入理解有利于设计出更高效的光催化剂。通过选择合适的表征技术可以有效揭示S型异质结光催化剂的电子转移机理。因此,本文综述了直接和间接表征S型异质结光催化剂电子转移机理的技术。对于每种表征技术,首先对基本原理进行简述,然后通过代表性示例加以证明。研究S型异质结光催化剂电子转移机理可以加深对S型异质结光催化剂的理解,为进一步优化光催化系统提供极大帮助。     

石墨烯基TiO_2光催化剂的制备及其研究进展

石墨烯作为一种新型二维碳质纳米材料,与TiO_2复合可制得石墨烯基TiO_2光催化材料。介绍了石墨烯的结构与性质,概述了石墨烯及石墨烯基TiO_2光催化剂的制备方法,并总结了石墨烯基TiO_2复合材料在光催化分解水制氢、光催化还原CO_2、光催化降解有机污染物等领域的应用及未来的发展方向。     

石墨烯基二氧化钛光催化剂的合成与应用现状

本文综述了石墨烯(GR)分别作为电子受体、催化剂垫、敏化剂在石墨烯基二氧化钛(GR-TiO2)光催化剂中的作用,总结了GR-TiO2的制备方法,系统介绍了GR-TiO2在光催化分解水制氢、光催化降解污染物等领域的最新研究进展,认为GR-TiO2吸附作用的研究、实现对催化剂简单易行的回收利用等方面是GR-TiO2未来的研究趋势.     

钼酸铋基异质结型光催化材料的研究进展

人类面临着能源短缺和环境污染两大难题,而光催化技术的发展对于这两大问题的解决具有重要意义。光催化技术的核心是光催化剂。在众多的光催化剂中,钼酸铋由于具有独特的钙钛片层状结构和优良的可见光催化性能,近年来引起了研究者的广泛关注。重点概述了钼酸铋基异质结光催化材料的构建方法和典型的钼酸铋基异质结体系,系统地归纳了各种钼酸铋基异质结型光催化材料的催化活性和应用领域,并对钼酸铋基异质结型光催化材料的发展方向进行了展望。     

半导体光催化剂BiOCl异质结的构建及应用

氯氧化铋(BiOCl)半导体因其独特的层状结构和可调控的电子结构，而在光催化解决环境问题和能源问题领域备受关注。为了提高BiOCl对太阳光的利用率、抑制光生电子-空穴对的高复合率和增强光电子的还原能力等，研究人员对此作出了巨大的努力。其中，构建异质结是最有效的削弱这些缺陷的方法之一。本文主要综述了Z-型、Ⅱ-型、p-n结以及S-型四类异质结的电荷传递机理以及重点介绍了一些具有优异光催化性能的BiOCl异质结。同时，对一些异质结的光催化降解性能进行了比较分析。其中，S型异质结不仅具有高效的电荷分离能力，还有强的氧化还原能力，因此其表现出优异的光催化性能。此外，本文还简述了BiOCl异质结在降解有机污染物、还原CO₂、还原重金属和分解H₂O等方面的应用。总结了当前BiOCl异质结遇到的一些问题。最后针对BiOCl异质结的构效关系、合成复杂等问题，提出了计算机模拟、载体负载、新技术开发的发展方向。     

p-n异质结光催化剂的制备及性能的研究进展

p-n异质结光催化剂材料因其具有特殊的能带结构和载流子输送特性,在光催化领域得到重视.本文重点介绍各种类型的P-n异质结光催化剂的研究现状,并对未来的研究方向进行了展望.     

氧化亚铜光催化剂性能提升及增强机制的研究进展

Cu₂O是目前最有潜力的可见光光催化剂之一,在太阳能电池、一氧化碳氧化、光催化剂、传感器、化学模板等方面有着广泛的应用。然而,Cu₂O光生电子-空穴对具有容易复合、易发生光腐蚀、稳定性不好等特性,使其在实际应用上面临很大的挑战,因此如何有效地提高Cu₂O的光催化性能成为国内外研究者关注的焦点。首先,本文围绕Cu₂O半导体的形貌控制、杂原子掺杂以及构建半导体异质结这三方面对Cu₂O光催化性能的提升进行系统阐述,其中构建半导体异质结是提升Cu₂O光催化性能最有效的方法,Cu₂O与贵金属、金属氧化物以及碳材料构成的复合半导体异质结均有效地提高了Cu₂O的光催化活性;其次,从复合半导体异质结、肖特基结以及Z-scheme机制三方面分析并讨论了Cu₂O光催化增强机制;最后对Cu₂O基纳米复合材料在电子结构、界面性质以及表面负载的成分和厚度等方面的研究进行了展望。     

