S-型异质结光催化剂的制备和应用研究进展

近年来,研究者提出了一种新的S-型异质结光催化剂。S-型异质结光催化剂在光生电子空穴对的有效分离、无用电子空穴的复合、载流子的有效分离、保留强氧化-还原活性位点等方面有着显著的优点。综述了近年来,S-型异质结光催化剂的反应机理、制备方法,以及在水分解制氢、CO₂还原、污染物的降解、灭菌等应用方面的研究进展,提出了S-型光催化体系的发展前景和面临的挑战。      

Z-型异质结光催化剂的设计、制备和应用研究进展

传统异质结具有扩大光响应范围、促进载流子分离的优点，但存在氧化-还原能力不够的问题。Z-型异质结是根据自然界植物光合作用模拟的人工光合作用而提出的，相对于单一光催化剂与传统异质结光催化剂具有能有效分离电子空穴对、减少复合几率、保留强氧化-还原活性位点、扩大光响应范围、提高光催化活性等优点。文中综述了近年来，液相Z-型异质结光催化剂、全固态Z-型异质结光催化剂、直接Z-型异质结光催化剂的反应机理、构建方法与在光解水产氢、CO₂还原、有机物的降解、水中重金属离子的还原等应用方面的研究进展。并对比几类Z-型异质结光催化剂的特点，提出了Z-型光催化体系发展的未来挑战和前景。      

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。     

石墨烯/半导体复合光催化剂的研究进展

较为系统地介绍了近年来利用石墨烯与半导体复合制备新型复合光催化剂的研究状况,综述了具有纳米结构的钛基、钨基、锌基、铋基等复合光催化剂的研究新进展。提出和分析了石墨烯/半导体复合光催化剂促进光催化机理,认为石墨烯能有效地提高光生电子-空穴对的分离效率,改善催化剂的物理结构和光吸收性能,从而提高光催化活性,最后提出了该领域今后发展和研究的方向。     

异质结构的复合光催化材料的研究新进展

较系统地介绍了近年来具有异质结构的复合光催化材料的研究状况,综述了异质结光催化材料的制备、异质结对光催化活性的影响及其应用的研究新进展.认为异质结是提高电子-空穴对分离效率和光催化性能的有效途径,最后提出了该领域今后发展的新方向.     

异质结构的复合光催化材料的研究新进展

较系统地介绍了近年来具有异质结构的复合光催化材料的研究状况,综述了异质结光催化材料的制备、异质结对光催化活性的影响及其应用的研究新进展.认为异质结是提高电子-空穴对分离效率和光催化性能的有效途径,最后提出了该领域今后发展的新方向.     

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.      

水热法合成Ag_2CO_3/ZnO异质结复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法合成了一系列不同Ag2CO3含量的新型Ag2CO3/ZnO异质结复合光催化剂,运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)等系列手段对所制备的光催化剂进行了表征,并以紫外光(254 nm)为光源,评价了催化剂光催化降解甲基橙的活性,考察了不同Ag2CO3复合量、不同水热温度对ZnO复合光催化剂反应活性的影响.结果表明,当Ag2CO3含量为2%、水热温度为140℃,复合光催化剂具有最大的光催化活性,降解率达到86.31%.Ag2CO3/ZnO异质结复合光催化剂具有更高的光催化活性主要原因是复合光催化剂对紫外光有很强的吸收能力,适量Ag2CO3能提高光生电子-空穴对的分离效率,并改善催化剂的物理性能.     

TiO2纳米管阵列涂层的相态和形貌对其光催化活性的影响研究

通过阳极氧化法在金属钛表面制备了TiO2纳米管阵列涂层(TiO2 nanotube array,TNT),并通过改变其形貌和相态探索TNT涂层光催化反应的机理。研究表明TNT涂层光催化降解有机物的机理是依靠光生空穴与氧化剂生成的羟基自由基来氧化有机物中的基团。此外涂层表面的F离子残留量对TNT涂层的光催化性能有一定的影响,F离子残留量越少,纳米管的光催化活性越高,这是由于在光照条件下,带有负电的F离子易于和带正电的光生空穴发生反应,同时由于F离子的残留使纳米管中出现了Ti3+,从而降低了光生电子的数量。低温退火处理条件下,纳米管的形貌基本上没有改变,影响半导体材料性能的主因是相态变化,锐钛矿占主体的混晶结构能够有效促进光生电子-空穴对的分离和传输,从而提高光催化性能。     

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。     

热剥离法制备含缺陷g-C3N4纳米片及光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,采用热剥离法在不同温度制度下制备了g-C₃N₄纳米片,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射式电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)对其晶型结构、微观形貌、光吸收性能进行了表征。并以盐酸四环素(TC-HCl)和罗丹明B(RhB)为目标降解物,评价了材料的光催化活性。结果表明,当热剥离温度为550℃时,g-C₃N₄纳米片显示出最佳的降解性能。4 h对TC-HCl的降解效率为82.9%,2 h对RhB的降解效率为97%。这是由于,随着热剥离温度的升高,B-g-C₃N₄被逐渐剥离为g-C₃N₄纳米片,550℃剥离的纳米片厚度为9.346 nm,减少的厚度显著增大了光催化材料的比表面积。并且由于氧气的刻蚀,在g-C₃N₄纳米片表面会产生大量缺陷,为降解物提供活性位点。随着温度升高,g-C₃N₄纳米片的禁带宽度由2.47 eV拓宽至2.65 eV,抑制了光生电子-空穴的复合。其中还原电位由-1.37 eV移动至-1.46 eV,为光催化材料提供了更强的还原能力,氧化电位由1.10 eV移动至1.19 eV,为光催化材料提供了更强的氧化能力。     

