纳米CdS的制备及催化分解水制氢的研究进展

CdS作为典型的光催化半导体材料已经得到广泛的应用,然而,CdS存在光稳定性差、易发生光腐蚀以及产氢速率低等缺陷,限制了CdS的应用。本文综述了制备纳米CdS光催化剂的方法及其在光催化分解水制氢中的应用。     

负载型纳米CdS制备及催化分解水制氢的研究进展

硫化镉(CdS)是一种研究广泛的光催化剂,禁带能为2.4 eV,可以吸收波长小于520 nm的紫外和可见光,吸收波长范围宽,作为光催化剂具有较大的优势.纯CdS的光催化效率较低,在水溶液中易发生光腐蚀,致使催化寿命缩短,限制了CdS的应用.利用载体比表面积大,易于离子交换且有利于电子传递等优点,将纳米CdS制备成负载型催化剂,可以有效地提高CdS的光催化效率与稳定性,成为CdS改性的一种有效手段.本文综述了以SiO2、Al2O3、MgO、分子筛、高分子材料、层状化合物及钙钛矿型复合氧化物等为载体,制备负载型纳米CdS光催化剂的方法及其在光催化分解水制氢中的应用.     

In2O3/CdS复合物的制备及光催化性能

以氧化铟(In_2O_3)纳米球作为基体,采用水热法制备了氧化铟/硫化镉(In_2O_3/CdS)复合光催化剂,并利用XRD、SEM等对所制备复合光催化剂进行了表征。结果表明:复合光催化剂由立方相的In_2O_3纳米球和六方相CdS棒状结构组成,且In_2O_3纳米球附着于CdS棒状结构表面上。光学性能测试和光降解实验发现:所得复合光催化剂与纯In_2O_3和纯CdS相比,不仅光响应范围增加,而且光催化亚甲基蓝(MB)的活性也得到显著改善。当In_2O_3/CdS中n(In_2O_3)∶n(CdS)=1∶4时,光催化效率改善尤为明显,当复合催化剂的质量为0.05 g时,MB转化率达到96.2%;这可能是由于CdS接受In_2O_3表面上的光生电子,减少了光生电子与空穴的复合机会,因而提高了光催化降解能力。     

纳米CdS/TiO2对亚甲基蓝废水溶液的光催化降解研究

利用纳米TiO2光催化氧化技术对亚甲基蓝废水溶液进行了光催化净化研究，考察了CdS催化剂复合量、光催化剂焙烧温度对亚甲基蓝废水溶液光催化氧化的影响。研究表明：染料浓度在7．5mg，L，3％CdS／TiO2复合半导体光催化剂2．5g／L，三支8W主波长为365nm紫外灯作光源，配以适量的氧气，可达到较好的光催化降解率。适量CdS改性增强了复合半导体材料的电子和空穴分离效率，有效地提高了CdS／TiO2光催化剂的光催化活性。     

过渡族金属离子掺杂改性纳米二氧化钛光催化性能研究进展

随着环境污染的日益加剧,光催化技术可利用自然光降解大气或水体中的污染物,是解决环境污染问题最有效的手段之一。二氧化钛(TiO_2)因具有光催化活性高、稳定性好及无毒等优点,应用前景较好;但TiO_2的带隙过宽且光生电子与空穴易复合,在光催化领域的应用受到限制。对TiO_2进行掺杂改性并开发具有特殊结构的材料是目前光催化研究的热点。综述了近年来国内外在过渡族金属离子掺杂改性纳米二氧化钛光催化性能方面的研究进展,分析和比较了不同类型过渡族金属离子掺杂对TiO_2晶体结构及光催化性能的影响,并对其作用机理进行了讨论,评价了影响掺杂纳米TiO_2光催化性能的关键因素,同时针对过渡族金属离子掺杂改性存在的问题提出了建议,为纳米TiO_2光催化技术的发展提供参考。     

二氧化钛基纳米复合光催化材料的制备方法及应用研究进展

TiO₂光催化剂在环境污染控制领域有着良好的应用前景,一直是光催化材料研究的热点。由于TiO₂的禁带宽度大、光生电子和空穴迁移能力低等缺点限制了在可见光照射下的光催化效率;为了克服TiO₂的局限性,人们对TiO₂进行了改性研究,以提高TiO₂在可见光下的光催化活性。本文综述了近年来二氧化钛基纳米复合光催化材料的制备方法,介绍其在污水处理、生物医药、农业生产等领域的应用。     

纳米TiO2的改性技术及其应用前景

针对半导体纳米TiO2粒子带隙较宽、光利用率低的缺点,对表面光敏化、掺杂过渡金属离子、表面沉积贵金属、复合半导体等几种提高TiO2光催化活性的改性方法进行了综述,介绍了各方法的机理以及研究现状,并对TiO2光催化剂的应用前景进行了展望。     

CoO/CdS纳米复合材料的制备及其光催化降解亚甲基蓝的研究

采用物理气相沉积法制备CoO/CdS纳米复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(E DS)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对其形貌、结构和光吸收性质进行表征,并以亚甲基蓝溶液的光催化降解为探针反应,在可见光下考察CoO/CdS纳米复合材料的光催化性能.结果表明,CoO/CdS纳米复合材料的光催化活性显著高于CdS纳米颗粒,100 min后亚甲基蓝降解率达到92.4％.     

