水解沉淀法制备纳米α-Fe_2O_3的实验研究

α-Fe_2O_3是最稳定的铁氧化物,具有良好的耐腐蚀、耐光性、磁性、催化性等特性。以Fe Cl3·6H2O为主要原料,采用水解沉淀法在一定的实验条件下制备出了椭球体的纳米α-Fe_2O_3。根据水解沉淀法的基本原理,研究了溶液p H值、Fe Cl3溶液浓度、焙烧温度对纳米α-Fe_2O_3显微形貌和颗粒尺寸的影响,利用SEM和XRD表征纳米α-Fe_2O_3的微观形貌和相结构。结果表明:制备纳米α-Fe_2O_3的最佳实验条件是溶液p H值为2.0,Fe Cl3溶液浓度为0.05 mol/L,产物前驱体的焙烧温度为400℃,制得的纳米α-Fe_2O_3纯度较高,平均粒径30~50 nm。     

Ag/Ag_2WO_4/g-C_3N_4三元复合物的构建及其光催化降解四环素

采用简单的化学沉积-沉淀法在室温下合成了一系列Ag/Ag_2WO_4/g-C_3N_4(AAC)三元复合光催剂,采用XRD、FT-IR、SEM、Raman、EDS、XPS、TEM对产物的物相、结构、形貌和光学性质进行了详细的表征。在可见光下,与Ag/Ag_2WO_4和g-C_3N_4相比,AAC-3的光催化活性明显增强,其光催化降解四环素的反应效率最高,速率常数为0.057 1 min~(-1)。在AAC-3体系中加入H_2O_2,反应速率明显加快,速率常数达到0.148 8 min~(-1),是AAC-3体系的2.53倍。光催化性能的增强可以归因于:复合物改善了催化剂的吸光性能,增大了比表面积,促进了光生电子-空穴对的分离,加入H_2O_2使得反应体系能够提供更多的活性物种。提出了可能的光催化降解四环素反应机理。     

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。     

MnO2@g-C3N4复合材料的制备及其光催化还原U(Ⅵ)的性能试验研究

研究了采用水热法制备MnO_2@g-C_3N_4复合光催化剂(Mn-CN),并分析了其形貌、结构和光电性能,考察了Mn-CN对放射性废水中U(Ⅵ)光催化还原的影响。结果表明:MnO_2的引入有效拓宽了g-C_3N_4对可见光的吸收范围,抑制了光生电子与空穴复合,有利于光生电子还原反应进行,提高反应速率;针对U(Ⅵ)质量浓度50 mg/L、pH=5.5的100 mL铀标准溶液,在甲醇加入量5 mL、可见光照射120 min条件下,Mn-CN-3(MnSO_4质量0.05 g)对U(Ⅵ)的光催化还原率达96.3%,为纯g-C_3N_4的1.9倍;g-C_3N_4中引入MnO_2能有效提高光生电荷的利用率和传输速率,增强催化性能;Mn-CN复合光催化剂光学性能优异,制备方法简单且绿色环保,对放射性废水中的U(Ⅵ)的光催化还原去除效果较好。     

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+.      

石墨烯—铁掺杂二氧化钛复合物制备及其光催化性能

以氧化石墨烯溶液为底水,采用一步法热水解工业钛液制备石墨烯-铁掺杂二氧化钛复合光催化剂。以亚甲基蓝光催化降解为目标反应评价其光催化性能,考察了氧化石墨烯溶液浓度、加料速率、升温速率等因素对其光催化性能影响。采用XRD、SEM、FT-IR、UV-vis DRS及XPS等技术对其进行表征。研究结果表明:掺杂铁以Fe~(3+)形式进入TiO_2晶格形成杂质能级,提高复合物可见光响应范围。石墨烯有利于光生电子传输,实现光生电子-空穴对有效分离,提高光催化量子效率。最佳水解条件为:石墨烯溶液浓度为0.03 mg/mL、加料速率为8 mL/min、升温速率为1.0℃/min。在此条件下,紫外光下及可见光下光催化效率分别为94.15%和80.89%。     

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.     

影响纳米材料TiO2光催化活性的因素

讨论了TiO2光催化技术研究现状、探讨了光催化反应机制, 分析了提高光催化反应活性的途径, 并讨论了影响纳米TiO2光催化活性的主要因素 一般而言, 锐钛矿型TiO2的光催化活性高于金红石型TiO2;晶粒尺寸小, 光生电子和空穴从TiO2体内扩散到表面的时间短, 它们在TiO2体内的复合几率减小, 光催化活性高;贵金属沉积可提高催化剂表面光生载流子的分离效率, 有利于生成更多的·OH;半导体耦合可提高系统的电荷分离效果, 扩展对光谱吸收范围;金属离子掺入TiO2晶格中可能引起晶格位置缺陷或改变结晶度, 抑制电子与空穴的复合, 延长载流子的寿命, 从而使光催化性能得以改善;TiO2表面羟基的数量直接影响光催化效率.     

