改性煤矸石/TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法,以盐酸蚀刻煤矸石(mCG)为吸附剂,制备了煤矸石复合TiO_2光催化剂(mCG/TiO_2)。采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、X射线衍射和紫外-可见漫反射对复合材料进行表征。以罗丹明B为模拟污染物,考察了制备条件对其光催化活性的影响,结果表明:当mCG质量含量为15%,在500℃下煅烧2h得到的mCG/TiO_2复合材料对罗丹明B光催化降解率最高,在紫外光照射下,75min内对初始浓度为10mg/L的罗丹明B降解率达到97.3%;可见光下180min内降解率达到90.24%。活性物质捕获实验证明·OH为光催化体系的主要活性物质。     

磷酸银/类石墨氮化碳-硅藻土复合材料的制备及可见光催化性能

通过浸渍-焙烧-沉积法制备了一系列磷酸银/类石墨氮化碳-硅藻土复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等方法对其结构、形貌和光吸收特性进行了表征。以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,评估了磷酸银/类石墨氮化碳-硅藻土复合材料在可见光照射下的光催化活性和稳定性。结果表明,与磷酸银/类石墨氮化碳、磷酸银、类石墨氮化碳相比,磷酸银/类石墨氮化碳-硅藻土复合材料表现出优异的光催化活性。系统地研究了磷酸银含量对光催化活性的影响,发现催化剂A/CD_(8/2)表现出最高的光催化活性,可见光照射21 min后,对罗丹明B的降解率高达98. 61%;循环使用3次后,对罗丹明B的降解率仍然维持在95%,表现出良好的稳定性和重复使用性。光催化活性的提高主要归因于磷酸银/类石墨氮化碳-硅藻土复合材料中光生电子-空穴对的高效分离以及吸附/光催化协同效应。     

Bi_2WO_6耦合宽带隙半导体TiO_2及其可见光催化活性

基于纳米级耦合效应,采用溶胶-凝胶联合浸渍提拉法合成了Bi_2WO_6/TiO_2复合催化材料。利用XRD、SEM、UV-Vis、XPS和PL对Bi_2WO_6/TiO_2复合光催化剂进行了表征和分析,并对其可见光催化降解乙烯的光催化性能进行了评价。结果表明,Bi_2WO_6/TiO_2纳米复合材料比纯Bi_2WO_6、TiO_2具有更高的光催化活性。当Bi_2WO_6和TiO_2镀层比为3∶1时,乙烯的可见光催化降解效果最好,其降解率分别比TiO_2和纯Bi_2WO_6高5.4和2.4倍。纳米复合材料的光催化活性的提高主要是由于在Bi_2WO_6和TiO_2的接触界面形成了交错异质结。这改善了复合材料中晶粒在交界面处的晶格缺陷,提供了更多的活性位点,提高了光生电子空穴对的分离效率,并将光谱响应范围扩展到可见光区域,提升了光能的吸收和利用。     

光催化原位氧化聚合法制备聚吡咯/TiO_2复合材料及其可见光催化降解罗丹明B的性能

在无需引发剂的条件下,通过光催化原位氧化聚合法一步合成了聚吡咯/TiO2纳米复合材料(PPy/TiO2)。采用UV-Vis、XRD、XPS和FTIR技术对吡咯在TiO2表面的聚合过程和复合材料的结构进行了表征。以罗丹明B(RhB)的降解反应研究了PPy/TiO2复合材料的光催化性能。研究表明,紫外光(λ=365nm)激发TiO2形成电子-空穴对,空穴迁移至表面与吸附于TiO2表面的吡咯单体作用,迅速形成吡咯阳离子和低聚体,最终形成聚吡咯并包覆在TiO2的表面。光催化结果表明,PPy/TiO2复合材料可加速RhB在可见光和紫外光下的降解速率,所制备的PPy/TiO2复合材料是一种可应用于光电转化和光催化方面的多功能材料。     