红磷光催化剂在废水处理领域的研究进展

目前半导体光催化处理废水已成为目前解决环境污染的有效途径之一。红磷作为一种非金属新型半导体光催化剂,具有价格低廉、低毒、易得、化学性质稳定、可见光响应范围广、带隙可调等优点。但存在光催化过程中稳定性较低,电子与空穴利用率不高等问题,因此,制备高效稳定的红磷基复合材料在实际应用中有着非常重要的意义。本文简述了红磷的结构,红磷基降解有机污染物的机理,详细总结了近几年红磷基在废水处理方面的研究现状,归纳了不同红磷基光催化效果,并通过从红磷结构、尺寸、异质结、协同作用对不同红磷基复合材料的光催化效率进行了分析。提出未来的研究方向应从改进红磷的制备方法,加强对晶型红磷以及红磷自身氧化机理等方面进行深入研究。     

石墨烯/TiO2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展

石墨烯是一种新型的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优良的导电性能,将石墨烯与TiO₂复合可显著提高复合材料的光催化性能,在光催化领域具有广泛的应用前景。主要介绍了石墨烯/TiO₂复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用,并分析了石墨烯/TiO₂复合材料促进光催化机理,最后对石墨烯/TiO₂复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。     

Efficient solar light photocatalytic degradation of commercial pharmaceutical drug and dye using rGO-PANI assisted c-ZnO heterojunction nanocomposites

The major requirement of a solar light-activated photocatalyst is the effective utilization of the light-induced electron-hole pair and exciton lifetime. Herein, the reduced graphene oxide and polyaniline assisted carbon doped porous ZnO (c-ZnO) heterojunction nanocomposites (RPZ nanocomposites) were designed for enhanced photocatalytic degradation of the commercially available pharmaceutical antibiotic drug amoxicillin and clavulanate potassium (ACP) and methylene blue (MB) dye using natural sunlight. The surface morphology, phase purity, and bonding environment of the prepared RPZ heterojunction nanocomposite were analyzed using scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and soft X-ray absorption spectroscopy, respectively. In comparison with pure ZnO, a doping and composite formation reduced the bandgap energy from 3.34 to 2.80 eV, calculated using the Tauc plot. From photocatalytic degradation studies, the as-prepared RPZ heterojunction nanocomposite efficiently degraded 95% and 47% of MB dye and ACP in 100 min under natural sunlight with the reaction rates of 0.0296 and 0.0055 min^?1, respectively. The removal efficiency of the photocatalyst was obtained to be 95% and 46.14% for MB dye and ACP, respectively.     

Boron-Doped Graphene/ZnO Nanoflower Heterojunction Composite with Superior Photocatalytic Activity

The boron-doped graphene (BG) is synthesized successfully by one pot reduce-doping of graphene oxide (GO) with borane tetrahydrofuran (BH₃·THF) and the novel BG/ZnO p–n heterojunction composite between p-type BG and n-type ZnO is obtained via a simple hydrothermal method. The samples are characterized by scanning electron microscopy, the Raman spectroscopy and the UV–Vis diffuse spectroscopy. The results confirm the formation of p–n junction between BG and ZnO. The photodegradation of MB demonstrate that the BG/ZnO composite has superior photocatalytic activity under UV–Vis or visible irradiation. The photocatalytic activity k value of BG/ZnO p–n heterojunction composite is 3.1 and 4.5 times as that of r-GO/ZnO and pure ZnO under white light and is 1.8 and 3.9 times under visible light, respectively. The superior photocatalytic activity of the BG/ZnO composite is ascribed to the formation of p–n heterojunction. The p–n heterojunction can promote the separation of electron/hole pairs and inhibit the recombination of electrons in conduction band and holes in valence band by transferring holes from the valence band of n-type ZnO to the valence band of p-type BG.     

