全太阳光谱光热催化降解VOCs的研究进展

光热协同催化技术是将光催化低温反应的优势和热催化治理高浓度有机污染物且稳定性好的优势有机结合，是一种能够高效、稳定降解净化挥发性有机物(VOCs)的新途径，很好地解决了光催化治理VOCs存在的易失活、效率低、光能利用率低等问题。总结了近年来全太阳光谱驱动光热催化降解VOCs的研究进展。归纳了光热催化剂的构筑，既可以通过TiO₂,ZnO,CeO₂,Co₃O₄，锰氧化物(MnO_x)等单一半导体氧化物实现，也可以通过光催化剂与热催化剂复合、金属离子掺杂修饰热催化剂、贵金属负载半导体氧化物进一步提升光热催化氧化VOCs的催化活性。梳理了光热催化降解VOCs的机制，从光热协同催化氧化反应到全光谱光致热催化氧化，再通过全光谱光活化效应增强光致热催化活性。对光热催化氧化VOCs的研究进行了总结和展望。     

Ag2C2O4/TiO2异质结的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型TiO₂,通过沉淀法成功将Ag₂C₂O₄沉积于TiO₂表面制备了Ag₂C₂O₄/TiO₂异质结。采用孔隙比表面分析仪(BET)、X-射线衍射仪(XRD)等对Ag₂C₂O₄/TiO₂异质结结构和光响应能力进行了表征;运用表面光电压仪(SPS)等对光催化剂的光生电荷分离特性进行了研究;考察了异质结光催化剂对模拟污染物罗丹明B的催化降解性能。结果表明：当Ag₂C₂O₄/TiO₂摩尔比为7.0%时,异质结光催化剂的光生电子-空穴分离速率最高,该光催化剂对罗丹明B的光催化降解性能最好。     

基于金属半导体复合材料的可见光催化研究进展

文章基于金属半导体的可见光催化技术,在去除大气环境污染物方面的相关研究中,对研究进展进行了综述。金属半导体光催化材料,包括：TiO₂、Bi₂O₃、InMO₄、钛酸铋复合基材料等,半导体光催化技术作为一种环保的新技术,在降解污染物方面具有诸多优点,如:降解没有选择性,不会产生二次污染;可以降低能量和原材料的消耗;光催化剂具有廉价、无毒、稳定,以及可以重复利用等特点。相关技术在抗菌、防腐、净化空气、改善水质及优化环境等方面具有巨大的社会效益和经济效益,以及广阔的应用前景。文章基于改性金属复合可见光催化材料的制备及应用,对可见光催化技术的相关研究成果进行梳理,在深入总结可见光催化领域先进研究成果的同时,讨论了光催化技术在可见光降解方面的发展与挑战,为后续可见光催化技术在环境治理和生态风险防控等方面提供理论依据和支撑。     

石墨烯/TiO2复合材料的制备及其对甲基蓝的降解

光催化降解已成为污水处理领域发展最快的方法。为改善TiO₂的光催化性能,采用溶胶-凝胶法制备石墨烯(GN)/TiO₂复合材料,利用XRD、SEM对样品的微观结构进行表征,研究制备过程中煅烧温度、煅烧时间以及石墨烯含量对GN/TiO₂复合材料光催化性能的影响。结果表明：所制备TiO₂为球状形貌,粒径为70～200 nm,分布在石墨烯的片层和边缘。当煅烧温度为500℃,煅烧时间为20 min,石墨烯含量为5%时对甲基蓝(MB)的光催化降解率最高,为87.21%。此外,研究了GN/TiO₂复合材料对甲基蓝光催化降解的重复利用率,并探讨了光催化机理,结果表明重复使用5次后,对甲基蓝的降解率降低了17.64个百分点。     