基于希瓦氏菌基因工程菌制备集成催化剂及光催化性能

以希瓦氏菌基因工程菌（Shewanella oneidensis,SO）为生物模板载体，基于其过表达半胱氨酸脱硫酶的特性，利用外源添加半胱氨酸和镉离子在细菌表面合成并固定硫化镉纳米颗粒，再进一步负载氧化锌纳米颗粒，构建三元集成光催化剂（SO/CdS/ZnO）。采用SEM、TEM、EDX、XRD和XPS等技术对集成催化剂的理化性质进行充分表征；通过光催化降解染料实验评价其光催化性能。研究结果表明，CdS和ZnO纳米颗粒能够均匀负载在生物菌体外表面。所制备的集成催化剂能够有效光降解有机染料，并且锌源添加量对催化剂的降解效率有显著影响。当醋酸锌的添加量为0.22g时，集成催化剂的光降解效率最佳，有机染料在60min内光降解效率可达约100%。此外，集成催化剂重复使用5次后，光降解有机染料的效率仍能维持在80%左右。在有机染料降解过程中CdS纳米颗粒作为光吸收剂产生光生电子和空穴，而ZnO纳米颗粒抑制了光生电子和空穴对复合，双组分的协同作用提高了光降解效率。本文为构建多组分的集成光催化剂提供了简易可行的技术路线，证明了以基因工程菌为平台材料组装半导体纳米颗粒在光催化领域具有应用前景。     

铜锡改性纳米二氧化钛光催化氧化还原性能的研究

在复合半导体基础上，采用超声浸渍法对催化剂表面作进一步铜改性，制备了铜锡改性的纳米二氧化钛光催化剂CuOx-SnO2／TiO2，考察了表面铜改性、二氧化锡复合对催化剂光催化氧化还原性能的影响．结果表明，表面铜改性和复合都有利于提高催化剂光催化氧化还原能力，二者间表现出相互增强的作用．结合XRD、XPS、TEM等催化剂表征结果，对铜锡改性纳米二氧化钛光激发机制进行了讨论，提出了二氧化碳光催化还原的可能机制．     

CdS／TiO2光催化去除水体中氨氮的研究

利用溶胶-凝胶法制备了不同比率的CdS掺杂TiO2复合纳米颗粒催化剂，并用其进行了紫外光、日光灯和太阳光全波长光催化去除水中氨氮和其它形式无机氮的对比实验研究．考察了添加催化剂的量、CdS复合比率、有氧化态氮亚硝酸根或硝酸根与氨氮共存时光催化脱氮的耦合效果、外加光源等对脱除氨氮效率的影响，并研究了后3个因素对CdS光腐蚀程度的影响．对于氨氮初始质量浓度为50mg／L的模拟废水，在通空气搅拌条件下，n（CAS）：n／（TiO2）=0．17的CdS／TiO2催化剂脱氮效果最佳，此时经紫外光照2h后脱除氨氮效率达41．5％．实验结果表明：复合催化剂中CdS的含量是影响光催化活性和光腐蚀程度的重要因素．     

g-C_3N_4光催化剂的制备及改性研究进展

作为一种可见光响应的半导体聚合物光催化剂,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)在抑制环境污染和解决能源短缺方面具有广阔的应用前景。然而,传统方法合成的g-C_3N_4光催化剂比表面积小、禁带宽度大、光生电子-空穴易于复合,抑制了其光催化活性,需要对其进行改性来提高光催化能力。在介绍g-C_3N_4的制备方法的基础上,综述了g-C_3N_4在元素掺杂、构建有效晶面复合的异质结或纳米复合物及构建等离子体等光催化剂改性方面的研究进展。     

新型CdS/CNTs光催化材料的制备及性能研究

以硝酸镉和硫代乙酰胺为原料,在经浓硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)表面原位生成硫化镉(CdS)纳米颗粒,制备了CdS/CNTs光催化剂。在可见光条件下比较了CdS/CNTs样品与简单混合的CdS-CNTs样品以及纯的CdS样品的光催化性能,讨论了CNTs对CdS光催化性能的增强机理。结果表明,CdS/CNTs样品对甲基橙的光催化降解性能与简单混合的CdS-CNTs样品以及纯的CdS样品相比有显著增强,说明CNTs在CdS/CNTs样品中起到了分离电子-空穴对的作用。     

