g-C3N4基S型异质结的构建及其光催化性能研究

为了解决日益严重的环境污染和能源短缺等问题,基于半导体的光催化技术利用太阳能为环境修复和能源储存提供了一种“绿色”可持续的方案。首先介绍了g-C₃N₄的优点和局限性,以及S型半导体的优势与不足,接着介绍了g-C₃N₄基S型异质结的电子结构和光催化性质,综述了基于不同类型g-C₃N₄的S型异质结光催化材料构建和光催化性能的提升策略,并梳理了其部分应用。最后,综述了基于g-C₃N₄的S型异质结面临的挑战和未来发展趋势,有望为g-C₃N₄基S型异质结光催化材料的开发和实际应用提供重要的参考。     

S型异质结BiOBr/ZnMoO4的构建及光催化降解性能研究

光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物,但是由于光生电子和空穴的复合率高,抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO₄复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获及电子顺磁共振(ESR)实验等证实了BiOBr/ZnMoO₄复合材料形成了S型异质结。实验结果表明,适当ZnMoO₄含量的BiOBr/ZnMoO₄异质结可以显著提高BiOBr的光催化性能。与纯BiOBr、ZnMoO₄相比,质量分数15%BiOBr/ZnMoO₄在可见光下表现出最佳的光催化活性,双酚A的光催化降解率达到85.3%(90min),环丙沙星的光降解速率常数分别是BiOBr的2.6倍和ZnMoO₄的484倍。这可归因于BiOBr和ZnMoO₄之间形成了紧密的界面结合和S型异质结,使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。这项工作为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种...     

MoS2/g-C3N4 S型异质结的构建及光催化性能研究

制备高效稳定的光催化剂对于光催化技术的发展至关重要。本研究采用超声辅助沉积加低温煅烧的方法制备了2H相MoS₂/g-C₃N₄ S型异质结光催化剂(MGCD),并综合考察了材料的相结构、微观形貌、光吸收性能、X射线光电子能谱、电化学交流阻抗和光电流等对光催化性能的影响。结果表明:经过超声辅助沉积-煅烧处理,MoS₂微米球发生破碎分散结合在g-C₃N₄纳米片层表面上并形成异质结。可见光下5%MGCD(添加5%MoS₂)对罗丹明B(RhB)在20 min时的降解率达到了99%,且样品重复使用5次后对Rh B的降解率仍能达到95.2%,表现出良好的光催化性能及稳定性。从内建电场形成的角度进一步分析表明,异质结中MoS₂与g-C₃N₄间耦合形成的内建电场引起的能带弯曲可以有效引导载流子的定向迁移,并促进光生载流子的分离,从而提高了光催化反应效率。异质结光催化剂的自由基捕获实验表明...     

BiOI/Zn-Bi2WO6异质结的构建及光催化降解磺基水杨酸研究

采用水热法制备了BiOI/Zn-Bi₂WO₆异质结光催化剂。X射线粉末衍射(XRD)分析其物相、扫描电镜(SEM-EDS)分析其形貌和元素组成、X射线光电子能谱(XPS)分析其表面物种的化学态、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析其对太阳光的利用率、光致发光光谱(PL)和电化学阻抗谱(EIS)分析光生载流子的分离情况等。结果表明：形成异质结后一方面使光催化剂的吸收边红移且吸收强度增加,提高了可见光谱的利用率;另一方面实现了光生空穴-电子的高效分离,所得光催化剂对磺基水杨酸表现出较好的光催化降解性能,120 min内降解率达到82%,且具有较好的稳定性。     

Z型Ag3PO4基异质结光催化复合材料研究进展

在半导体光催化材料中,磷酸银(Ag₃PO₄)表现出优异的光催化活性。Ag₃PO₄与其他物质复合形成Z型Ag₃PO₄基异质结时,能够显著增强光催化活性及其稳定性并扩宽可见光响应范围,弥补Ag₃PO₄的易光腐蚀、颗粒尺寸较大等缺点。围绕Z型Ag₃PO₄基异质结光催化复合材料的研究现状、制备方法、微观结构与组成、性能分析和应用进行阐述,最后对该材料未来的发展趋势进行了展望。     