溶剂对钨酸铋/石墨烯形貌结构和光催化性能的影响

本工作采用溶剂热法通过乙二醇、乙二胺、水-乙二醇、水-乙二胺、水和水-乙酸不同溶剂制备可见光催化剂Bi2 WO6/RGO,并对其形貌结构和光催化性能进行表征.研究结果表明,溶剂对Bi2WO6/RGO的形貌和光催化性能有显著影响.在可见光(λ>420 nm)照射下,以水为溶剂制备的样品对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能最佳,20 min内降解率达到98％,且经过五次循环降解后光催化效果基本保持不变.Bi2 WO6/RGO的光催化性能增强可归因于在水溶剂下形成的Bi2 WO6分级结构微球为光催化反应提供更多的反应活性位点,同时石墨烯的引入增大了材料的比表面积,进一步促进了电子-空穴对的有效分离.自由基捕获实验表明,复合材料光降解RhB过程中光生空穴(h+)起主要作用,·O2-和·OH起次要作用.     

Au纳米粒子表面等离子共振效应(SPR)增强Au/Bi2WO6异质纳米结构的光催化活性

采用水热-光还原法在三维Bi₂WO₆的二级结构纳米片表面原位沉积Au纳米粒子(Au NPs), 成功获得了具有可见光响应活性的Au/Bi₂WO₆异质光催化剂, 并借助XRD、FE-SEM、HR-TEM、XPS和 UV-Vis-DRS谱等手段对其物相组成、形貌和光吸收特性进行表征, 以罗丹明B(RhB)和苯酚为模型污染物对其光催化性能进行研究。实验结果表明, 与纯Bi₂WO₆相比, 所得Au/Bi₂WO₆异质纳米结构对染料降解具有较高的活性, 当Au负载量为1.5at%时, Au/Bi₂WO₆复合催化剂的催化活性最好, 其光催化降解RhB和苯酚的表观速率常数分别是纯Bi₂WO₆的1.5倍和2.2倍。自由基捕获实验表明, 光生空穴(h⁺)和∙O₂^-是RhB在Au/Bi₂WO₆催化材料上光催化降解的主要活性物种。机理分析表明, Au/Bi₂WO₆活性增强归因于光生电子从Bi₂WO₆的导带向AuNPs表面迁移, 降低光生电子-空穴对的复合率, 同时, Au NPs 的等离子共振效应(SPR)拓展了催化剂在可见光区的响应范围, 从而显著提高了Au/Bi₂WO₆异质光催化的剂活性。Au NPs修饰Bi₂WO₆异质催化剂光太阳能驱动在污水处理方面具有潜在应用。     

席夫碱钴卟啉-TiO_2复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用Alder法合成的5-对硝基苯基-10,15,20-三苯基钴卟啉,通过浓盐酸/Sn Cl2还原得5-对氨基苯基-10,15,20-三苯基钴卟啉,再与对硝基苯甲醛反应生成席夫碱钴卟啉,以席夫碱钴卟啉为敏化剂,并与纯锐钛矿型TiO_2作用,得到相应的金属卟啉敏化TiO_2复合光催化剂XFJ-Co-TPP-TiO_2。利用红外、紫外-可见漫反射光谱、XRD和SEM对所得金属卟啉以及XFJ-CoTPP-TiO_2复合光催化剂进行了表征和分析。分析结果表明,所合成的金属卟啉均为目标化合物,金属卟啉成功负载于TiO_2表面。以亚甲基蓝和罗丹明B为模型反应物,研究XFJ-Co-TPP-TiO_2复合催化剂的可见光光催化性能,与纯TiO_2的光催化效果相比,用席夫碱钴卟啉敏化后的TiO_2对亚甲基蓝和罗丹明B的光催化效果有了明显的提高。可见光条件照射下,各种清除剂对光催化降解反应的影响表明,空穴(h+)是催化剂XFJ-Co-TPP-TiO_2-1光降解罗丹明B反应体系中的主要活性物种。     

TiO_2基复合光催化剂研究进展

TiO_2具有化学性质稳定,无毒,价格低廉,易回收等特点被广泛应用于光催化领域。然而由于其带隙较宽,只对紫外光响应,且产生的光生电子-空穴对易复合,导致光催化活性低。研究表明,通过与TiO_2复合形成复合光催化剂能显著改善上述问题。介绍了与TiO_2复合的几种常用方法的基本原理和研究进展。半导体复合方法可以形成内建电场,在内建电场作用下实现光生电荷的有效分离。贵金属沉积方法则利用贵金属上富集电子的特点,分离电子-空穴对,延长光生电荷的寿命,纳米金属的表面等离子体共振效应则可以拓宽催化剂对光的响应范围。通过与碳材料或有机染料复合则可以提高TiO_2对可见光的吸收率,扩大光响应范围,同时能加快光生电荷的转移,减少其复合。最后简要分析了几种方法中存在的问题和未来发展方向。     

