TiO2基异质结光催化剂应用于有机污染物降解的研究进展

光催化技术具有绿色、清洁、环境友好等优点,被广泛应用于降解水体中的有机污染物。其中,TiO₂光催化剂由于其独特的优势,被认为是一种十分具有前景的光催化剂。然而,其本身存在着带隙能较宽可见光响应不足与载流子复合几率高等缺点导致光催化活性受限。为解决以上问题,TiO₂与异质结的结合引起了研究者的兴趣。并且采用一定的改性手段制备的非常规TiO₂基异质结,具有很高的光催化降解能力。但这些新型光催化剂在实际应用中仍具有极大的挑战,例如成本较高、稳定性较差以及副产物毒性风险高等等。基于此,对现有TiO₂基异质结的相关研究进行了系统全面的综述,以期为后续研究提供一定的理论支持。     

铋基光催化剂在有机废水降解中的研究

水资源污染正严重危害着人类的健康,铋基光催化材料在治理有机污染方面也显现出了巨大的潜力,具有绿色、高效、清洁、成本低的优点。介绍了研究者们对多种铋基光催化材料在降解有机废水方面的研究进展,总结各种铋基光催化剂的改性方法和铋基光催化剂对各种有机污染的降解效果,分析了影响铋基光催化材料降解水中有机物效率的因素。对光催化技术在降解有机废水方面的发展进行了展望,并对铋基光催化材料研究领域的发展提出了建议。     

基于g-C3N4异质结复合材料光催化降解污染物的研究进展

随着现代工业的迅速发展,向环境中排放的有机物及重金属污染物与日俱增,光催化降解法是一种清洁、高效、低成本的处理手段。作为新兴非金属可见光驱动催化剂的g-C_3N_4具有廉价易得、无毒无害等优点,但存在可见光响应范围较窄、光生电子-空穴对复合率较高等明显问题,导致量子产率低,光催化效率不高。研究发现,部分金属硫化物、金属氧化物以及三元化合物等不同类型的半导体能够与g-C_3N_4形成异质结构,通过调控半导体的形貌能够在不同程度上与g-C_3N_4构成良好的晶格匹配,这有利于电子在两种或多种半导体之间传输。通过构建异质结构能够有效地降低带隙宽度,拓宽光响应范围,减小光生电子-空穴复合率,提高光催化效率。本文分类讲述了近几年常用的基于g-C_3N_4的复合半导体材料,它们都不同程度地实现了电子与空穴对的良好分离,有效地消除了各类有机物及重金属的污染,是具有应用价值的光催化剂候选者。     

无机盐-螯合-凝胶法制备的铁酸铋薄膜的工艺研究

采用无机盐-螯合-溶胶凝胶法成功制备了BiFeO3薄膜.研究了不同基片、热处理工艺对薄膜相结构的影响.通过DTA-TG与FT IR对溶胶前躯体进行表征,分析了BiFeO3溶胶与薄膜过程机理并确定了铁电相转变温度为856℃.通过XRD、SEM分析了薄膜的晶相及表面形貌.结果表明,薄膜呈随机取向,氮气环境中退火可提高薄膜结晶度.600℃退火下薄膜厚度平均是400nm左右.VSM表明随着退火温度的增加,BiFeO3薄膜的磁化率增大.     

卤氧化铋异质结型可见光光催化剂的新进展

卤氧化铋BiOX (X=Cl,Br,I)以其特殊的层状结构和合适的禁带宽度显示出了优异的光催化性能,特别是BiOBr和BiOI可以直接作为可见光光催化剂,引起了人们的广泛关注.围绕这两种化合物为中心的异质结型可见光光催化剂具有制备简单、光生载流子分离效率较高和可见光活性普遍较强的特点.主要综述了BiOBr和BiOI两种材料的异质结型可见光光催化剂的制备方法及形貌,以及光催化活性和机理的最新研究进展,并展望了其发展趋势.     

