ZnO/In2O3纳米异质结的合成及其光催化性能的研究

通过热水解法成功制备出了形貌均一的ZnO/In₂O₃异质结光催化材料, 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌及结构进行表征。结果表明: ZnO/In₂O₃异质结是由直径约200~300 nm、厚度约40~60 nm的六边形纳米片镶嵌着In₂O₃纳米小颗粒组成。对比纯ZnO、纯In₂O₃和该光催化材料对罗丹明B(RhB)的可见光降解效率, 发现ZnO/In₂O₃异质结光催化材料对RhB具有较高的光催化效率, 其原因是窄带系半导体In₂O₃能够有效地吸收可见光, 当ZnO与In₂O₃ 形成异质结时, In₂O₃能带上被可见光激发的电子会迁移到ZnO的导带上, 而光激发的空穴仍保留在In₂O₃价带, 这样有助于光生电子和空穴的分离, 降低其复合几率, 从而有效地提高了ZnO的光催化效率。     

Ⅱ型C2N/ZnO异质结水分解光催化剂的第一性原理研究

基于单层C₂N和ZnO,构建了一种新型2D范德华(vdW)异质结。在第一性原理下进行密度泛函理论计算，系统地研究了C₂N/ZnO异质结的光催化应用。结果表明，C₂N/ZnO异质结具有1.68 eV的直接带隙，其Ⅱ型带对准可以促使光生电子和空穴分离在不同层上。由Mulliken电荷布局分析可知，C₂N层有0.53个电子转移到ZnO层，在异质结界面处形成了一个较强的内建电场E_int,抑制了光生电子空穴对的复合。此外，C₂N/ZnO异质结的带边位置跨过了pH=2～7时的水氧化还原电位，同时拉伸应变可以增大其光催化水分解pH范围。特别地，C₂N/ZnO异质结保留了高载流子迁移率和优异的光吸收性能，太阳能-氢能(STH)转换效率可达到24.6%。因此，C₂N/ZnO异质结是一种具有应用前景的水分解光催化剂。     

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。      

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...     

管状g-C3N4/ZnIn2S4纳米片异质结通过促进电荷分离实现高效光催化合成H2O2(英文)

过氧化氢(H₂O₂)是一种环保的活性氧和重要的绿色氧化剂.然而,到目前为止,实现高效和绿色可持续H₂O₂生产仍然面临挑战.本文中,我们展示了管状氮化碳(TCN)和ZnIn₂S₄ (ZIS)纳米片(TCN/ZIS)异质结的光催化产H₂O ₂性能:3小时内H₂O ₂的生产速率为2.77 mmol g^-1h^-1,分别为单独的TCN和ZIS的3.4倍和23.1倍.实验结果表明,TCN/ZIS异质结优异的光催化活性主要源于ZIS促进了电荷分离从而通过将O₂还原为·O₂^-,然后生成H₂O₂来实现质子耦合电子转移过程.该工作提出了一种高效、绿色的H₂O₂生产策略,对环境修复具有重要科学意义...     

铁酸铋基异质结光催化剂降解有机污染物的研究进展

铁酸铋(BiFeO₃)作为一种典型的窄带隙铁电半导体,其自身的退极化场可以抑制光生电子空穴对的复合,已被广泛应用于光催化领域。通过构建异质结,借助界面电场对电子-空穴对进行有效分离是一种提升光催化剂降解性能的重要策略。综述了BiFeO₃基Ⅱ型异质结、Z型异质结、肖特基结和S型异质结光催化剂的构建原理,重点介绍了在BiFeO₃基异质结光催化剂在降解有机污染物方面的应用及其光催化反应机制,最后对BiFeO₃基异质结光催化剂研究的不足和未来的发展方向进行了展望。     