硅藻土/g-C_3N_4复合材料的制备及其可见光增强活性（英文）

采用浸渍-焙烧法制备了具有可见光响应活性的硅藻土/g-C_3N_4复合光催化材料。利用TG、XRD、FE-SEM、HR-TEM、FT-IR、XPS、UV-Vis-DRS和PL谱等手段对其物相组成、形貌和光吸收特性进行表征。以Rh B的光催化降解为探针反应评价催化剂的活性。光催化结果表明,2.32wt%硅藻土/g-C_3N_4复合材料对Rh B有较高的催化活性,光催化降解的速率常数是纯g-C_3N_4的1.9倍。自由基捕获实验表明,·O_2~–是Rh B在硅藻土/g-C_3N_4复合材料上光催化降解的主要活性物种。光催化活性提高的主要原因在于硅藻土和g-C_3N_4之间静电作用有利于光生电子-空穴在g-C_3N_4表面的迁移,进而提高g-C_3N_4的光催化活性。     

助催化剂NiCoP修饰改性增强半导体TiO2的光催化性能

为了增强半导体TiO_2的光催化性能,采用相对简便的磷酸盐还原法制备了双金属磷化物NiCoP,并且首次将NiCoP作为助催化剂对半导体光催化剂TiO_2进行修饰改性。以罗丹明B(RhB)染料溶液为污染物模型,对NiCoP/TiO_2复合材料的光催化活性进行测试。实验结果表明,与纯TiO_2和纯NiCoP相比,适量的NiCoP修饰使TiO_2催化剂的光催化降解性能明显增强;其中,NiCoP的负载量为0. 25%时,NiCoP/TiO_2复合材料光催化活性最高,对RhB的降解效果最佳。电化学测试表明,复合材料活性增强的主要原因是NiCoP与TiO_2发生相互作用,促进了光生电荷的分离,提高了其迁移效率。紫外-可见漫反射光谱证实,NiCoP负载后使得半导体催化剂的光谱响应范围稍有拓宽。同时,自由基捕获实验证明·OH、·O_2~-为该降解反应的主要活性物种。     

TiO2-GO复合光催化剂的制备及其对硝基酚类污染物的降解性能

采用水热法制备了二氧化钛-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合光催化剂,采用X射线多晶粉末衍射和扫描电镜对其性质进行了表征,并以对硝基酚为目标污染物,考察了复合光催化剂在可见光和紫外光照射下的降解性能。结果表明:GO掺杂既能提高TiO_2颗粒的分散度,增加其比表面积,又能降低光生电子与空穴的复合几率,提高光催化活性。另外,GO掺杂还将TiO_2的光响应范围拓展至了可见光区域。     

浸渍-沉积法制备一维Au/TiO_2的光催化性能研究

以钛酸纳米管为载体、HAuCl4为金前驱体,通过浸渍-沉积法制备一维金修饰TiO2光催化剂(Au/TiO2)。通过X射线衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱研究材料的结构和性质。以甲基橙溶液作为模拟废液,研究Au/TiO2材料在紫外光条件下的光催化活性。研究表明,由于金可以接受电子,从而促进光生电子和光生空穴的分离,使TiO2的光催化活性提高;Au/TiO2的光催化活性还与金的含量密切相关,金的最佳负载量为1%(质量分数)。     

Ag+/Ag-TiO2纳米空心球制备及其可见光催化性能

在TiO2/聚苯乙烯复合材料表面沉积硫化银,空气中煅烧制备了Ag+/Ag修饰的二氧化钛纳米空心球(Ag+/Ag-TiO2纳米空心球,即Ag+/Ag-HTS)。结果表明,所制备的Ag+/Ag-HTS具有可见光催化降解甲基橙的活性,随着甲基橙的初始浓度降低其催化降解效率提高。肖特基势垒的形成有助于更多的空穴转移到材料的表面,增强其光催化效率;表面的Ag+有助于电子的清除,防止光激电子与光激空穴复合。随着硫化银沉积数量的提高,Ag+/Ag-HTS的可见光催化活性提高,其光催化降解甲基橙的反应具有假一级反应的动力学特征。使用25%Ag+/Ag-HTS光催化剂,在可见光下照射2 h甲基橙降解率高达70.6%。     

