钴掺杂聚合氮化碳光催化还原二氧化碳性能研究

聚合氮化碳(CN)具有可见光响应、化学性质稳定、廉价易得、无毒等优点,在光催化领域得到了广泛的研究和应用,但是存在比表面积较小、电子-空穴对易复合等不足之处,严重限制了其光催化性能。以尿素和常见的两种钴盐[CoCl₂和Co(NO₃)₂]为前驱体,通过一步煅烧法制备了钴(Co)掺杂CN,研究了不同Co源对材料光催化还原二氧化碳(CO₂)性能的影响。实验证明,由适量氯化钴(CoCl₂)为Co源得到的Co掺杂CN,其光催化还原CO₂生成一氧化碳(CO)的速率可由纯CN的82.7μmol/(g·h)提升至374.5μmol/(g·h),同时CO选择性由79.1%提高至88.5%;而以硝酸钴[Co(NO₃)₂]为Co源得到的Co掺杂CN倾向于产氢,其光催化还原CO₂性能基本不能得到提升。通过对光催化剂进行电感耦合等离子体(ICP)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(...     

聚合氮化碳的制备、改性及光催化还原二氧化碳性能研究

由过量二氧化碳（CO₂）排放导致的温室效应使得全球气候变暖问题日益紧迫,在“双碳”背景下,如何资源化利用CO₂尤为重要。光催化还原CO₂生成化学品和燃料是有望同时解决能源危机和环境问题的途径。非金属半导体聚合氮化碳（PCN）具有可见光响应、化学稳定性高、易于制备等优点,在光催化领域备受关注,但由传统热聚合方法得到的PCN存在比表面积小、电子-空穴对复合严重、对可见光吸收范围窄等不足之处。介绍了光还原CO₂的反应机理和PCN的结构,总结了PCN的制备方法以及提升其光还原CO₂性能的手段,包括形貌调控、异原子掺杂、缺陷工程和构建异质结等。最后,对目前PCN材料在CO₂光还原反应研究中存在的问题进行了分析,并对未来发展方向进行了展望。     

BiOCl/g-C3N4异质结催化剂可见光催化还原CO2

以KCl、Bi（NO₃）₃和类石墨氮化碳（g-C₃N₄）为前体,采用水热法成功制备了BiOCl/g-C₃N₄异质结光催化剂,并进行可见光催化还原CO₂,考察了催化剂的活性及稳定性,同时研究BiOCl：g-C₃N₄（摩尔比）、催化剂用量和光照强度对光催化还原CO₂的影响。结果表明,在水蒸气的存在下,BiOCl/g-C₃N₄较纯BiOCl和g-C₃N₄具有更高的光催化还原CO₂活性,在催化剂用量为0.1 g,光照强度为2.413×10^-6 einstein·min^-1·cm^-2,BiOCl：g-C₃N₄摩尔比为1：1的异质结催化剂显示了最高的光催化还原CO₂活性,且可见光催化剂在5次套用实验后其活性基本不变。基于X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积测试（BET）和紫外-可见（UV-vis）吸收光谱表征,可以推断BiOCl和g-C₃N₄之间形成的p-n结能有效分离光生电子和空穴,是增强光催化剂活性的主要原因。     

CuBi2O4/BiOBr@GH双功能光催化剂的制备及其光催化性能

采用溶剂热法制备Z型CuBi₂O₄/Bi OBr(CBOB)异质结，并与石墨烯水凝胶(GH)复合得到CuBi₂O₄/BiOBr@GH(CBOBG)。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N₂吸附-脱附、紫外-可见光谱、荧光光谱和电化学等表征方法对催化剂的晶体结构、表面组成、微观形貌、比表面积与光电性能进行分析。在可见光下，通过降解四环素耦合还原Cr(Ⅵ)实验，考察了CBOBG的光催化活性。实验结果表明，CBOBG在120min内，对四环素的降解率达到了86.1%，对Cr(Ⅵ)的还原率达到了100%。通过活性物种捕获实验证明，降解过程的主要活性物质为超氧自由基和光生空穴，还原过程的主要活性物质为光生电子。     

Cu-P复合改性对g-C3N4可见光催化性能的影响

以P掺杂的石墨相氮化碳(P-C₃N₄)为基材，将其与不同质量分数的氯化铜混合后继续焙烧，制备出Cu-P复合改性的石墨相氮化碳可见光光催化剂(Cu/P-C₃N₄)。对样品的结构、光电性能进行了X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光致荧光光谱(PL)、电化学阻抗谱(EIS)等一系列表征。通过可见光催化降解亚甲基蓝考察了它们的光催化活性。结果表明，Cu-P复合改性提高了催化剂的电子转移速率且降低了光生电子空穴对的复合速率，有效改善了其光催化性能。可见光照射120 min,Cu(1.5%)/P-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝的降解率达到71.3%，其降解速率常数分别是纯g-C₃N₄和P-C₃N₄的2.17倍和2倍。另外，通过活性物种捕获实验初步研究了各个体系的光催化反应机理。     