WS2/g-C3N4异质结光催化分解水制氢性能及机制

通过溶剂蒸发和二次高温煅烧石墨相碳化氮(g-C₃N₄)纳米片和WS₂纳米片混合物构建WS₂/g-C₃N₄异质结,该异质结保留g-C₃N₄和WS₂主体结构的同时,在界面处形成化学键,确保该异质结的化学稳定性和热稳定性。光催化分解水制氢实验表明,WS₂纳米片含量为3wt%时光催化制氢速率高达68.62 μmol/h,分别是g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片的2.53倍和15.29倍,表明异质结的构建可大幅提升g-C₃N₄的光催化性能,循环实验表明该异质结在5次循环实验后光催化性能没有明显下降,表明该异质结的稳定性较好。光电性能测试表明异质结的构建不仅提高激发电子的转移效率,同时抑制激发电子空穴的复合率,大幅提升激发电子的利用效率,致使光催化分解水制氢速率较g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片大幅提升。      

一步溶剂热法合成Bi2S3/BiOBr多级异质结及其增强可见光光催化去除RhB的研究(英文)

近年来,随着工业的高速发展,环境污染问题日益加剧。光催化作为一种节能环保、应用前景广阔的技术,已成为环境污染治理领域的研究热点。早期光催化剂以TiO₂为主,但TiO₂的活性只有在紫外光照下才能被激发,因此国内外逐渐发展了众多可见光可激发的光催化剂。其中,溴氧化铋(BiOBr)作为一种新型的层状结构光催化剂,因具有独特的光学性质和特殊的电子结构,近年来受到越来越多的关注。然而,纯BiOBr在可见光范围内的吸收能力并不理想,这极大地限制了它的实际应用。目前,与其他具有优异可见光吸收能力的半导体耦合是提升BiOBr光催化活性的一种有效方法。本研究首次采用硫化钠作为硫源,通过简单的一步溶剂热法合成了二元三维Bi₂S₃/BiOBr多级异质结球状光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了样品的结构与形貌。结构测试分析表明纳米花状的Bi₂S₃/BiOBr三维球体被成功...     

全固态Z型WO3/Ag/Ag3PO4的制备及光降解RhB性能的研究

光催化剂在环境净化、太阳能转换和水分解等各个领域都具有广泛的应用。其中全固态Z型光催化剂因其结构稳定,催化性能高效等优点而备受关注。三氧化钨低毒,性质相对稳定,价带氧化能力较强,但对可见光响应能力和催化活性不强;磷酸银对可见光响应能力强,但易发生光腐蚀。Ag₃PO₄与三氧化钨带隙匹配,将二者协同复合,构建全固态Z型催化体系,可以同时提高催化剂的催化活性和稳定性。以五水合氧化钨铵盐为原料,草酸作为诱导剂,以水热法首先合成具有核壳结构的氧化钨(WO₃/WO_3-X);再通过原位沉积法,将其与Ag₃PO₄复合,构建全固态Z型催化剂WO₃/Ag/Ag₃PO₄(简写为AW)。通过XRD、TEM、XPS、UV-Vis等表征方法证明,原位沉积的过程中,Ag⁺与WO₃/WO_3-X表面的氧空位发生原位氧化还原反应,使得部分Ag⁺     

Ag3PO4/MIL-125(Ti)Z型异质结的构建及其光催化还原Cr(Ⅵ)的性能

将Ag₃PO₄纳米颗粒原位沉积在圆饼状MIL-125(Ti)的表面制备出Ag₃PO₄/MIL125(Ti) Z型异质结光催化剂,分别用XRD、SEM、EDS、UV-vis、FTIR、EIS和PL等手段表征其晶相结构、形貌特征、光吸收性能、价带结构和电荷分离效率,研究了在模拟太阳光照射下Ag₃PO₄沉积量不同的Ag₃PO₄/MIL125(Ti)光催化剂还原Cr(Ⅵ)的性能,以及在光催化过程中初始溶液的p H值和催化剂投加量等的影响。结果表明,Ag₃PO₄的沉积有效提高了MIL-125(Ti)光催化还原性能。Cr(Ⅵ)溶液初始浓度为10 mg/L、pH为2时,Ag₃PO₄/MIL-125(Ti)-2对Cr(Ⅵ)的还原率可以达到96.9%。带隙结构计算和自由基捕获实验的结果表明,Ag₃PO₄     