纳米TiO2/ZSM-5型催化剂的制备及其光催化应用研究进展

纳米TiO2半导体作为光催化材料的代表,以其较高的光敏性、化学稳定性和环境友好等诸多优点受到广泛关注;但由于纳米TiO2颗粒极易团聚,对有机物吸附量较低等缺点,限制了纳米TiO2光催化效率的提高。本文综述了以ZSM-5为载体,制备纳米TiO2/ZSM-5及金属阳离子改性后的M-纳米TiO2/ZSM-5和纳米TiO2/M-ZSM-5不同方法,归纳比较了各种制备方法的优缺点,阐述了以纳米TiO2/ZSM-5为主体的催化剂光催化降解有机物的研究现状。并指出提高纳米TiO2颗粒在载体上的均匀分散性,引入合适金属离子来增强对电子的吸引能力从而抑制空穴电子对的复合,是未来研究高效光催化剂的发展方向之一。     

CdS纳米粒子的室温固相反应制备及其光催化活性研究

以牛血清白蛋白为稳定剂,采用CdSO4.8H2O、硫脲和NaOH之间的室温固相反应制备了高分散立方晶相粒径为4~5 nm的CdS纳米颗粒。用X射线洐射(XRD)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对CdS纳米颗粒的相组成,形貌和粒径等进行了表征。以甲基橙降解脱色为探针反应,研究了自然光照条件下,CdS纳米颗粒的光催化活性,即光催化剂用量,试液的pH值,光照及时间等与甲基橙脱色率的关系。在最佳光催化剂用量为0.2 g,最佳pH值为1时,太阳光照射1 min,甲基橙降解率可达99%以上,表明由室温固相反应制备的CdS纳米颗粒,具有优异的光催化活性。     

十六烷基三甲基溴化铵改性CdS的制备及可见光催化性能

以硫化钠和乙酸镉为原料,通过水热合成法制备十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性CdS催化剂。利用XRD、FTIR、FESEM(EDS)和UV-Vis DRS等手段对催化剂进行表征,并在可见光下对甲基橙(MO)进行降解实验。结果表明,经CTMAB改性处理后,CdS的晶体结构未发生破坏但结晶度有所提高,其形貌由原来片层状结构转变为颗粒状,表面也被有机化改性。改性CdS的禁带宽度稍有增大,但吸附和光催化性能有较大提升,0.3CdS表现出最好的光催化活性,对MO的降解速率约为CdS的14倍,光照100 min,降解率接近100%。自由基捕获和循环实验表明,h⁺、·OH和·O^-₂均大量存在反应体系中,在经过4个循环的光催化反应后,0.3CdS的催化活性下降约43%。     

C/TiO_2纳米复合材料的制备及其光催化性能研究

无机纳米金属氧化物TiO_2由于其独特的理化性质在各方面的应用得到了广泛的研究。但是由于其禁带宽度较大仅能利用太阳光中较少的紫外光部分,量子效率低,阻碍了其光催化技术的应用,为了提高光催化效率,往往将TiO_2进行复合、掺杂改性和构建新型窄禁带化合物。本文采用水热合成的方法制备C/TiO_2纳米复合材料,通过X射线衍射、透射电子显微镜、X光电子能谱、拉曼等现代分析测试技术,对所做材料的微观结构进行分析表征。结果表明,通过水热合成法制备的C/TiO_2纳米复合材料,可以提高TiO_2光催化活性,抑制高温下TiO_2晶型的转变,具有高的比表面积和吸附能力等,且在光催化微生物灭菌方面应用效果明显。     

C/TiO_2纳米复合材料的制备及其光催化性能研究

无机纳米金属氧化物TiO_2由于其独特的理化性质在各方面的应用得到了广泛的研究。但是由于其禁带宽度较大仅能利用太阳光中较少的紫外光部分,量子效率低,阻碍了其光催化技术的应用,为了提高光催化效率,往往将TiO_2进行复合、掺杂改性和构建新型窄禁带化合物。本文采用水热合成的方法制备C/TiO_2纳米复合材料,通过X射线衍射、透射电子显微镜、X光电子能谱、拉曼等现代分析测试技术,对所做材料的微观结构进行分析表征。结果表明,通过水热合成法制备的C/TiO_2纳米复合材料,可以提高TiO_2光催化活性,抑制高温下TiO_2晶型的转变,具有高的比表面积和吸附能力等,且在光催化微生物灭菌方面应用效果明显。     

硫化物光催化剂的形貌控制及光催化性能的研究进展

无机纳米材料的结构、维度、形貌、尺寸等因素对它们的功能性能有着直接影响。CdS、ZnS以及其复合纳米材料在光、电、磁、催化和力学等方面有着特殊的性能,这与晶体形态和形貌紧密相关,因此制备可控粒度、形状、取向的CdS等硫化物半导体纳米材料,研究其结构、形貌对光催化性能的影响,对新型高效光催化材料的研究与开发具有重要的意义。本文重点介绍了近几年硫化物形貌和粒径的控制的研究进展以及此类光催化剂在光催化分解水制氢和降解有机染料等方面的应用。     

纳米TiO_2可见光催化改性技术的研究进展

对纳米TiO2光催化的机理、光催化反应动力学及可见光催化改性技术等方面的研究进展作了详细综述。