多壁碳纳米管/TiO2复合材料的合成 及其光催化性能

TiO₂被广泛应用于环境污染治理、新能源转换以及传感器等领域.通过负载导电材料复合(碳纳米管）拓宽纳米TiO₂的光谱响应范围,提高光生电子-空穴对分离效率,是有效提高TiO₂光催化性能的研究手段.以多壁碳纳米管和钛酸异丙酯为原料,采用溶胶-凝胶法合成碳纳米管负载的TiO₂光催化剂.利用X射线单晶粉末衍射（XRD）、比表面积（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、激光拉曼（Raman）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis DRS）等对催化剂进行表征.通过在365 nm紫外光照射下,光催化降解亚甲基蓝来研究不同含量碳纳米管负载对TiO₂光催化活性的影响.结果表明,负载2%碳纳米管的TiO₂光催化效果有明显提高,对亚甲基蓝的降解率达90.6%.碳纳米管负载后,样品的比表面积增大,可见光吸收能力和光电流强度增强,光生电子寿命增长.同时,碳纳米管与TiO₂构建了紧密的界面接触关系引起Ti-O键的缩短而有利于光生电子和空穴的分离从而产生大量h+、·OH和超氧自由基等活性基团,能有效提高光催化性能.      

纳微结构Ag2CO3光催化材料的制备 及其在光催化的应用

Ag₂CO₃是近年来发现的一种新型的可见光响应光催化剂,对甲基橙（MO）、罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）等染料和苯酚等有机物都具有较高的光催化降解能力.然而,在光催化反应过程中,Ag₂CO₃晶体中的Ag+会被自身的光生电子（e-）还原形成金属Ag单质,随着反应的进行,样品的稳定性和光催化效果迅速降低.贵金属沉积、非金属掺杂和形成异质结等方法,可以使Ag₂CO₃的光吸收得到扩展,同时促进光生电子空穴对的分离,从而提升Ag₂CO₃的抗光腐蚀性能和对污染物的降解效率.通过不同的物理和化学方法调控Ag₂CO₃催化材料的形貌、晶粒尺寸和晶体缺陷等,可以提升其比表面积和光生电子空穴的传输效率,进而提高其光催化活性.文中归纳了近年来Ag₂CO₃光催化材料的研究进展,分析了Ag₂CO₃光催化的特点,阐述了一系列提升Ag₂CO₃光催化性能的方法,并对Ag₂CO₃光催化材料的研究进行了总结与展望.      

基于二氧化钛复合光催化材料的制备及其可见光光催化性能研究

以溶胶-水热-煅烧法制备Bi₂O₃-TiO₂纳米复合光催化剂,通过XRD、SEM、XPS、比表面积和紫外可见漫反射分析等技术对材料的结构和形貌进行表征。以甲基橙溶液为目标污染物,考察Bi₂O₃-TiO₂光催化氧化效果,研究铋掺杂量、煅烧温度对甲基橙染料降解率的影响。结果表明,相比TiO₂,Bi₂O₃-TiO₂的平均晶体粒径更小;颗粒分布均匀,仅有少量松散团聚现象;Bi₂O₃-TiO₂存在介孔结构,有利于吸收污染物。在制备温度600℃条件下,Bi掺杂量为10%的Bi₂O₃-TiO₂纳米复合材料去除甲基橙的降解效果最优;在Bi掺杂量为10%时,Bi₂O₃-TiO₂的光催化降解效果...     

Z型CuBi2O4/BiOBr异质结高效光催化降解阿莫西林及RhB-MB

采用水热法合成了CuBi₂O₄、BiOBr和不同摩尔比的CuBi₂O₄/BiOBr复合光催化剂,利用XRD、XPS、SEM、UV-Vis、BET、EIS等测试手段对催化剂的结构、形貌和光催化性能进行了表征。CuBi₂O₄/BiOBr异质结的构建显著地提高了光生电子空穴的分离效率,增强了光催化活性。在可见光照射下,20%CuBi₂O₄/BiOBr在60 min内降解95%的阿莫西林(50 mL, 10 mg/L)。探究了复合催化剂对RhB-MB双模拟污染物降解的光催化活性,结果表明：在多种污染物同时存在下,复合催化剂仍然表现出较好的光催化性能。根据活性物种捕获试验和催化剂的导带价带位置,提出了CuBi₂O₄/BiOBr异质结光催化过程可能的机理。     