g-C3N4/BiOCl复合光催化剂作为2D/2D异质结用于光催化降解染料性能研究

为扩大BiOCl的太阳光吸收范围,获得更高效的光催化剂,本文通过水热法制备了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)/BiOCl (2D/2D)复合光催化剂并对其进行详细表征。结构与形貌表征结果显示BiOCl纳米片沉积在层状g-C₃N₄表面,形成了2D/2D面-面复合结构;光电化学性质分析表明形成的异质结构能有效扩展光吸收频率范围,促进光生载流子分离和迁移,从而有利于光催化性能的提高。以500 W氙灯模拟太阳光源,光催化降解罗丹明B(RhB)的结果表明g-C₃N₄/BiOCl异质结的光催化降解活性远高于单纯的g-C₃N₄和BiOCl。其中9wt%g-C₃N₄/BiOCl表现出了最优越的光催化活性,在180 min内对RhB的降解率为94%,其表观速率常数K_app值为g-C₃N₄和BiOCl的5.7和3.6倍。同时对g-C₃N₄/BiOCl异质结的光催化机制展开研究,结合复合催化剂电子结构和自由基捕获实验提出了在染料敏化作用下RhB的光催化降解机制。      

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。     

BiOI/BiOBr0.9I0.1光催化剂的制备及其对2,4-二氯苯氧乙酸的降解性能

农药污染严重危害生态环境和饮用水安全。采用溶剂热法制备一种新型高效的BiOI/BiOBr_0.9I_0.1光催化剂。通过XRD、SEM、XPS、UV-vis DRS、PL、EIS等手段表征其结构、形貌和光学性能等理化性质。制备的BiOI/BiOBr_0.9I_0.1呈团簇状堆积结构,有助于活性位点的增加,固溶体和异质结两种策略的结合拓宽了BiOBr的光响应范围,有效防止光生电子-空穴对在BiOI/BiOBr_0.9I_0.1内部复合并提高产生光生载流子的氧化还原能力。光催化实验结果表明,合成的15wt%BiOI/BiOBr_0.9I_0.1在可见光下对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)有最佳的光催化性能,120 min降解2,4-D效率最高可达95%,4次循环实验后降解率仍达到80.9%。结合捕获实验与电子自旋共振(ESR)技术结果可以证实?O₂?和h+是主要的活性物种。制备的BiOBr_0.9I_0.1能有效调节BiOBr能带结构。BiOBr_0.9I_0.1和BiOI构成的异质结符合Z型异质结特点,构建异质结和固溶体两方法之间可在增强BiOBr光催化活性上产生协同作用。      

p-n异质结NiO/TiO2纳米复合材料的构建及应用研究进展

TiO_2和NiO分别作为n型和p型半导体材料,通过复合构建p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料可以促进光生电子-空穴对的分离,从而提高光电性能。综述了不同形貌的p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料的构建,如纳米球、纳米棒和纳米带等,以及其在光催化、锂离子电池、染料敏化太阳能电池和传感器等领域中的最新研究进展。     

Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4/CdS光催化材料的制备及其CO2还原性能

利用光催化技术将CO2转化为燃料有望解决能源危机和温室效应.Zn1–2x(CuGa)xGa2S4具有可见光响应及较高的导带电势,从热力学角度上看是较为理想的CO2还原材料,但是其光催化CO2还原活性仍然较低,亟待从动力学角度提高其活性.本研究采用Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4与不同比例的CdS纳米颗粒复合,制备...     

Microwave hydrothermal synthesis of WO3(H2O)0.333/CdS nanocomposites for efficient visible-light photocatalytic hydrogen evolution

WO₃(H₂O)_0.333/CdS (WS) nanocomposites are obtained via a rapid microwave hydrothermal method, and they are served as visible light-driven photocatalysts for the H₂ generation. By using Pt as the cocatalyst, the WS nanocomposite with 70 wt.% CdS reaches the H₂ evolution rate of 10.32 mmol·g⁻¹·h⁻¹, much quicker than those of WO₃(H₂O)_0.333 and CdS. The cycling test reveals the good photocatalytic stability of the WS nanocomposite. The carrier transfer mechanism of WS nanocomposites can be explained by the Z-scheme mechanism. The existence of the Z-scheme heterojunction greatly helps to separate photogenerated carriers and thus improves the photocatalytic activity. The present work provides a rapid synthesis method for preparing Z-scheme heterojunction photocatalysts, and may be helpful for the green production of hydrogen.     

