具有可见光活性的光催化剂研究进展

简述了可见光光催化机理,该机理与紫外光光催化机理的不同之处在于其电荷传输与分离机制。综述了近年来具有可见光活性的光催化材料的研究进展。贵金属、过渡金属及其化合物的掺杂、染料光敏化、氮掺杂和在适当载体上的负载可使复合物的复合禁带宽度小于TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收带发生红移,实现可见光响应,其中,氮掺杂ZnO或氮掺杂TiO2及其复合半导体具有较好的可见光光催化活性,另外一些氮氧化物、氮化物及许多钙钛矿型半导体可以作为可见光分解水的有效催化剂。     

金属掺杂二氧化钛的研究进展

二氧化钛(TiO2)是一种比较理想的光催化剂,具有无毒、生产成本低、耐光照等特点。但是较宽的禁带使其应用受到一定的限制,通过掺杂可以改变禁带的宽度提高TiO2的光催化和光电性能。掺杂可分为非金属掺杂和金属掺杂,非金属掺杂一般是拓展其光吸收范围,提高对可见光的响应能力。金属掺杂为了抑制电子—空穴的复合,提高光催化性能,此外TiO2掺杂金属后表现出光、电、磁性能。     

掺杂改性TiO2可见光光催化剂研究的最新进展

纳米TiO2在紫外光照射下具有良好的光催化活性,在环境污染物治理方面具有重要的应用前景。为提高TiO2对可见光的吸收,常常需要对TiO2进行掺杂改性以缩小其禁带宽度。本文综述了近些年来国内外在金属掺杂、非金属掺杂、金属-金属共掺杂、金属-非金属共掺杂、非金属-非金属共掺杂以及杂多酸盐掺杂改性TiO2光催化剂方面的最新进展,并对TiO2可见光光催化剂的研究进行了展望。     

N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热法制备N掺杂TiO2,将其与二氰二胺混合进行高温焙烧合成N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂。采用XRD、UV-Vis、N2吸附-脱附和SEM等对催化剂进行微观结构表征,以200W氙灯模拟光源并过滤掉420nm以下的紫外光,对比研究TiO2、g-C3N4、N-TiO2和复合光催化剂对罗丹明B的可见光降解性能。结果表明,N掺杂后TiO2的禁带宽度降低,催化活性提高;而复合光催化剂可见光吸收边距相对N-TiO2进一步红移,禁带宽度为2.75eV,降解罗丹明B的一级动力学常数k可达0.12158min-1,是g-C3N4、N-TiO2的2倍;复合催化剂重复使用4次后,对罗丹明B的降解率仍达92%以上,表明催化剂具有较好的光催化活性和稳定性。     

掺杂ZnO光催化剂研究进展

ZnO作为半导体光催化剂,具有无毒性、高效性和低成本等优点得到广泛研究。但是ZnO禁带宽度较宽,为3.37 eV,仅能吸收紫外光,而且光生电子和空穴较容易复合,在太阳光照射下,表现出较低的光催化活性,不能满足工业应用要求。对ZnO进行改性能够提高ZnO对可见光的利用率及光催化活性。其中,对ZnO进行掺杂能够有效改变光催化剂的比表面积、颗粒大小和光催化活性等性质,适当引入一些金属或非金属离子有可能使催化剂对光的吸收范围扩展到可见光区。金属掺杂能使ZnO形成更多的晶格缺陷,降低电子和空穴的复合几率;而非金属掺杂能够在ZnO晶格中引入氧空位以及引起ZnO晶格膨胀,使ZnO禁带变窄,进而能吸收可见光;同时,掺杂两种非金属有可能比掺杂单一非金属更能改善ZnO对可见光的吸收。结合金属掺杂与非金属掺杂的优点,金属与非金属共同掺杂到ZnO中,使ZnO的各种缺点得到全面改善。此外,利用金属氧化物对ZnO进行掺杂,可改变ZnO晶格结构以及表面电子状态,提高ZnO光催化活性。需加强对掺杂理论的研究,掺杂虽能使ZnO能够吸收可见光,但是对可见光吸收不强,对太阳能利用率不高,需要对ZnO改性方法进行更深入研究,同时,光催化要进一步在工业上进行应用,应加强对光催化降解多组分废水及真实废水进行研究,其稳定性、固载化及其回收利用方面也应该得到更多关注。     