铁酸铋的改性及其处理有机废水功能

以五水硝酸铋、九水硝酸铁为原料,采用水热法制备出铁酸铋微粒(BiFeO₃,BFO)。探究前驱体溶液环境碱度、矿化剂(NaOH)浓度、水热反应温度和时间对铁酸铋微粒晶体结构、形貌尺寸及催化性能的影响;并进一步以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对铁酸铋进行表面改性,制备出BFO-PVP与BFO-CTAB。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、18 kW转靶X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外显微成像光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、顺磁共振波谱仪(ESR/EPR)对制备的样品进行表征。结果表明,铁酸铋前驱体溶液的最低pH值为12,且当矿化剂浓度为3 mol/L,水热温度和时间分别为200℃、9 h时得到高结晶度的单相钙钛矿结构铁酸铋微粒,这种铁酸铋微粒形貌尺寸均一,分散性良好;当PVP和CTAB添加量分别为0.5 g/L、1.0 g/L时,改性后的铁酸铋对阳离子性罗丹明B(RhB)的降解效果最佳,反应速率常数分别为未改性铁酸铋的1.8倍和1.6倍。     

金属有机凝胶限域CdS QDs异质结光催化剂协同降解诺氟沙星和还原Cr(Ⅵ)

构建具有高效电荷转移途径的异质结材料是光催化降解水体复合污染物的关键。采用凝胶限域法将CdS量子点(CdS QDs)分散在金属有机凝胶MOX(Al)中,制备出CdS QDs@MOX(Al)异质结光催化剂。通过XRD、TEM、XPS、N₂吸附-脱附等温曲线、UV-Vis DRS、瞬态光电流(TPC)响应和电化学阻抗谱(EIS)等手段对样品的组成结构和界面电荷传输效率进行了表征及分析,并探讨了在可见光下协同降解诺氟沙星(NF)和还原Cr(Ⅵ)的催化活性和机制。结果表明：1.0-CdS QDs@MOX(Al)对NF/Cr(Ⅵ)复合污染物体系表现出优异的光催化活性,降解过程符合伪一级动力学模型,表观速率常数k分别是纯MOX(Al)和CdS的6.1(8.5)倍和5.3(3.5)倍。与单一污染物体系相比,CdS QDs@MOX(Al)对NF/Cr(Ⅵ)复合污染物体系的光催化效率显著提高。活性物种捕获实验证实h⁺和·O₂^-为主要活性物种,光催化活性的增强主要归因于MOX(Al)和CdS QDs间形成的Type-I...     

纳米异质结光催化材料制取太阳能燃料研究进展

光催化制取太阳能燃料主要包括光催化分解H₂O制取H₂及光催化还原CO₂制取碳氢化合物, 是应对能源危机最具前景的方法之一。目前, 太阳能燃料的最高转化效率为5%, 无法满足商业化要求(≥10%)。纳米异质结由于能展现出单组分纳米材料或体相异质结所不具备的独特性质, 更能促进光生电子和空穴快速转移, 提供更多的光生电子或使光生电子具有更强的还原性, 因而能显著提高光催化活性。本文主要综述了几种纳米异质结(I-型、II-型、p-n型及Z-型)的光催化原理及其在制取太阳能燃料方面的研究进展, 并展望了研究发展方向。     

钒酸铋可见光催化材料的改性研究进展

环境污染和能源短缺是21世纪人类迫切需要解决的两大难题,太阳能取之不尽、用之不竭,如何利用太阳能治理环境污染以及缓解能源短缺问题成为人们关注的焦点.钒酸铋(BiVO4)因其低成本、无毒、光稳定性好、带隙较小、对可见光具有良好的响应等诸多优势,是一种非常有前景的太阳能驱动的半导体光催化剂,成为光催化领域研究的热点.在BiVO4的三种晶体类型中,单斜相BiVO4由于较小的带隙以及特殊的电子结构具有更高的可见光催化活性.但由于纯BiVO4能隙较窄,导致光生载流子极易快速复合,加之材料存在吸附性以及比表面积较小等缺陷,限制了其光催化活性的提高和实际应用.为了提高BiVO4的可见光催化活性,科研工作者主要从两个方面对BiVO4进行改性修饰,一方面从纯BiVO4入手,通过对BiVO4微/纳米结构的可控合成来提高材料的比表面积和吸附性以及对光生载流子的传导能力等;另一方面通过构筑复合材料,以促进光生电子-空穴对的分离,降低其复合概率,进一步拓宽可见光响应范围,提高材料的吸附性和稳定性等,这些研究已经取得了可喜的成果,目前BiVO4材料的光催化效率大幅提升.本文根据提高BiVO4光催化性能的方法不同对BiVO4可见光催化材料的研究进行了综述,主要包括BiVO4微/纳米结构的可控合成、贵金属沉积、元素掺杂、半导体复合以及BiVO4负载五种改性方法,重点介绍了材料在废水中有毒有机污染物降解、光解水制氢、CO2还原以及有机合成等方面的应用.最后针对该领域的研究现状展望了未来的发展方向,并指出了当前研究中亟待解决的问题,以期为开发稳定高效的BiVO4光催化材料提供参考.     