一步法合成高效三元Z型AgBr/Ag/BiVO4光催化剂

采用一锅水热法制得三元Z型溴化银(AgBr)/银(Ag)/钒酸铋(BiVO_4)即(AgBr/Ag/BiVO_4)光催化剂,并对制得的样品的相组成、微观形貌和光催化活性进行了表征。通过可见光照射条件下对罗丹明B的降解来评价AgBr/Ag/BiVO_4的光催化活性。结果表明:AgBr/Ag/BiVO_4呈圆形或不规则的多面体形状,与纯BiVO_4相比,AgBr/Ag/BiVO_4复合材料表现出较高的光催化活性,在硝酸银含量为8%,反应温度为90℃,反应时间为12h条件下,制得的AgBr/Ag/BiVO_4光催化剂的光催化活性最高,对罗丹明B的降解率达到89.8%。这种增强的光催化活性是由于从纯Ag转移BiVO_4可见光下导带电子,然后迅速转移到AgBr的价带,而光生空穴在溴化银价带,抑制光生电子和空穴的复合,导致AgBr/Ag/BiVO_4光催化剂具有较好的光催化活性。     

高效碳量子点/BiOCl纳米复合材料用于光催化污染物降解

为了克服单纯BiOCl光谱吸收范围窄和载流子复合几率高的缺点, 本研究制备了一种具有高效光催化活性的碳量子点(CQDs)/BiOCl纳米复合材料。光催化降解罗丹明B染料实验表明CQDs/BiOCl纳米复合材料的光催化性能远优于单纯的BiOCl, 其光催化性能约为后者的3.4倍。当CQDs的复合量为7.1wt%时, 样品的光催化性能最佳, 能够在2 min之内将罗丹明B完全脱色, 而单纯的BiOCl在相同时间内对罗丹明B的降解率仅为29.5%。通过紫外-可见漫反射谱、光电化学测试以及自由基捕获实验揭示了CQDs/BiOCl纳米复合材料的光催化性能提升机理, 结果表明CQDs可以拓展BiOCl的可见光吸收范围, 这有利于增强其光捕获能力以及促进电子-空穴对的产生。除此之外, CQDs独特的上转换发光行为, 以及光诱导的电子转移能力提升了CQDs/BiOCl纳米复合材料光催化性能。     

纳米TiO2/聚氯乙烯共轭衍生物复合材料的制备及可见光催化性能

聚氯乙烯（PVC）在270℃真空环境中经热处理脱除HCl得到具有共轭结构的PVC衍生物（CDPVC）。纳米TiO₂与CDPVC （质量比为2∶1）经高能球磨复合得到纳米TiO₂/CDPVC复合材料。采用TEM、XRD、XPS、FTIR、SEM和Raman等对纳米TiO₂/CDPVC复合材料进行了分析表征,并采用罗丹明B （Rh B）的光催化降解反应和K₂Cr₂O₇的光催化还原反应评价其可见光催化活性及稳定性。结果表明,TiO₂与CDPVC经高能球磨复合后形成了Ti—O—C结构,该结构有利于提高纳米TiO₂/CDPVC复合材料的可见光吸收能力和光生电子/空穴分离效率。与纳米TiO₂和普通研磨的TiO₂-CDPVC相比,纳米TiO₂/CDPVC复合材料具有较高的可见光催化活性和良好的可见光催化稳定性。其可见光催化机制是CDPVC吸收光子产生光生电子-空穴对,并容易将光生电子注入到TiO₂的导带中,CDPVC内光生电子和TiO₂导带上的光生电子（e_CB-）被吸附在材料表面上的氧捕获产生·O₂-自由基,·O₂-自由基可以直接降解RhB分子,直至最后降解生成H₂O和CO₂。      

