rGO/ZnO纳米复合材料的制备及其光催化降解性能及机理研究

采用一锅法制备具有可见光活性的还原氧化石墨烯(rGO)/ZnO纳米复合材料，将其应用于光催化降解罗丹明B(RhB),并获得了优异的降解效果。结果表明：该复合材料具有六方纤锌矿结构，rGO均匀包覆在ZnO上，表面光滑呈现出颗粒及不规则片状。rGO/ZnO对RhB的降解率为97.8%,催化活性优于单独的ZnO。自由基捕获实验表明，光催化降解RhB的活性物种主要是·OH^-和·O^-₂,并由此推测了光催化降解机理。     

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。     

TiO_2/SiO_2/rGO复合材料的制备及光催化性能探讨研究

制备了一种新型TiO_2/SiO_2/氧化还原石墨烯(TiO_2/SiO_2/rGO)三元复合材料,并对该复合材料的晶型结构、功能基团、元素化学性质、表面形貌和吸附效果进行了表征和分析,研究了其对阳离子染料[亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)]与阴离子染料[甲基橙(MO)]的吸附降解效果,并比较了不同配比材料对MO的吸附降解作用。结果表明:TiO_2/SiO_2/rGO三元复合材料对不同染料都具有较高的光催化活性,其中对MO的光催化吸附降解效果更好。rGO∶(TiO_2/SiO_2)=1∶1(质量比)时,三元复合材料的光催化性能最佳,最大光催化吸附降解效率可达86%。     

TiO_2/蒙脱土复合材料的制备及光催化降解苯酚性能

为了利用TiO_2优越的光催化活性和蒙脱土(MMT)的结构特性,首先,以MMT为载体、TiCl_4为原料、氨水为沉淀剂,采用水解沉淀法制备了TiO_2/MMT复合材料;然后,利用FTIR、XRD和SEM对TiO_2/MMT复合材料进行成分、晶型、结构和形貌表征;最后,在紫外光照射下,考察了不同TiO_2含量的TiO_2/MMT复合材料对模拟苯酚废水的光催化降解活性,并结合紫外-可见光谱对复合材料光催化降解苯酚的过程进行了跟踪实验。结果表明:所制备的TiO_2/MMT复合材料中TiO_2为锐钛矿相,在MMT上的晶粒尺寸为7.8nm。TiO_2/MMT复合材料中层间域内成分被钛柱取代,且柱撑反应在层间域内进行。因此MMT的基本骨架不变,且TiO_2分散在MMT的表面。当苯酚的初始浓度为10mg/L、苯酚溶液的pH为6且紫外光照射时间为150min时,37.5wt%TiO_2/MMT复合材料对苯酚降解率为63%,优于MMT(4.5%)和纯TiO_2(55%),说明MMT的负载提高了TiO_2的光催化活性。     

硅藻土/g-C3N4复合材料的制备及其可见光增强活性

采用浸渍-焙烧法制备了具有可见光响应活性的硅藻土/g-C₃N₄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RhB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-C₃N₄复合材料对RhB有较高的催化活性, 光催化降解的速率常数是纯g-C₃N₄的1.9倍。自由基捕获实验表明, ·O₂^-是RhB在硅藻土/g-C₃N₄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-C₃N₄之间静电作用有利于光生电子-空穴在g-C₃N₄表面的迁移, 进而提高g-C₃N₄的光催化活性。     

异质结构的TiO_2/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能的研究

以钛酸丁酯、醋酸锌和聚乙烯吡咯烷酮为前驱物,将静电纺丝技术和高温煅烧法相结合,一步制备出异质结构的二氧化钛(TiO_2)/氧化锌(ZnO)纳米纤维。采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis对样品进行表征。并以罗丹明B(RhB)为降解模拟污染物测试了紫外光照射下的光催化活性。制得的TiO_2/ZnO-1纳米纤维直径在100~150nm之间,长度在2μm以上,ZnO纳米颗粒均匀分散在TiO_2/ZnO-1纳米纤维表面;在紫外光条件下具有良好的光催化性能,在紫外光光照25min后TiO_2/ZnO-1对RhB的降解率达到100%,而在同样条件下纯TiO_2纳米纤维对RhB的降解率只有70.8%。     

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.     