以海藻酸钠为基体的Ag/AgBr/TiO2整体式光催化剂的高效制备及其光催化性能

以海藻酸钠为基体制备出尺寸均一的整体式光催化剂SA-Ag/AgBr/TiO₂, 通过SEM、TEM、HRTEM、XPS、FT-IR以及BET等手段对产物形貌、结构、比表面积和光学性质进行表征, 并测定了其对罗丹明B(RhB)溶液的光催化性能。结果表明, 整体式光催化剂SA12-Ag/AgBr/TiO₂(Ag/AgBr/TiO₂催化剂的质量分数为12%)的结构稳定, 且具有良好的光催化活性, 即在紫外光照60 min内, RhB溶液降解完全, 在可见光照120 min下RhB的降解率可达到54.1%, 且在5次重复试验中仍保持96%以上的催化活性, 稳定性良好。这种整体式光催化剂有效解决了粉体材料难回收、二次污染和固定化后光催化效率低等问题。     

纳米TiO2/碳化植物纤维复合材料的制备与光催化性能

以碳化植物纤维(CPF)为载体,将纳米TiO₂附着于纤维表面,通过浸渍煅烧法和溶剂热法合成纳米TiO₂/CPF复合光催化剂,并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、HRTEM、XRD、EDS分析了纳米TiO₂/CPF复合光催化剂的微观结构和化学组成;以光催化降解亚甲基蓝为模型反应,考察复合材料中不同纤维种类和TiO₂负载量对光催化活性的影响。结果表明,在一定范围内随TiO₂负载量的增加,纳米TiO₂/CPF复合材料光催化性能先增强后减弱。纳米TiO₂/CPF复合材料的光催化性能明显提高是由于在TiO₂和碳纤维界面的良好电荷分离能力。降解染料的活性物种有超氧负离子和羟基自由基,但羟基自由基是主要物种。此外,浸渍煅烧法和溶剂热法生成的纳米TiO₂在纤维表面的存在形式不同,浸渍煅烧法生成纳米TiO₂薄膜,包裹纤维;而溶剂热法生成的TiO₂结晶成纳米颗粒,附着于纤维表面。      

直接Z-型立方/六方ZnIn2S4复合光催化剂的制备及其光催化性能

通过水热反应方法制备出立方相ZnIn₂S₄和六方相ZnIn₂S₄和系列不同摩尔比的复合相ZnIn₂S₄光催化剂,使用X射线衍射、扫描电子显微镜、电子能谱、透射电子显微镜、光致发光光谱、N₂吸附-脱附法及紫外-可见光漫反射等手段表征了样品的晶体结构、显微结构及吸光特性并在可见光照射下进行了甲基橙降解实验。结果表明,复合相ZnIn₂S₄样品都具有比立方相、六方相和机械混合的ZnIn₂S₄更好的可见光催化活性,当复合相ZnIn₂S₄样品中立方相与六方相摩尔比为3:7时体系的催化活性最高。这种样品被可见光照射30 min后,甲基橙的降解率达到95.2%。其降解机理与样品较大的比表面积以及样品中的立方相与六方相之间的密切接触而形成直接Z-型光催化过程有关。     

BiOBr-BN光催化氧化NO及其抑制毒副产物的机理研究

光催化去除一氧化氮(NO)是一种新兴的空气净化技术, 但极易生成毒副产物二氧化氮(NO₂), 限制了其实际应用。为解决这一问题, 本研究以氮化硼(BN)纳米片为模板, 用原位生长法在其表面形成溴氧铋(BiOBr)纳米片, 成功构建二维-二维(2D-2D)可见光催化剂BiOBr-BN。根据X射线光电子能谱及第一性原理计算结果, BiOBr通过界面作用将电子转移至BN, 形成内建电场, 有效促进光生载流子的分离。BiOBr作为NO氧化的活性面, 增强氧气(O₂)的吸附和活化, 抑制NO₂的生成。可见光催化氧化NO性能测试结果表明, 5%BiOBr复合BN后, NO去除率从24.6%提高到39.5%, NO₃^-的氧化选择性从36.6%提高到82.7%。     

Preparation and visible photocatalytic dye degradation of Mn-TiO2/sepiolite photocatalysts