CeO2/Bi2MoO6纳米复合材料的制备及 其增强光催化降解性能研究

采用水热法制备了一系列不同的CeO₂/Bi₂MoO₆纳米复合材料,分别考察了pH值（2~9）和Ce/Bi摩尔比（3 %~10 %）等因素对其光催化性能的影响.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱、瞬态光电流-时间响应等一系列分析测试手段对催化剂的组成、结构、光电性能等进行表征.结果表明,当pH=6时,所制备的Bi₂MoO₆（BMO）晶体形貌为细针状,复合CeO₂后形貌为厚片状,比表面积减小、晶体颗粒增大.在实验室模拟太阳光条件下（300 W氙灯)进行光催化活性测试,分别以罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和苯酚为模拟污染物,对复合光催化剂的光催化活性进行考察,结果表明,当CeO₂的含量为5 %时呈现出最高的光催化降解活性. 5 % CeO₂/BMO对RhB、MB和苯酚的光催化反应的速率常数分别为0.037 min-1、0.016 min-1和0.007 min-1,相对于纯的BMO分别提高了3.19倍、1.70倍和4.58倍.其光催化性能增强主要原因是CeO₂与Bi₂MoO₆复合后形成异质结有利于光生电子-空穴的有效分离,从而提高了活性自由基的含量.在自由基捕获实验中,超氧根离子自由基（·O2-）、羟基自由基（·OH）和空穴（h+）参与了光催化降解,其影响顺序为:·O2->·OH>h+.      

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.      

Facile fabrication of CeF_3/g-C_3N_4 heterojunction photocatalysts with upconversion properties for enhanced photocatalytic desulfurization performance

Cerium fluoride(CeF_3) semiconductor with upconversion property was constructed on graphite carbonitride(g-C_3 N_4) nanosheets by microwave hydrothermal method.The X-ray diffraction,transmission election microscopy,Fourier transform infrared,and X-ray photoelectron spectra techniques were used to characterize the CeF_3/g-C_3 N_4 nanocomposite.The study shows that CeF_3 has upconversion property and can convert visible light(Vis) and near-infrared light(NIR) into ultraviolet light(UV).Mo reover,CeF_3 and g-C_3 N_4 can form well-defined heterojunction and promote the effective separation of photogenerated electrons and holes.The synergistic effect of the CeF_3/g-C_3 N_4 nanocomposite was evaluated by photocatalytic degradation of dibenzothiophene(DBT).The optimum photocatalyst of CeF_3/g-C_3 N_4(40 wt%) composites exhibit the highest photocatalytic desulfurization rate of the model oil under visible light radiation.     

A novel n-CeO_2/n-CdO heterojunction nanocomposite for enhanced photodegradation of organic pollutants under visible light irradiation

In this study,a series of novel visible light driven n-CeO_2/n-CdO heterojunction(CeO_2/CdO)nanoco mposites we re successfully fabricated by simple ultrasonication method.Several characte rization tools including X-ray diffraction(XRD),scanning electro n microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM)and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy(UV-DRS),etc.,were utilized to investigate the physicochemical properties of the catalyst and confirm the formation of heterojunction.Under visible light irradiations,the photocatalytic activities of the as-prepared CeO_2/CdO nanocomposites were evaluated by degrading of Congo red(CR)and Rhodamine B(RhB)solutions.As a result,the CeO_2/CdO(mass percentage ratio 1:3)nanocomposite displays remarkable performance for CR and RhB degradation.The enhancement in the photocatalytic performance of CeO_2/CdO(1:3)nanocomposite can be attributed not only to the strong visible-light absorption region,separating the photogenerated electronhole pairs but also to the formation of n-n type heterojunction.The results also indicate that the CeO_2/CdO(1:3)nanocomposite has good stabilization and high reusability.In addition,the mechanism is proposed for the coupled semiconductors and possible reasons for the enhancement of visible-light photocatalytic efficiency are also discussed.This work can provide a new gateway to fabricate visible photocatalysts and promising candidate catalysts for poisonous wastewater treatment in the near future.     

碳酸银及其异质结构的研究进展

碳酸银是一种新型银系半导体光催化材料, 具有良好的催化性能, 在与其他半导体复合形成异质结构后, 催化性能和稳定性均有所提升。本文综述了碳酸银光催化材料的发展、碳酸银基异质结的制备方法和增强机理, 并对该材料的发展前景做出展望。     

钴掺杂氧化锌纳米材料的制备、表征及可见光光催化性能研究

以六水合硝酸锌（Zn（NO3）2·6H2O）,四水合醋酸钴（Co（CH3COO）2·4H2O）,草酸（C2H2O4·2H2O）和氨水（NH3·H2O,25％）为原料,采用直接沉淀法制备了钴掺氧化锌纳米材料,并用x射线衍射,紫外一可见吸收光谱,透射电子显微镜以及能量色散型x射线谱（EDS）对其进行了表征。用钨灯作为光源,黄药为降解物,研究了钴掺氧化锌纳米材料的光催化性能,实验结果表明,钴离子掺杂提高了ZnO的光催化活性,当钴离子摩尔掺杂量为5％时,光生电子一空穴的复合得到了有效抑制,从而具有最高的黄药降解效率。