带状γ-Fe2O3/ZnO异质结光催化剂光催化降解四环素

针对传统ZnO光催化活性不高的问题,采用Zn(CH₃COO)₂和FeCl₃作为ZnO和Fe₂O₃的前驱体,水热条件下采用“一锅法”制备带状γ-Fe₂O₃/ZnO异质结光催化剂,采用XRD、BET比表面积测量仪、TEM、紫外-可见漫反射、电子顺磁共振(EPR)等对其晶体化学结构进行表征。在可见光光源下,探究了不同γ-Fe₂O₃负载量时γ-Fe₂O₃/ZnO异质结光催化剂对四环素的光催化降解的效果。研究表明,ZnO负载γ-Fe₂O₃后比表面积和光照吸收显著改善,禁带宽度有所减小,可见光光照120 min,n(Zn)∶n(Fe) (原子比)为20∶1的γ-Fe₂O₃/ZnO异质结光催化剂对四环素的降解率高达97.2%,多次重复使用后四环素的降解率保持在95%以上。     

以H3PW12O40为底物制备具有光催化活性的WO3

以H3PW12O40固体和PVA/H3PW12O40电纺纤维为基底,在不同的温度下进行焙烧,制备了WO3颗粒和超细的WO3纤维。场发射扫描电镜(FE-SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)等表征手段对WO3的形貌和内部结构进行测定,结果表明WO3纤维为单斜晶系,而WO3颗粒为单斜与斜方晶系共存的结构。依据紫外漫反射(UVDRS)数据计算了不同形貌WO3的禁带隙宽;在365nm波长的光照射染料,小尺寸的WO3具有较高光催化活性,并对其光催化反应机理进行了探讨研究。     

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<...     

空心结构(C12H8N2)3·H3PMo12O40/WO3的制备及光催化研究

制备了杂多化合物(C12H8N2)3.H3PMo12O40和空心结构复合催化剂(C12H8N2)3.H3PMo12O40/WO3,采用等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、元素分析(EA)、热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)进行了表征。在高压汞灯照射下,研究了杂多化合物(C12H8N2)3.H3PMo12O40、空心WO3微球和空心复合催化剂(C12-H8N2)3.H3PMo12O40/WO3对罗丹明B水溶液的光催化降解活性,结果表明,在复合催化剂中,杂多化合物(C12-H8N2)3.H3PMo12O40和WO3具有协同作用,光催化活性比单独的杂多化合物和WO3都高。     

双缺陷调控的Z型BiVO4-x/g-C3N4-x异质结的制备及其光催化全解水

为了获得高效的全解水光催化体系,采用固相烧结法和水热法制备了双缺陷调控的Z型BiVO_4-x/gC₃N_4-x异质结,对异质结的微观结构和光电特性进行了表征,测试了BiVO_4-x/g-C₃N_4-x异质结的光催化全解水制氢、氧的性能。结果表明：丰富的氧空位和氮空位的引入、紧密连接的复合结构界面及直接Z型异质结的构筑,提高了材料对可见光的吸收,加快了光生电荷的分离和传输,从而导致材料具有高效的光催化活性。双缺陷调控的Z型BiVO_4-x/g-C₃N_4-x异质结具有优异的光催化活性和稳定性,在可见光照射下,不添加任何吸收剂析氢速率可达654μmol/(h·g),是g-C₃N_4-x前驱体的6.5倍,析氧速率可达302μmol/(h·g),经过20 h的长时间可见光照射,样品的光催化活性没有下降。     

3D Bi2WO6/TiO2异质结型光催化剂的制备以及增强的可见光催化性能

通过浸渍法合成了3D多组分Bi2WO6/TiO2异质结型复合光催化剂,多次浸渍使TiO2粒子层层沉积到花状Bi2WO6结构的表面。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱(PL)以及紫外-可见漫反射(UV-Vis)吸收光谱分别对所制备的复合光催化剂进行了表征,并以500W氙灯为光源,罗丹明B(RhB)为降解对象,进行了光催化活性测试,考察了不同TiO2复合量对Bi2WO6光催化剂反应活性的影响。结果表明,异质结型Bi2WO6/TiO2复合光催化剂的光催化活性明显优于纯Bi2WO6和TiO2。当复合15%(质量分数)TiO2时,所制备的复合光催化剂最有效促进电子和空穴的分离,并且光催化活性得到提高。活性提高的原因是所形成的异质结特殊的界面能够显著地降低光生电子和空穴的复合几率,并且具有较高的光吸收能力。     