氧化亚铜基复合光催化剂的研究进展

氧化亚铜在光催化、太阳能电池、传感器等领域有着广阔的应用前景。结合氧化亚铜光催化剂的研究方向,综述了改善其光催化性能的常用方法,包括形貌尺寸改进、掺杂、金属负载和半导体复合等。介绍了几种具有代表性的氧化亚铜基复合光催化剂,包括金属-氧化亚铜复合光催化剂、氧化亚铜-半导体复合光催化剂、氧化亚铜-碳材料复合光催化剂和三元复合光催化剂,阐述了它们各自的反应机理。最后对氧化亚铜基复合光催化剂今后的发展进行了展望。     

二氧化钛/氧化石墨烯复合光催化剂的合成

采用水热法,以钛酸四正丁酯及氧化石墨烯（GO）为原料,在水性体系中合成了一系列具有不同GO质量分数的TiO2/GO复合光催化剂。FE-SEM分析结果表明,分散的钛酸四正丁酯以多分子层的形式吸附到氧化石墨烯的表面,最后在水热过程中转化为锐钛型TiO2粒子。当氧化石墨烯的质量分数低于3%时,产物中含有纯TiO2微球及TiO2/GO复合物;当氧化石墨烯质量分数大于5%时,产物为单纯的TiO2/GO复合物。电化学性能测试结果表明,GO复合后,TiO2电极中载流子的传输效率提高。氧化石墨烯复合量为10%时,复合光催化剂显示了对亚甲基蓝最佳的光催化活性。当复合氧化石墨烯转化为石墨烯后,其光催化活性可得到进一步大幅度的提高。     

红磷光催化材料的研究进展

红磷作为一种可见光响应的半导体光催化剂，具有廉价易得、化学性质稳定、低毒以及合适的带隙等优点，但也存在商业红磷比表面积小以及光生电子-空穴对复合严重等问题，需要对其进行改性以提高光催化性能。本文着重评述了红磷在形貌调控、表面修饰、复合调控和构建异质结等改性手段方面的研究进展以及改性催化剂在降解有机污染物、分解水制氢等方面的应用。最后指出未来的研究方向在于同时用多种手段改性、拓展红磷在光催化领域的应用和深入进行机理探索等方面。     

Ternary Ni2P/Bi2MoO6/g-C3N4 composite with Z-scheme electron transfer path for enhanced removal broad-spectrum antibiotics by the synergistic effect of adsorption and photocatalysis

Constructing the stable, low-cost, efficient, and highly adaptable visible light-driven photocatalyst to implement the synergistic effect of photocatalysis and adsorption has been excavated a promising strategy to deal with antibiotic pollution in water bodies. Herein, a novel 3D ternary Z-scheme heterojunction photocatalyst Ni₂P/Bi₂MoO₆/g-C₃N₄ (Ni₂P/BMO/CN) was fabricated by a simple solvothermal method in which the broad spectrum antibiotics (mainly tetracyclines and supplemented by quinolones) were used as target pollution sources to evaluate its adsorption and photocatalytic performance. Notably, the Z-scheme composite significantly exhibit the enhancement for degradation efficiency of tetracycline and other antibiotic by using Ni₂P nanoparticles as electron conductor. Active species capture experiment and electron spin resonance (ESR) technology reveal the mechanism of Z-scheme Ni₂P/BMO/CN photocatalytic reaction in detail. In addition, based on the identification of intermediates by liquid chromatography–mass spectroscopy (LC–MS), the possible photocatalytic degradation pathways of TC were proposed.     

石墨烯在聚合物复合材料中的应用

石墨烯具有独特的结构和优异的性能,在改善聚合物的热性能、力学性能和电性能等方面具有很大的潜力,已成为聚合物复合材料研究的热点.本文在阐述石墨烯结构、特性及其制备方法的基础上,对石墨烯改性聚合物复合材料方面的研究进展进行了综述,并展望了石墨烯-聚合物复合材料的发展前景及研究方向.     

煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用

石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。