BiPO_4光催化剂改性研究的最新进展

BiPO_4是近几年发现的能被紫外光激发的光催化剂,其具有较强的矿化能力、易于制备、且稳定无毒等优点,得到了国内外研究学者的关注。由于BiPO_4禁带宽度大,导致其光催化活性差。为提高BiPO_4对可见光的吸收,常常需要对其进行掺杂或复合改性来减小其禁带宽度。对金属掺杂、非金属掺杂、复合改性、表面活性剂修饰等进行了总结,并对其在提高活性方面进行了展望。     

BiPO_4光催化剂改性研究的最新进展

BiPO_4是近几年发现的能被紫外光激发的光催化剂,其具有较强的矿化能力、易于制备、且稳定无毒等优点,得到了国内外研究学者的关注。由于BiPO_4禁带宽度大,导致其光催化活性差。为提高BiPO_4对可见光的吸收,常常需要对其进行掺杂或复合改性来减小其禁带宽度。对金属掺杂、非金属掺杂、复合改性、表面活性剂修饰等进行了总结,并对其在提高活性方面进行了展望。     

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。     

纳米二氧化钛复合材料降解水中污染物的研究

对金属离子掺杂纳米二氧化钛复合光催化材料降低水中污染物的研究进展进行了论述；金属离子掺杂纳米二氧化钛复合光催化材料相较于纳米二氧化钛，其禁带宽度变窄，提高了在可见光区的吸收性能，提高了光催化活性，提高了污染物降解率。     

钇氮共掺杂K_2Nb_4O_(11)光催化剂的制备及其活性研究

文章主要报道了钇氮共掺杂的K2Nb4O11光催化剂的制备,XRD和SEM结果表明因为钇氮共掺杂的掺入量很少,对K2Nb4O11的晶体结构和表面形貌没有很大的影响。光催化活性表征结果显示,在可见光下对双酚A(BPA)的光催化降解,Y-K2Nb4O11-N的光催化活性远远高于单纯的或者钇掺杂的K2Nb4O11,也比Degussa P25 TiO2活性高。这表明,钇氮共掺杂对K2Nb4O11可见光响应活性具有很大的提高作用,因为钇的掺杂,钇离子在晶格中可以捕获被光激发的激发电子,抑制了电子空穴对的复合,从而提高光催化效率;而氮的掺杂可以缩小能隙,提高可见光的利用率。     

N修饰纳米TiO_2可见光催化降解氮氧化物

为了充分利用可见光催化转化氮氧化物,采用碳酸铵作为N源,用浸渍的方法制备了掺N的纳米TiO2。XRD分析结果表明,修饰和煅烧过程没有改变TiO2的晶型;由X光电子能谱(XPS)可得,N在TiO2晶格中形成N—Ti—O键;催化剂的UV-Vis漫反射光谱显示,N修饰TiO2催化剂的吸收光谱发生了一定程度的红移,在可见光区有一定的吸收。N修饰TiO2催化在蓝光照射下对NO2有一定的转化。合适的N修饰量和煅烧温度对修饰过程非常重要,m[(NH4)2CO3]/m(TiO2)为0.20的混合物在600℃下煅烧1.0 h的催化剂在可见光下转化NO2的活性最高。     

氮掺杂TiO2可见光光催化研究进展

实现TiO2的可见光催化一直是光催化领域的热点和难点。近年来,掺氮TiO2由于在可见光区具有较好的光催化活性引起了科研工作者的关注,本文详细介绍了掺氮TiO2的制备方法、掺杂的氮的化学态和可见光响应机理的情况,对未来的发展趋势作了预测。     

掺钒二氧化钛的可见光催化性能研究

制备高活性可见光响应型掺钒TiO2光催化剂,以荧光灯为光源,光催化降解亚甲基蓝为模型反应,对可见光下TiO2的催化活性进行评价。研究了掺钒TiO2制备方法、掺钒量及氧化剂对光催化氧化的影响。结果表明,溶胶-凝胶法制备的TiO2催化活性较高,且工序简单,钒离子掺杂均匀;掺钒能使TiO2具有可见光响应,最佳掺钒量为1%;外加氧化剂H2O2能提高掺钒TiO2催化活性。     