ZnFe2O4/NiAl/RGO复合材料的制备及其光催化降解抗生素性能

通过简单的溶剂热法制备了可磁分离的石墨烯基铁酸锌/镍铝层状双氢氧化物(ZnFe₂O₄/NiAl/RGO)光催化剂,实现了ZnFe₂O₄/NiAl/RGO纳米复合物的可控生长与氧化石墨烯(GO)的还原同步进行,并将所制备的催化剂用于环丙沙星(CIP)的催化降解。采用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)对光催化剂复合物的组成与形貌进行了分析。结果表明：ZnFe₂O₄/NiAl颗粒成功负载在石墨烯表面,NiAl层状双金属氢氧化物的复合可有效增强ZnFe₂O₄在可见光范围的响应,还原氧化石墨烯(RGO)可抑制ZnFe₂O₄/NiAl异质结的团聚,提高光催化性能。在模拟可见光照射下CIP的光降解效率约为96.2%,准一级动力学常数分别是ZnFe₂O_...     

Ag3PO4形貌和晶面对Ag/Ag3PO4等离子体催化剂光催化还原CO2的影响

采用简单的离子交换-光还原法制备了3种表面暴露的晶面分别为单一{110}、{100}和{111}晶面的Ag/Ag₃PO₄等离子体光催化剂,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱、X射线光电子能谱和比表面积测试等技术分别对3种样品的晶相组成、微观形貌和吸光度等进行了表征。所制备催化剂用于可见光照射下光催化还原气相中的CO₂生成碳氢化合物,考察了催化剂暴露的晶面与催化还原CO₂活性的关系,并探讨Ag/Ag₃PO₄光催化还原CO₂的机理。研究表明,{111}晶面暴露的四面体Ag/Ag₃PO₄具有最大的光催化还原CO₂生成CH₃OH的光量子效率、能量投入产出比和转换数。CO₂可通过CO₂ → ·CO₂^- → HCOOH → HCHO → CH₃OH途径还原。     

半导体介导MoS2/T-CoP复合异质结光催化降解染料污水

半导体介导的多相光催化现在被认为是废水处理的有效方法。异质结被认为比单体具有更好的光催化活性。本工作通过简单的水热法制备了MoS₂/T-CoP异质结,并研究了光催化降解罗丹明B与原始MoS₂和T-CoP的比较。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)证实了MoS₂和T-CoP之间复合异质结构的形成。采用紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)和电化学莫特-肖特基实验研究了MoS₂和T-CoP的带隙。MoS₂的导带边缘MoS₂/T-CoP对罗丹明B表现出优异的光催化降解效率,1h内达到71.01%。自由基捕获实验表明,h⁺是光催化降解的主要活性物质。这些结果表明,在MoS₂上添加T-CoP可以有效增强MoS₂/T-CoP异质结的光催化能力,其原因在于MoS₂和T-CoP之间的匹配能带结构促进了界面电荷转移,抑制了光生电子与空穴在界面处的复合。     

石墨烯复合金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化材料的研究进展

对石墨烯复合金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化材料在污染物治理、CO₂还原和资源化、H₂生产等方面的研究进展进行了论述。石墨烯复合金属离子掺杂纳米二氧化钛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、CO₂还原和资源化的产率和H₂生产效率。     

煤基碳量子点/氮化碳复合材料制备及其光催化还原CO2性能

以太西无烟煤为原料，采用化学氧化法制备煤基碳量子点(C-CQDs)，进一步以C-CQDs和尿素为前体，原位复合制备得到煤基碳量子点/氮化碳(C-CQDs/g-C₃N₄)复合材料。采用TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis、PL等手段对样品结构性能进行了表征和分析，进而考察了其在光催化还原CO₂合成甲醇过程的催化性能。研究表明：C-CQDs均匀地负载在g-C₃N₄的表面，且掺杂适量的C-CQDs有利于提高C-CQDs/g-C₃N₄的光催化活性，当可见光照12 h时，其光催化还原CO₂甲醇产量最高可达28.69 μmol/(g cat)，约为相同条件下纯石墨相g-C₃N₄作用时甲醇产量的2.2倍。     