氨水水热法制备片状氧化铋

片状氧化铋在光催化、传感器、电子器件等方面有着广泛应用,并且可用于制备叠层复合材料.本文中以五水硝酸铋为原料、硝酸为溶解剂、氨水为矿化剂,采用水热法制备了一种片状氧化铋粉末,探讨了不同工艺对氧化铋粉末微观形貌的影响.结果表明：当反应时间为12 h、铋的浓度为0.1 mol/L、反应温度为180℃时,氧化铋的片状形貌最为明显,且纯度较高.     

La_2O_3/Y_2O_3对水热法制备W-Cu粉体的影响

采用水热-共还原法制备了稀土氧化物(La_2O_3,Y_2O_3)掺杂W-Cu混合粉末。通过改变稀土的添加量及添加种类,设定不同的还原温度和还原时间,在N_2/H_2还原气氛中得到还原产物。借助SEM、TEM、XRD等手段分析了复合粉末的物相、形貌、成分和微观结构,探讨了稀土掺杂对复合粉体还原温度、还原时间以及还原产物的影响。结果表明,加入稀土La_2O_3后,复合粉末的煅烧温度降低、还原温度升高,还原时间变长,稀土适合添加量为2%;单一加入La_2O_3得到复合粉末分散性好,颗粒为均匀的圆形和多边形,且相较于单一加入Y_2O_3和加入La_2O_3+Y_2O_3复合还原粉中W,Cu混合最为均匀。     

晶面协同NaF–TiO2/rGO的制备及其光催化性能

为解决二氧化钛（TiO₂）光生载流子寿命短的问题,以钛酸四丁酯、氟化钠和石墨粉为原料,采用水热法制备了NaF–TiO₂/rGO复合材料,通过透射电镜（TEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、光致发光光谱（PL）、紫外漫反射光谱（UV–Vis）对复合材料的微观形貌、物相组成、晶型、荧光强度等特性进行了表征,并以降解罗丹明B（RhB）测试其光催化活性及降解机理。实验结果表明,制备得到的产物主要为{001}、{101}晶面协同的锐钛矿相TiO₂并均匀分布于rGO表面,NaF与rGO的加入可有效降低其电子–空穴对的复合速率以及带隙宽度从而提高光催化活性。在最佳制备条件下,催化反应80 min后对1×10–5 mol·L–1 罗丹明B（RhB）溶液的降解率可达99.8%,降解速率常数（0.0448 min–1）是NaF – TiO₂的1.67倍,且复合材料的催化性能随其投加量的增大先加强后保持稳定,pH适用范围为3～11;自由基猝灭实验结果表明,在光催化降解过程中,起主要作用的活性物质是·OH和h+。      

Bi_2S_3和Ag/Bi_2S_3的制备及其光催化还原六价铬性质研究

在150℃水热条件下制备了不同形貌的Bi_2S_3,测试了不同形貌Bi_2S_3的光催化还原六价铬性能,结果表明,纯Bi_2S_3对六价铬的还原效率不理想。由于金属银具有SPR效应、好的吸光性能和优良的电子存储性能,选用价格相对低廉的贵金属银对纯Bi_2S_3进行复合改性。选取比表面积较大的十字花形硫化铋样品作为底物,在60℃水浴条件下,通过还原AgNO_3制备了Ag/Bi_2S_3复合物。与纯Bi_2S_3相比,Ag/Bi_2S_3复合物还原六价铬的性能有了显著的提高,主要归因于复合物增强了光吸收,有效地提高了光生电子空穴对的分离率和电子的传输能力。此外,对于复合物高效还原Cr(Ⅵ)的可能机理进行了详细的阐述。     

以含铜废液为原料制备Al_2O_3弥散强化Cu粉的工艺研究

以酸碱含铜刻蚀废液为原料,采用酸碱中和-过滤-H_2SO_4溶解制备出一定浓度的含铜溶液,并向溶液中添加可溶性铝盐,最终采用络合共沉淀-煅烧-H_2还原的方法制备出质量分数2%的纳米Al_2O_3弥散强化Cu粉末。采用火焰原子吸收光谱法测定过滤液中Cu~(2+)的含量,研究了酸碱混合比对Cu~(2+)提取效率的影响;采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了共沉淀前驱体粉末、Al_2O_3-CuO复合粉末、Al_2O_3-Cu粉末、Al_2O_3弥散相的粒度、形貌及组成;并采用TG-DTA试验对粉末制备过程中的煅烧及H_2还原过程进行了分析。结果表明:酸碱含铜废液的体积比为2∶3时,中和反应进行最充分,Cu~(2+)的提取率达到96.75%(质量分数);沉淀剂采用瞬间加入方式,得到的前驱体粉末细小均匀、无团聚;最佳的煅烧温度为500℃,H_2还原温度为550℃,制备的弥散相分布均匀,粒度小于200 nm;经弥散相萃取试验观察,进一步证明弥散相为纳米Al_2O_3。     