水处理光催化剂TiO2掺杂改性研究进展

TiO₂ 光催化是一种可以利用太阳光的高级氧化技术,在水处理方面具有广阔的应用前景,但该技术目前大都吸收紫外光,对可见光利用效率很低,急需研究可提高TiO₂ 光催化性能的改性方案。本文综述了近年来 TiO₂ 金属掺杂、非金属掺杂以及共掺杂改性的理论与技术研究进展,对各种改性后的TiO₂ 光催化效率及其对可见光的响应进行了综合分析与比较,并提出了展望。     

纳米二氧化钛光催化剂共掺杂的研究进展

综述了近年来纳米二氧化钛光催化剂共掺杂的研究进展。介绍了纳米二氧化钛光催化剂的作用机理,从促进二氧化钛可见光响应、抑制光生电子与空穴的复合、造成晶格缺陷,增加氧空位、提高二氧化钛光催化剂表面羟基含量等方面解释了纳米二氧化钛光催化剂掺杂改性的作用机理。分析比较了非金属与非金属共掺杂、非金属与金属共掺杂、金属与金属共掺杂等不同掺杂方式对二氧化钛光催化剂的催化性能影响,并对今后的研究方向提出了建议。     

温和条件下CoPc/TiO2光催化还原CO2

采用浸渍法制备的TiO2负载钴酞菁(CoPc/TiO2)为光催化剂,在碱性水溶液中、可见光照下,CO2可被光催化还原为产物HCOOH、CO、CH4。对催化剂的制备条件进行了考察,在m(CoPc)∶m(TiO2)=1∶100、催化剂浸渍时间12 h、浸渍溶剂为甲苯、催化剂焙烧温度200℃的条件下,还原总产物量最高可达1 075.38μmol/g-cat,其中甲酸为主产物,最高可达708.54μmol/g-cat。对催化剂进行了XRD、DRS表征,证实了CoPc在TiO2表面的负载。结果表明:用该催化剂在可见光照及常温常压下,于水溶液中就可将CO2还原。其次,实验还发现光照下可产生电子转移,实现了电荷的重新分配,以降低电子-空穴的重新结合;TiO2表面应有一定的空隙率,有利于CO2在其表面获得电子被还原。     

纳米TiO2光催化剂在抗菌方面应用的新进展

由于TiO2半导体具有特殊的光催化性能,使它在光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的应用前景。本文主要介绍了TiO2光催化剂的杀菌原理,其在抗菌方面的应用,以及提高TiO2光催化活性和在可见光下的杀菌效率的最新研究进展。     

纳米TiO2光催化剂可见光化的研究进展

从纳米TiO2的掺杂和复合两方面,介绍了近年来实现其可见光化的研究进展。评述了金属离子的掺杂、稀土元素的掺杂、非金属元素的掺杂以及与另一种窄禁带半导体的复合,可使复合物的禁带宽度小于TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收带边发生红移,实现可见光响应。     

A review on mechanism,applications and influencing factors of carbon quantum dots based photocatalysis

CQDs (carbon quantum dots) have attracted a lot of attention in the field of photocatalysis due to its absorption of visible light, up-conversion luminescence, rich free groups on the surface and low cost. CQDs doped semiconductor can improve the photocatalytic reaction rate by the following three points: (1) adjust the band structure of photocatalyst; (2) facilitate the absorption of more visible light; (3) facilitate electron transfer and inhibits electron-hole recombination. In this review, the mechanism (photosensitizer, electron acceptor, up-conversion luminescence, etc.) and applications (photocatalytic degradation of organic pollutants, reduction of heavy metals, etc.) of CQDs in the field of photocatalysis are briefly introduced. Finally, the factors affecting the photocatalytic activity were summarized in order to adjust the reaction conditions and show high catalytic activity. It is hoped that this review can provide insights and inspiration for the development of CQDs in the field of photocatalysis.