The performance of Mn-TiO₂/sepiolite photocatalysts prepared by the sol-gel method and calcinated at different temperatures was studied in the photocatalytic degradation of direct fast emerald green dye under visible light irradiation, and a series of analytical techniques such as XRD, SEM, FTIR, TG-DSC, XPS, UV-vis-DRS and Raman spectroscopy were used to characterize the morphology, structure and optical properties of the photocatalysts. It is found that the anatase TiO₂ was formed in all photocatalysts. Mn⁴⁺ might incorporate into the lattice structure of TiO₂ and partially replace Ti⁴⁺, thus causing the defects in the crystal structure and the broadening of the spectral response range of TiO₂. At the same time, TiO₂ particles were dispersed on the surface of the sepiolite, which immobilized TiO₂ particles with sepiolite via the bond of Ti−O−Si. Mn-TiO₂/sepiolite calcined at 400 °C exhibits the highest photocatalytic activity and the degradation rate of direct fast emerald green is up to 98.13%. Meanwhile, it also shows good stability and universality.     

新型异质结LaCO3OH/In(OH)3/In2S3的制备及其可见光下催化降解罗丹明B的性能

采用原位湿化学方法合成了LaCO3OH/In(OH)3/In2S3异质结光催化剂。采用XRD、 SEM、 XPS、 BET、 TG等表征技术对所制备LaCO3OH/In(OH)3/In2S3异质结光催化剂的组成、结构和形貌等进行分析。以可见光下(λ≥420 nm)降解罗丹明B(RhB)为探针反应,研究了LaCO3OH含量不同时LaCO3OH/In(OH)3/In2S3异质结光催化剂的光催化活性。结果表明,当La/In的摩尔比为15mol%时, LaCO3OH/In(OH)3/In2S3异质结光催化剂具有最高的降解活性,与In(OH)3/In2S3相比,活性提高约一倍。这可能是由于LaCO3OH/In(OH)3/In2S3异质结光催化剂具有较高的比表面积、合适的能带结构和较好的吸附性能。以对苯二甲酸为探针分子,光催化实验证明羟基自由基(·OH)是重要的活性物种。并提出了可能的降解机制。     

Bi2O3-Bi2WO6 直接Z-scheme异质结的制备、表征及光催化还原U(VI)的性能

根据能带理论,以Bi(NO₃)₃·5H₂O为铋源,采用水热煅烧法制备了Bi₂O₃-Bi₂WO₆复合光催化材料,SEM、XRD、XPS、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)、电化学阻抗(EIS)等表征手段对材料进行表征与分析,以U(VI)为目标污染物,在可见光下进行光催化还原U(VI)的性能研究。结果表明:与纯Bi₂WO₆相比,Bi₂O₃-Bi₂WO₆复合材料具有较高的光催化活性,当Bi₂O₃与Bi₂WO₆的摩尔比为2.4∶1时,Bi₂O₃-Bi₂WO₆的光催化活性最好,光催化活性增强归因于Bi₂O₃的加入,在Bi₂O₃与Bi₂WO₆界面形成的直接Z-scheme异质结,提高了光生电子-空穴的传输速率,降低了其复合率;另一方面,Bi₂O₃的加入使Bi₂WO₆带隙变小,扩大对可见光的响应范围,从而提高了Bi₂O₃-Bi₂WO₆光催化剂的活性。本研究为设计和合成具有高可见光活性的光催化剂和了解增强U(VI)光催化还原机理提供了新的思路。      

TiO2-ZnO复合中空微球的制备及光催化性能

以Ti（SO₄）₂和Zn（NO₃）₂为原料,采用水热法制备TiO₂-ZnO复合中空微球光催化剂。通过FTIR、XRD、SEM、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、XPS及N₂吸附-脱附等方法对TiO₂-ZnO复合光催化剂的结构和性能进行表征,并以亚甲基蓝（MB）为目标降解物,评价TiO₂-ZnO复合中空微球光催化活性。结果表明,TiO₂-ZnO光催化剂具有中空微球结构,粒径为1~2 μm,比表面积为30.46 m2/g。TiO₂的加入可提高ZnO对光的吸收,有效降低电子空穴复合率。在高压Hg灯照射下,TiO₂-ZnO复合中空微球的光催化性能均高于纯ZnO,其中Zn（NO₃）₂与Ti（SO₄）₂摩尔比为1:0.7条件下制备的TiO₂-ZnO复合中空微球样品表现出较好的光催化活性,光照60 min,对MB的降解率可达95.8%,其光催化降解速率是纯ZnO的4.3倍。