硫化铋@铁酸铜异质结的构筑及光触发抗菌性能研究

病原体细菌感染引起的相关感染在世界范围内严重威胁着人类的生命安全健康。为解决该问题,研究构筑了一种由硫化铋（Bi₂S₃）与铁酸铜（CuFe₂O₄）共筑形成的近红外光触发的异质结功能材料体系Bi₂S₃@CuFe₂O₄,其通过Bi₂S₃与CuFe₂O₄之间的静电吸附作用力相结合。使用近红外光成像仪记录了材料在不同的近红外光功率下的升温曲线,验证了材料的光热效应;以1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）作为活性氧的捕获剂,验证了材料的光动力效应。结果表明,Bi₂S₃@CuFe₂O₄在近红外光的触发下能够有效地产生热量,单线态氧（¹O₂）与超氧根自由基（·O^-₂）...     

铁酸锌作为光催化剂的研究进展

铁酸锌是具有较高光催化活性及对可见光敏感的n型半导体,其独特的磁性能和化学稳定性使其在光催化领域有着广泛的应用。针对不同形貌的铁酸锌,采用不同的改性方法,可将其与其他材料结合制备出更为高效、实用的光催化剂。近年来,利用铁酸锌的特性,制备磁性可回收且性能稳定的复合光催化剂引起了科研人员的广泛关注。概述了铁酸锌作为光催化剂的基本性质,对不同形貌铁酸锌的制备方法进行了总结,并重点讨论了铁酸锌在光催化方面的改性技术及改性机理,最后对目前存在的问题和未来的研究方向做了简要的总结和预测。     

钙钛矿铁酸铋微纳米粉体的水热合成

以BiCl3,FeCl3和KOH为原料,采用简便的水热法成功制备出不同形貌的铁酸铋粉体,通过XRD、SEM、FT-IR和TG—DSC对产物进行表征,结果表明,产物结晶为很好的三方相BiFeO3粉体,KOH加入量和表面活性剂对产物的形貌产生很大影响,红外图谱结果显示出BiFeO3的特征振动,TG—DSC结果获得BiFeO3产物的居里温度在830℃。     

水热合成Bi2WO6/ZnO异质结型光催化剂及其光催化性能

在不同温度下(120～220℃),利用水热法制备了含1wt%、2wt%、4wt%和8wt%Bi2WO6的异质结型Bi2WO6/ZnO复合光催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射(UV-Vis)吸收光谱及光致发光光谱(PL)等系列手段对所制备的光催化剂进行了表征,并以紫外光(365nm)为光源,酸性橙II为降解对象,进行光催化活性测试,考察了不同Bi2WO6复合量及不同水热温度对ZnO光催化剂反应活性的影响.研究表明,异质结型Bi2WO6/ZnO复合光催化剂的光催化活性明显优于纯ZnO和Bi2WO6.当复合4wt%Bi2WO6水热处理温度为150℃时,所制备的复合光催化剂的光催化活性最佳,为纯ZnO的2.6倍.活性提高的主要原因是形成的Bi2WO6/ZnO异质结能显著降低光生电子和空穴对的复合几率,并改善了异质结型Bi2WO6/ZnO复合光催化剂的表面性能.     

TiHAP@g-C3N4异质结的制备及光催化降解甲基橙

通过水热法合成了钛羟基磷灰石(TiHAP)与g-C₃N₄复合光催化剂(TiHAP@g-C₃N₄),并对其结构和光学特性进行表征,通过甲基橙(MO)降解实验评价其光催化活性。结果表明：样品中短棒状TiHAP生长在g-C₃N₄表面,均保持原有晶型和化学结构;制备的TiHAP@g-C₃N₄纯度高,比表面积达107.92 m²/g,较TiHAP、g-C₃N₄分别增大约135%、44%;在TiHAP@g-C₃N₄添加量为1.0 g/L、pH 7条件下,120 min内MO降解率达96.35%;3次循环实验降解率保持在80.02%以上,TiHAP@g-C₃N₄光催化性能良好且结构稳定。空穴(h⁺)在MO降解过程中作用最大,·O₂<...     