碳量子点/Bi2WO6复合材料高效光催化降解RhB和杀灭大肠杆菌及其催化活性增强机理研究

本工作通过碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)掺杂制备得到了稳定性好、催化活性高的碳量子点/钨酸铋(CQDs/Bi₂WO₆)复合材料,采用红外光谱、X射线衍射、光电子能谱、扫描电镜、透射电镜和固体紫外-可见漫反射光谱等手段对材料的结构进行了表征,通过光催化降解罗丹明B(RhB)评价催化剂的活性,并考察其在可见光照射下杀灭大肠杆菌(Escherichia coli,E. coli)的性能及对应的光催化活性增强机理。结果表明,CQDs掺杂能够有效提高材料的催化活性,CQDs/Bi₂WO₆复合材料在光照40 min后对RhB的降解率高达99.98%,且其在光照6 h后能够有效杀灭约44.82%的大肠杆菌。机理研究表明,空穴(h⁺)是催化过程的主要活性物种,电子(e^-)是次要活性物种。光催化过程中还产生了大量的超氧自由基(·O₂^-)和羟基自由基(·OH),它们共同参与氧化-还原反应,起到降解有机染...     

CuS纳米片修饰Bi_5O_7I复合材料用于光催化还原Cr(Ⅵ)水溶液（英文）

光催化技术以其高效、安全、低成本的优势,被广泛研究用于去除污水中有毒副作用的重金属Cr(Ⅵ)。制备半导体复合材料是一种可以有效提高半导体光催化性能的途径。本研究通过简单的水热法合成了CuS纳米片修饰的Bi_5O_7I复合材料,并且表征和评估了其在可见光下对Cr(Ⅵ)的光催化还原活性。与纯Bi_5O_7I微米棒及纯CuS样品相比,CuS/Bi_5O_7I复合催化剂对Cr(Ⅵ)水溶液具有更高的光催化降解活性。在相同的可见光辐照条件下,15wt%CuS修饰的复合样品,光催化降解Cr(Ⅵ)的反应常数是纯/Bi_5O_7I样品的20倍,纯CuS样品的4.3倍。对比样品的比表面积、光致发光谱和电化学阻抗谱的测试结果发现,复合样品表现出更高的催化效率是由于CuS/Bi_5O_7I具有更大的比表面积、更宽的光吸收区域及更高的光生电子–空穴对的分离和传输效率。本研究还提出了CuS/Bi_5O_7I复合材料光催化降解Cr(Ⅵ)的机理。     

SiO_2/TiO_2复合材料的制备、表征及光催化罗丹明B的研究

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯和硅酸乙酯为原料制备了SiO_2/TiO_2复合材料,并进行表征。X射线衍射结果表明:SiO_2掺杂后TiO_2复合材料在700℃没有金红石型结构出现;红外光谱分析显示:TiO_2与SiO_2是以化学键方式键合;热重分析结果表明:掺杂后复合材料的热稳定性提高;从N2吸附-脱附曲线可以看出,掺杂后复合材料的比表面积比纯TiO_2均有不同程度的增大。以制备的SiO_2/TiO_2复合材料对罗丹明B进行光催化降解实验,结果表明,掺杂后可以明显提高降解率,从纯TiO_2的50%左右,提高到92%以上,主要是掺杂的SiO_2作为吸附单元,TiO_2作为光催化中心,协同效应使TiO_2周围的罗丹明B的分子浓度增加,接触几率增加,提高了降解率。     