TiO2-SiO2复合气凝胶的常压干燥制备及光催化降解含油污水活性

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料,利用溶胶凝胶工艺制备出不同硅含量的TiO₂-SiO₂复合醇凝胶.结合老化液浸泡和小孔干燥工艺,在常压下干燥得到完整的TiO₂-SiO₂复合气凝胶块体.采用扫描电子显微镜、BET比表面积测试、X射线粉末衍射等测试手段对复合气凝胶的微观结构和物化性能进行了测试和表征.测试结果表明,复合气凝胶具有良好的性能,Ti和Si元素在气凝胶中分布均匀.随着SiO₂含量的增加,复合气凝胶的密度逐渐变小,比表面积增大,孔隙率增加,转变为锐钛矿相的相变温度升高.经高温煅烧晶化处理,复合气凝胶转变为锐钛矿相结构.以乳化后的渤海原油水溶液作为含油污水模拟溶液,测试了复合气凝胶对含油污水的催化降解性能.污水降解结果显示复合气凝胶对渤海原油污水具有较好的催化降解活性.在SiO₂摩尔分数低于30%时,随着硅含量的增加,复合气凝胶的光催化降解率升高;但当SiO₂摩尔分数高于30%后,继续增加SiO₂掺入量,反而造成复合气凝胶催化能力下降.对于SiO₂摩尔分数为30%的复合气凝胶,获得了最佳的催化降解效果,90 min催化降解率达95%.      

TiO2柱撑石墨烯复合材料的制备及光催化性能

通过水热反应合成了TiO₂柱撑石墨烯复合材料, 研究了TiO₂纳米颗粒及TiO₂柱撑石墨烯复合材料的制备以及光催化降解亚甲基蓝性能, 探讨了制备过程中水热反应时间、水热反应步骤对TiO₂纳米颗粒的影响, 并在紫外光下考察了上述两种材料对光催化性能的影响。结果表明, 利用两步水热法且反应时间为10 h时为制备复合材料的最佳条件, 在紫外光的照射下, TiO₂柱撑石墨烯复合材料在降解亚甲基蓝过程中显示出更高的光催化效率, 这项工作开辟了一条新的制备石墨烯–半导体复合材料的途径。     

晶面协同NaF–TiO2/rGO的制备及其光催化性能

为解决二氧化钛（TiO₂）光生载流子寿命短的问题,以钛酸四丁酯、氟化钠和石墨粉为原料,采用水热法制备了NaF–TiO₂/rGO复合材料,通过透射电镜（TEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、光致发光光谱（PL）、紫外漫反射光谱（UV–Vis）对复合材料的微观形貌、物相组成、晶型、荧光强度等特性进行了表征,并以降解罗丹明B（RhB）测试其光催化活性及降解机理。实验结果表明,制备得到的产物主要为{001}、{101}晶面协同的锐钛矿相TiO₂并均匀分布于rGO表面,NaF与rGO的加入可有效降低其电子–空穴对的复合速率以及带隙宽度从而提高光催化活性。在最佳制备条件下,催化反应80 min后对1×10–5 mol·L–1 罗丹明B（RhB）溶液的降解率可达99.8%,降解速率常数（0.0448 min–1）是NaF – TiO₂的1.67倍,且复合材料的催化性能随其投加量的增大先加强后保持稳定,pH适用范围为3～11;自由基猝灭实验结果表明,在光催化降解过程中,起主要作用的活性物质是·OH和h+。      

赤泥基光催化材料降解水中有机污染物的应用现状及发展趋势

光催化作为一种低成本且高效安全的环境净化技术,被认为是全球能源危机和环境污染问题最好的解决方式之一。赤泥作为一种固废不仅含有丰富的铁氧化物,且具有较高的比表面积、孔结构等特点,近年来,赤泥基光催化材料在光催化降解水中有机污染物的研究中备受关注。本文介绍了赤泥的特性,概括了赤泥基光催化材料的制备方法,总结了赤泥基光催化材料在光催化降解水中有机污染物方面的应用,阐述了赤泥基光催化材料催化降解水中有机污染物的机理,探讨了现有赤泥基光催化材料存在的问题。最后,基于以往的研究结果对赤泥基光催化材料未来的发展趋势提出了展望及建议。      

g-C3N4基光催化剂的制备和应用

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）半导体材料具有无毒、带隙小（2.7 eV）、在太阳光谱中能较好吸收可见光的优点, 是近年来迅速发展的新型可见光催化剂.然而, 纯的g-C₃N₄还存在可见光捕获能力有限、电荷载流子易重组和比表面积小的缺点, 其光催化效率不够理想, 离实际工业大规模应用还有一段距离.文中总结了g-C₃N₄的合成方法.阐述了进一步提高g-C₃N₄活性的方法, 包括孔道和比表面积的调控、贵金属沉积、非金属元素掺杂、半导体复合形成复合材料等.分析了g-C₃N₄基光催化剂在降解有机污染物、光解水制氢、还原六价铬三方面的研究进展, 并对g-C₃N₄基光催化剂的研究方向进行了展望.      