纳米氧化铁的制备工艺研究

采用Fe(NO3)3·9H2O晶体为原料,配成10%Fe(NO3)3溶液,并在溶液中加入少量氨水控制其pH值为2.0~2.5,通过喷雾干燥方法和球磨制备出纳米级氧化铁粉末。采用XRD、SEM、TEM对粉末相组成、晶粒尺寸、形貌和粒度进行表征。结果表明,通过喷雾干燥方法制备出来的粉末为非晶态,粉末煅烧后得到纳米晶α-Fe2O3,粉末的形貌为壳状或半片状,但粒度较大。通过球磨使粉末的粒度细化到20~60nm。同时本文也研究了煅烧温度和时间对粉末晶粒大小的影响,提高煅烧温度对粉末晶粒长大影响较大,而延长煅烧时间对粉末晶粒长大几乎无影响。     

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。      

水热法合成Ag2CO3/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.      

W-Al_2O_3复合粉末制备工艺研究

采用溶胶凝胶法、共沸蒸馏法和水热合成法制备了Al_2O_3掺杂W粉末,并经煅烧以及两段氢气还原过程制成W-Al_2O_3复合粉末。通过SEM形貌观察以及XRD物相分析可知,由3种方法制备的Al_2O_3掺杂W粉末经过煅烧均得到了稳态单斜相WO_3和非稳态六方相WO_3;其中水热合成法制得粉末形貌较为规则,为均匀的小球状;经过一段氢气还原,WO_3被还原为低价态的WO_2和不饱和价态的WO_3-x;二段氢气还原后得到了细小的W-Al_2O_3复合粉末。采用溶胶凝胶法制备的W-Al_2O_3复合粉末,由于Al_2O_3包裹在W颗粒表面阻碍了后续被还原W原子的沉积,相较于其他两种方法细化作用更加明显,颗粒可达纳米级。     

Ag/Ag_3PO_4复合催化剂的制备及其光催化性质

室温条件下,通过简单的化学沉淀法及随后的光照还原制备了具有球状、多面体状、立方体状的Ag/Ag_3PO_4复合物。借助XRD、FT-IR、XPS、BET、SEM、TEM对样品的结构、形貌等进行了分析表征。重点探讨了3种形貌Ag/Ag_3PO_4复合物的形成机理,发现不同的生长过程可能与前驱液中Ag~+的浓度、PO_4~(3-)的浓度、晶体的成核速度以及溶液的p H有关。光催化降解Rh B实验表明,与纯相Ag_3PO_4相比,3种Ag/Ag_3PO_4复合物的光催化活性明显提高。其中,立方体状Ag/Ag_3PO_4的光催化活性最高,7 min内Rh B的降解率达到100%,球状和多面体状Ag/Ag_3PO_4完全降解Rh B分别需要14 min和70 min。通过紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)和荧光光谱分析(PL)可知,这可能是由于立方体状的Ag/Ag_3PO_4有比较大的可见光吸收范围和比较低的电子空穴复合率。最后,通过研究光催化机理发现,光催化剂表面上的Ag0粒子能够有利于光生电子-空穴对的分离,改善了纯Ag_3PO_4容易光腐蚀的特性,从而提高了Ag_3PO_4的光催化活性与稳定性。     

CdS/Eu~(3+)-TiO_2复合光催化剂制备及性能研究

用溶胶-凝胶法制备了复合光催化剂CdS/TiO2和CdS/Eu3+-TiO2。利用XRD、UV-Vis漫反射光谱对样品进行了表征。以可见光分解水制氢为探针反应考察了催化剂的活性。结果发现Eu3+掺杂TiO2后抑制了TiO2晶粒生长,提高了光生电子和空穴的分离,从而提高了复合光催化剂的活性。     

纳米钨铜复合粉末的制备及其烧结行为研究

以钨酸钠和硝酸铜为原料,采用水热合成-共还原法制备钨铜复合粉末,再通过真空热压烧结法制备钨铜复合材料,并研究了钨铜复合粉末的结构形貌,以及经不同温度热处理后钨铜复合材料的显微形貌、物性特征。结果表明:采用水热合成-共还原法可制得粒度尺寸约为70nm且颗粒分布均匀的纳米级钨铜复合粉末。钨铜复合粉末经加压烧结及热处理后可得到W相和Cu相紧密结合、Cu相均匀分布在W相周围的钨铜复合材料,其在热处理温度为950℃时致密度最高,达到99.2%;在热处理温度为800℃时导电率最高,达到46.5%IACS;在热处理温度为900℃时布氏硬度最高,达到HB285。