高效碳量子点/BiOCl纳米复合材料用于光催化污染物降解（英文）

为了克服单纯BiOCl光谱吸收范围窄和载流子复合几率高的缺点,本研究制备了一种具有高效光催化活性的碳量子点(CQDs)/BiOCl纳米复合材料。光催化降解罗丹明B染料实验表明CQDs/BiOCl纳米复合材料的光催化性能远优于单纯的BiOCl,其光催化性能约为后者的3.4倍。当CQDs的复合量为7.1wt%时,样品的光催化性能最佳,能够在2 min之内将罗丹明B完全脱色,而单纯的BiOCl在相同时间内对罗丹明B的降解率仅为29.5%。通过紫外-可见漫反射谱、光电化学测试以及自由基捕获实验揭示了CQDs/BiOCl纳米复合材料的光催化性能提升机理,结果表明CQDs可以拓展BiOCl的可见光吸收范围,这有利于增强其光捕获能力以及促进电子–空穴对的产生。除此之外, CQDs独特的上转换发光行为,以及光诱导的电子转移能力提升了CQDs/BiOCl纳米复合材料光催化性能。     

电泳沉积法制备ZnO/SnO_2复合薄膜及其光催化性能研究

在导电玻璃FTO基底上,利用电泳沉积技术成功制备了ZnO/SnO2复合薄膜,并对样品进行了SEM和XRD表征,并以降解罗丹明B为模型反应,考察不同条件下制备的复合薄膜的光催化活性。结果表明电泳沉积时间为20min时,可得到表面致密均匀的ZnO薄膜,膜厚为0.5μm,且随着电泳沉积时间的延长,薄膜的光催化速率不断增加,沉积时间为20min时,光催化速率达到最大（0.016min-1）,如此优异的光催化性能可能是由于异质结构光催化剂ZnO/SnO2减小光生电子-空穴的复合几率,提高了复合催化剂的光催化效率。此外,还研究了热处理温度对ZnO/SnO2复合薄膜光催化效率的影响,结果发现在300℃热处理的光催化薄膜对罗丹明B的降解率最好,活性最高。     

改性煤矸石/TiO_2复合材料的制备及其光催化性能

以盐酸改性煤矸石(hydrochloric acid modification gangue,简称HAG)为载体,采用溶胶-凝胶法制备改性煤矸石负载TiO_2的光催化复合材料TiO_2/wHAG(w:HAG的质量分数,%)。以紫外灯(一类可以产生较大有效范围的紫外光的光源)为光源,以罗丹明B降解为废水降解模型考察复合材料的光催化活性。采用SEM、FT-IR和XRD对TiO_2/wHAG复合材料的表面形貌、光谱特征和晶相结构等进行了表征。结果表明:改性煤矸石与TiO_2之间生成了Ti—O—Si共价键,结合牢固。TiO_2/45HAG与TiO_2相比,其光催化活性和静态吸附性能分别提高了30%和4.1%。另外,改性煤矸石作为载体可减少TiO_2粒子的团聚,并且能保持其原有的表面性质以及晶体结构。     

Au改性BaTiO_3纳米颗粒在模拟太阳光照射下的光催化降解性能

用聚丙烯酰胺凝胶法制备BaTiO_3纳米颗粒,然后用光还原法在其表面沉积Au颗粒,制备出Au/BaTiO_3复合光催化剂。使用X射线粉末衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等手段对样品进行了表征。结果表明:Au修饰没有改变BaTiO_3的晶体结构;粒径分布在5~20 nm的Au纳米颗粒,附着在BaTiO_3颗粒表面(平均粒径约为55 nm);Au纳米颗粒的表面等离子体共振吸收效应(SPR)使Au/BaTiO_3对~560 nm处的可见光产生较强的吸收;与BaTiO_3单体相比,Au/BaTiO_3中光生电子和空穴的复合几率明显降低。同时,提出了Au纳米颗粒在BaTiO_3表面的形成机制。以偶氮染料亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,在模拟太阳光的照射下研究了产物的光催化活性和光催化稳定性。结果表明:适量的Au修饰明显提高了BaTiO_3的光催化降解活性,且使Au/BaTiO_3具有良好的光催化稳定性。探讨了Au纳米颗粒改善BaTiO_3模拟太阳光光催化性能的机理。