SnO2基钙钛矿太阳能电池界面调控与性能优化

近十余年来,钙钛矿太阳能电池光电转换效率从3.8%提升至目前的25.5%,有望成为下一代商业用薄膜太阳能电池.然而,目前广泛使用的TiO₂电子传输层电子迁移率低、退火温度高、紫外光照稳定性差等特性使得TiO₂基钙钛矿太阳能电池性能,尤其是长期稳定性,面临巨大挑战.SnO₂由于良好的电子迁移率、适宜的能带结构、简单的低温溶液合成以及稳定的化学结构等优点成为替代TiO₂电子传输层的首选.目前,调控SnO₂/钙钛矿以及钙钛矿/空穴传输层界面是SnO₂基钙钛矿太阳能电池性能优化的关键.鉴于此,在详细介绍SnO₂电子传输层本体与表面,钙钛矿本体、晶界及表面缺陷类型及特征的基础之上,重点总结了SnO₂/钙钛矿、钙钛矿/空穴传输层界面调控及性能提升的研究进展.最后,针对SnO₂基钙钛矿太阳能电池器件界面调控与性能优化的研究趋势和发展方向做出展望.     

钒酸铋/二氧化钛-石墨烯宽光谱复合光催化剂的制备及性能

通过溶剂热法制备了具有可见光光催化活性的BiVO₄/TiO₂-石墨烯复合光催化剂.利用X射线粉末衍射、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱和荧光发射光谱对样品进行表征,复合光催化剂的催化活性以模拟太阳光条件下降解水溶液中亚甲基蓝来评价.结果表明:BiVO₄/TiO₂-石墨烯复合光催化剂在530-800 nm的可见光范围具有很强的吸收峰.石墨烯的引入不仅拓宽了光谱响应范围,而且使得BiVO₄和TiO₂粒子均匀地分散在石墨烯薄片上,能快速捕获并迁移电子,有效地提高了光生载流子的分离效率,从而提高其光催化活性.      

镍掺杂TiO2纳米管的制备及光催化性能研究

通过前驱体水热法成功制备出不同镍掺杂比例的二氧化钛纳米管粉体,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等对其进行检测表征.制备出的镍掺杂二氧化钛纳米管具备相对分离和独立的管状形貌,管径约10 nm,其对应的EDS谱图中出现了镍的特征峰.经50...     

锆掺杂钛负载锰氧化物用于低温选择性催化还原NO

采用凝胶溶胶法制备TiO₂以及摩尔比分别为1:1和4:1的TiO₂-ZrO₂三种载体,然后浸渍负载一定量的活性组分MnO_x制备相应催化剂.通过X射线衍射和扫描电镜对载体和催化剂进行表征,并进行氨气低温选择性催化还原NO(NH₃-SCR)实验来考察催化剂的活性.三种载体中TiO₂-ZrO₂(4:1)的颗粒粒径最小且高度分散,加入氧化锆后,Zr4+离子取代Ti4+离子掺杂进入TiO₂晶格内,引起TiO₂晶格畸变,抑制TiO₂晶型转变,并促进载体上活性组分Mn的均匀分布,从而提高催化剂的低温选择性催化还原活性.TiO₂-ZrO₂(4:1)加入质量分数10%的Mn后催化剂的活性最高,在130℃采用该催化剂催化时NO的转化率达到92.6%;150℃时通入体积分数10%的水蒸气会降低10%Mn/TiO₂-ZrO₂(4:1)催化剂的活性,撤消后活性可逐渐恢复;而200℃时10%Mn/TiO₂-ZrO₂(4:1)的活性基本不受水蒸气的影响.