Ag3PO4/g-C3N4异质结催化剂可见光降解黄连素

采用原位生长法制备Ag₃PO₄/g-C₃N₄异质结催化剂,在可见光照射下,催化氧化降解废水中的药物大分子黄连素。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）分析催化剂的组成和结构,并测试了Ag₃PO₄/g-C₃N₄降解黄连素的光催化活性。结果表明：利用可见光照射,g-C₃N₄掺杂量为0.7 g时,Ag₃PO₄/g-C₃N₄对黄连素的光催化降解活性最好,可见光反应15 min降解率达到100%,重复4次实验后降解率降至73.2%,其具有较好的光稳定性。自由基捕获实验证明h⁺和·O₂^-在降解黄连素废水中起主要作用,结合UV-vis DRS分析可知,Ag₃PO₄/g-C₃N₄遵循Z型异质结机理。     

CdS/Nb2O5异质结材料的制备、表征及光催化降解环丙沙星研究

采用水热法制备了CdS/Nb₂O₅纳米复合材料,利用X-射线衍射光谱(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)对制备的材料进行表征。通过可见光下降解环丙沙星评价材料的光催化活性。结果表明,制备的CdS/Nb₂O₅纳米复合材料由CdS纳米颗粒分散于Nb₂O₅纳米笼表面,二者形成紧密的Ⅱ型异质结;CdS的引入增强了Nb₂O₅的可见光吸收性能,同时提高了光生载流子的分离效率;当CdS的含量为15%时,CdS/Nb₂O₅可在60 min实现环丙沙星的高效降解,其反应速率常数是CdS的7.5倍,Nb₂O₅的20倍,空穴是该降解反应的主要活性物种,研究结果为抗生素废水的高效治理提供了一条新思路。     

氮缺陷g-C3N4光降解亚甲基蓝的研究全文替换

为了改善原有石墨相氮化碳(g-C₃N₄)载流子快速复合、可见光吸收能力低等缺点，采用浓硝酸前处理后的三聚氰胺，在马弗炉中煅烧合成了含氮缺陷g-C₃N₄(PCN)，并根据浓硝酸和三聚氰胺的物质的量比，分别命名为PCN(0.3)、PCN(0.5)、PCN(0.9)、PCN(1.2)。并对材料进行了XRD、紫外-可见漫反射光谱、XPS、EPR等表征，表征结果充分说明氮缺陷的引入，提高了材料的可见光吸收能力和价带。在光催化剂投入量为40mg，反应总体积为100mL，光源为300W的氙灯，其截止滤波片400nm，温度为25℃的反应条件下，进行了光催化降解亚甲基蓝实验来测试PCN样品的性能。光催化剂光催化实验结果表明，PCN(0.5)的光催化性能最好，在可见光照射60min后，对5mg/L亚甲基蓝的降解率为88.41%，而PCN(0.3)、PCN(0.9)、PCN(1.2)的降解率分别为63.65%、64.85%、65.25%，纯g-C₃N₄的效率只有41.25%。     

Ag2O/WO3-SiO2气凝胶的制备及光催化性能研究

为扩大WO₃-SiO₂气凝胶的可见光吸收范围,改善其光催化效果,先以溶胶-凝胶法制备了WO₃-SiO₂气凝胶,再采用浸渍法制备了不同Ag₂O负载量的Ag₂O/WO₃-SiO₂复合气凝胶光催化剂。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见光谱仪(UV-vis)、荧光分光光度计(PL)对样品进行了表征分析,并在464 nm波长光源下考察了样品光催化降解亚甲基蓝(MB)的性能。表征结果表明,负载的Ag₂O与WO₃-SiO₂气凝胶中的WO₃存在电子转移相互作用,形成了Ag₂O/WO₃异质结;Ag₂O/WO₃异质结使催化剂的带隙宽度变窄,有利于光生电子-空穴的激发,同时抑制了电子-空穴对的复合。结合光...     