Pt纳米颗粒负载SrTiO3/TiO2异质结结构制备及制氢性能

本文以固定n(Sr)/n(Ti)摩尔比0.4的SrTiO_3/TiO_2(金红石相)异质结纳米颗粒,通过\"光催化还原沉积方法\"制备不同质量分数的纳米铂颗粒(0、1%、2%、5%),探究其催化活性的变化,采用XRD、SEM、UV-vis、XPS方法对其进行表征,并做了相关光催化分解水产氢性能测试.结果表明:负载贵金属Pt纳米颗粒量越大,对应的Pt晶粒平均尺寸为40.8 nm,1%Pt纳米颗粒SrTiO_3/TiO_2异质结构的BET比表面积在23.195 m~2/g处最高,并且介孔材料的特征是平均Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔径为13.60 nm,总孔体积为0.079 cm~3/g;高BET表面积和大的总孔体积强烈地支持SrTiO_3/TiO_2具有介孔结构的事实;相应的催化剂催化活性越高,其中负载5%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化8 h产氢量为3.574 mmol,平均产氢效率为0.447 mmol/(gcat·h),但从性价比的角度来考虑,其催化效率远不及负载1%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒催化效率的5倍,因此负载5%Pt的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化效率最高.     

TiO2/CdS同轴异质结的制备及光催化性能研究

本研究采用阳极氧化法在金属钛箔上制备TiO2纳米管阵列,并用直流电沉积在退火后的TiO2纳米管内部填充CdS。用扫描电子显微镜(SEM)及电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)对TiO2/CdS异质结进行表征,结果显示,TiO2/CdS同轴核壳结构有序规整排列,孔径大小均一,Cd、S两种元素化学配比接近1:1。450℃空气退火后的TiO2是锐钛矿型,沉积的CdS为六方相。对TiO2纳米管和TiO2/CdS异质结分别进行了紫外–可见吸收光谱和紫外光下光催化降解甲基橙染料的性能测试。结果表明,复合后TiO2的吸收边出现了明显的红移;TiO2/CdS催化降解甲基橙的降解率最高达99.4%,与纯TiO2相比TiO2/CdS的光催化活性明显提高。     

纳米WO3的制备及性能研究

通过Sol-gel法制备纳米WO3材料.通过X射线衍射谱图和红外光谱图对WO3溶胶和粉体进行表征.实验表明选用过量H2O2可得到晶型较完整的WO3材料.     

纳米WO3/TiO2的制备及光催化甲烷和水的反应性能

采用溶胶-凝胶法制备了WO3/TiO2纳米复合催化剂,通过XRD、IR、UVDRS技术对材料的表面性质与构造、光响应性能进行了表征,并研究了该催化剂作用下光催化甲烷和水生成甲醇的反应性能;考察了煅烧温度、WO3掺杂量对光催化活性的影响,并研究了反应条件对甲醇产量的影响。结果表明:掺入WO3使TiO2光催化活性提高,扩大了光激发波长范围;催化剂煅烧温度为600℃、WO3摩尔分数为3%时,光催化性能最佳;在紫外光照射下,光激发WO3/TiO2表面产生光生空穴,催化甲烷转化为甲醇,甲烷转化率为16.2%,对甲醇的选择性达到76%。     

WO3∶Mo纳米晶的制备及其光学氢敏特性研究

用水热法制备了不同掺杂浓度的WO3∶Mo纳米晶粒,研究了WO3∶Mo的微结构和形貌,分析了Mo的掺杂浓度对微结构的影响,并研究了该材料对氢气的光学敏感特性。结果表明,所有样品均呈现六方相结构,掺杂浓度为2%(原子分数)样品的(200)晶面的衍射峰最强;随着掺杂量的增加,样品的带隙减小;当工作温度为200℃时,掺杂浓度为2%(原子分数)的样品对浓度5.0×10-4的氢气表现出良好的光学氢敏特性。