水热法制备稀土掺杂铁酸铋粉末及其性能研究

采用水热法制备了不同稀土元素(La、Ce、Nd)A位掺杂铁酸铋粉末。X射线衍射表明该方法制备的铁酸铋粉末为R3c三方晶相结构;扫描电子显微镜图像表明,稀土元素掺杂对铁酸铋粉末形貌影响较大,不同稀土元素掺杂的粉末呈现不同的颗粒形貌和尺寸;光电子能谱扫描分析证实了掺杂稀土的存在,得到了Fe2+的含量;紫外-可见光吸收光谱显示,掺杂铁酸铋粉末在蓝绿光区(400~550nm)有着更强吸收,稀土掺杂使其吸收边蓝移;磁滞回线结果表明A位稀土元素(La、Ce、Nd)掺杂使得铁酸铋粉末铁磁性得到明显增强。     

溶胶-凝胶法制备BiFeO3铁电薄膜的结构和特性

采用 sol gel 方法在 Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上制备出纯相铁酸铋薄膜。采用热分析方法研究了凝胶的化学变化和析晶过程。分析讨论了退火温度对薄膜的结构和形貌的影响。并用 XRD、SEM 等手段对样品在不同温度条件退火处理后的薄膜相和形貌进行了分析。在800℃时采用层层退火方式,有效抑制 Fe价态转化,从而降低了电子波动引发的氧空位数目,制备出纯铁相高电阻率的BiFeO3 铁电薄膜,并观测到饱和电滞回线,其 Ps 和 Pr 分别为 6.9μC/cm2 和 2.8μC/cm2。     

自组装功能膜诱导合成铁酸铋薄膜的研究

采用分子自组装技术在玻璃基片表面制备了十八烷基三氯硅烷自组装单层膜(OTS-SAMs),并在功能化的基板表面诱导生成铁酸铋(BiFeO3)薄膜,采用接触角测试仪、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)测试手段对OTS膜和BiFeO3薄膜进行了表征.实验结果表明,在SAMs功能化的玻璃基底上所制备的铁酸铋薄膜结晶良好,薄膜表面平整光滑,结构致密均一,而且形成BiFeO3多晶聚集体,多晶聚集体的大小在2μm左右.     

煅烧温度对铁酸铋纤维形貌及性能的影响

采用静电纺丝技术制备了铁酸铋(BiFeO_3,BFO)纤维,研究了煅烧温度对样品光吸收、铁电、铁磁及光催化性能的影响,并对样品的微观形貌、物相组成进行了表征。结果表明,当烧温度为550℃时能够获得表面光滑、束径约为220nm的连续纤维状钙钛矿BFO,但存在少量Bi25FeO40杂质相;当温度升至600℃时,杂质相消失,煅纤维束径减小且形貌变为串珠状;进一步提高煅烧温度,BFO纤维发生断裂、垮塌,并在700℃形成不规则短粗棒状产物。在600℃煅烧温度条件下得到的BFO纤维具有良好的连续性、较好的铁电性能以及较高的光催化活性和稳定性,这与其具有较好的结晶性能、较小的带隙以及特殊的一维形貌有关。     

低碱浓度下水热合成铁酸铋粉体

以硝酸铋为铋源,硝酸铁或氯化铁为铁源,氨水为沉淀剂,在0．06mol／L氢氧化钠的低碱浓度下水热合成了纯相铁酸铋粉体,采用X射线衍射和红外光谱等分析表征,结果表明,所得产物均为钙钛矿结构铁酸铋粉体;SEM观测显示了随温度升高产物形貌的变化过程。以氯化铁为铁源制得粉体的光催化行为利用可见光分光光度计在亚甲基蓝最大吸收波长（664nm）处测试对应染料上清液吸光度值,表征染料脱色程度,结果表明,采用不同的铁源,所得铁酸铋粉体性能基本一致。     

铁电薄膜与底电极之间界面的异质结效应

铁电薄膜与底电极之间由于高温扩散而形成了界面层，且观察到其对薄膜电性能的影响类似于硅衬底上铁电薄膜的异质结效应。基于能带理论的考虑，建立物理模型来解释其影响。该界面异质结模型不仅可以解释铁电薄膜的界面分层、电滞回线不对称等现象，而且还成功地解释了电滞回线中心在极化轴上的偏移和疲劳循环过程中的偏移增加，并探讨了这种偏移对铁电薄膜疲劳特性的影响。