Ga2SSe/g-C6N6异质结光催化水分解的第一性原理研究

通过第一性原理计算，本文研究了Ga₂SSe/g-C₆N₆范德华异质结的光催化性质。结果表明，Ga₂SSe/g-C₆N₆异质结具有交错的能带排列，界面处形成从Ga₂SSe层指向g-C₆N₆层的内置电场，构成II型异质结，有利于光生电子空穴对的有效分离。另外，带隙值合适且具有从可见光到紫外光的宽光学吸收光谱，其带边位置跨越了分解水的氧化还原电位，满足光催化水分解的要求。该研究结果为基于Ga₂SSe/g-C₆N₆异质结的设计提供了理论参考。     

g-C3N4/BiVO4异质结的制备及其在环境治理中的应用

通过负载法成功制备了g-C₃N₄/BiVO₄异质结,采用XRD、SEM、BET、UV-Vis DRS、Mott Schottky、SPV等技术对样品的结构与性质进行分析,以光催化降解RhB和光催化还原CO₂评价其光催化活性。结果表明,g-C₃N₄和BiVO₄能带结构匹配,能够组成“Z”型异质结,并有效提高光生载流子的分离效率,同时保留g-C₃N₄导带电子较强的还原性和BiVO₄价带空穴较强的氧化性,最终提高光催化活性,其中当g-C₃N₄的负载量为3%时,样品展现了最佳的光催化活性,在光催化降解RhB实验中,经过180min光照后,降解率达到95.3%,反应速率常数达到0.0166min^-1;而在光催化还原CO₂的实验中,经过4h光照后,CO和O₂的产量达到70....     

苝酰亚胺/Zn In2S4 S型异质结光催化性能与反应机制

构建较强氧化还原能力与较高电荷转移效率的阶梯型(S型)异质结光催化剂是提高光催化性能的有效策略。通过溶剂热法在棒状苝酰亚胺(PDI)表面原位生长了Zn In₂S₄S纳米片，得益于良好的界面接触与匹配的能带结构，PDI/Zn In₂S₄S异质结展现出优异的光催化性能。此外，在同步光催化产氢与苯甲醇氧化全反应体系中，5%PDI/Zn In₂S₄S光催化剂表现出较高的产氢性能[21.66mmol/(g·h)]与苯甲醛产率[1.02mmol/(g·h)]分别是纯Zn In₂S₄S的2.12倍和3.00倍。基于X射线光电子能谱、瞬态光致发光光谱和电子顺磁共振信号等分析，证实了PDI与Zn In₂S₄S之间内建电场的形成与S型电子转移路径。该电荷转移机制保留了复合催化剂较高的氧化还原电位，促进了界面电荷分离与转移，进而提升了光催化性能。该有机–无机S型异质结光催化剂的设计应用为新型...     

稀土掺杂TiO2光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂TiO₂纳米光催化剂,并应用于光催化还原CO₂/H₂O体系中。通过XRD对光催化性能进行表征,研究稀土离子掺杂和焙烧温度对光催化性能的影响。结果表明,稀土La和Ce的加入可以抑制TiO2的晶相转变,提高光催化性能。催化剂800 ℃焙烧可达到最好的光催化活性,在反应时间7 h、CO₂流量200 mL·min^-1和反应液中NaOH与Na₂SO₃浓度均为0.10 mol·L^-1条件下,甲醇产率高达315.49 μmol·g^-1。并对稀土掺杂TiO₂催化剂光催化还原CO₂的机理进行了探究。     

Rb-Sr-Fe共掺杂纳米TiO2的制备及可见光诱导下的光催化性能

利用溶胶-凝胶法成功制备了Rb-Sr-Fe-TiO₂光催化剂,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱对其进行表征。在可见光诱导下,利用亚甲基蓝(MB)评价其光催化性能。结果表明,在RbCl、Sr(NO₃)₂和FeCl₃的最佳掺杂比m_RbCl∶m_(Sr(NO3)2)∶m_FeCl3∶m_TiO2=2∶1∶0.2∶100,最优催化剂浓度1.0 g·L^-1条件下,Rb-Sr-Fe-TiO₂对4 mg·L^-1的亚甲基蓝溶液进行光催化降解,3 h内降解率达到98.56%。Rb-Sr-Fe-TiO₂克服了传统TiO₂吸附能力差和可见光响应性差的缺陷,提高了材料的光催化活性,有望在废水处理方面得到广泛的应用。     

半导体复合材料光催化还原CO2的研究进展

光催化还原CO₂是实现碳循环的一种绿色的、环保的能源转化方式,该方法可以有效的将CO₂气体转化为可再生燃料,缓解能源危机和全球变暖问题。综述了半导体复合材料光催化还原CO₂为可再生碳氢燃料的研究进展,介绍了光催化还原CO₂的反应条件和光催化机理,并对已报道的不同类型半导体复合光催化材料进行分类,如“单一半导体型”、“金属/非金属掺杂半导体型”、“半导体复合型”和“碳材料–半导体复合型”。评述了各种半导体复合光催化材料的优缺点及其光催化性能的影响因素。在此基础上,进一步展望了半导体复合光催化材料催化还原CO₂的发展前景。