CuS纳米片修饰Bi5O7I复合材料用于光催化还原Cr(VI)水溶液

光催化技术以其高效、安全、低成本的优势, 被广泛研究用于去除污水中有毒副作用的重金属Cr(VI)。制备半导体复合材料是一种可以有效提高半导体光催化性能的途径。本研究通过简单的水热法合成了CuS纳米片修饰的Bi₅O₇I复合材料, 并且表征和评估了其在可见光下对Cr(VI)的光催化还原活性。与纯Bi₅O₇I微米棒及纯CuS样品相比, CuS/Bi₅O₇I复合催化剂对Cr(VI)水溶液具有更高的光催化降解活性。在相同的可见光辐照条件下, 15wt% CuS修饰的复合样品, 光催化降解Cr(VI)的反应常数是纯/Bi₅O₇I样品的20倍, 纯CuS样品的4.3倍。对比样品的比表面积、光致发光谱和电化学阻抗谱的测试结果发现, 复合样品表现出更高的催化效率是由于CuS/Bi₅O₇I具有更大的比表面积、更宽的光吸收区域及更高的光生电子-空穴对的分离和传输效率。本研究还提出了CuS/Bi₅O₇I复合材料光催化降解Cr(VI)的机理。     

表面修饰Pt后TiO_2纳米粒子光催化性能研究

用溶胶-凝胶法并经氯铂酸的后续热分解后,制得表面修饰铂(Pt)的TiO_2纳米颗粒铂/二氧化钛(Pt@TiO_2)。扫描电子显微镜表征并X-射线衍射分析表明,该锐钛矿TiO_2纳米颗粒的直径约30nm。在紫外线照射下,对Pt@TiO_2和纯TiO_2纳米颗粒降解甲基橙溶液的光催化活性进行了对比研究。结果表明:与纯锐钛矿TiO_2纳米颗粒相比,Pt@TiO_2在降解甲基橙时表现出了更强的光催化活性,紫外光照25min后,用Pt做表面修饰的Pt@TiO_2纳米颗粒对甲基橙的降解率可达92%,具有高效降解水中有机污染物的性能。     

Co、N共掺杂介孔TiO_2的制备和光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源,以三嵌段共聚物F127为模板剂,采用溶剂挥发诱导自组装法(EISA)制备Co、N共掺杂介孔TiO_2,用XRD、TEM、SEM、XPS、N_2吸附-脱附法和能谱等手段对材料的结构和形貌进行了表征。用紫外-可见吸收光谱法考察了催化剂对罗丹明B(RhB)和无色小分子2,4-二氯苯酚(DCP)的光催化降解效率。结果表明,样品具有较窄的孔径分布(3.65 nm),Co、N共掺杂介孔TiO_2后TiO_2的吸收范围扩展到可见光区,当用氙灯(模拟太阳光,500 W,λ420 nm)光源对RhB和DCP进行光催化降解时,其光催化活性明显高于P25(纯TiO_2)和Co掺杂介孔TiO_2。对RhB和DCP分别光照120 min后,降解效率达到98.5%和66.3%以上。     

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。     

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。     

PbS量子点修饰中空CeO2复合微球及光催化降解罗丹明B性能研究

制备了PbS量子点(PbSQDs)修饰的中空CeO₂微球(PbS@h-CeO₂)。通过SEM、(TEM、XRD和XPS测试复合材料的形貌和结构，通过UV-Vis、电化学和稳态荧光测试其光电性能。结果发现，复合材料为直径约700～800nm的中空纳米微球。对复合材料进行光催化降解RhB的性能测试表明，PbS@h-CeO₂-30在30min暗吸附和150min可见光照条件下可去除78.4%的RhB,同样条件下h-CeO₂只能去除37%的RhB。结果表明，引入PbSQDs修饰h-CeO₂后，通过量子点调节光的吸收范围，提高光生电子-空穴的分离效率，从而提高光催化性能。最后推导出其催化增强机理。     

Zn掺杂改性TiO2的制备及其光催化性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Zn掺杂改性TiO_2催化剂。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对制备的光催化剂进行表征,考察了该催化剂对亚甲基蓝废水的光催化降解性能。结果表明,Zn成功掺入TiO_2中,Zn掺杂改性TiO_2和纯TiO_2均属于锐钛矿TiO_2晶型。在催化剂投入量为1.5g/L、亚甲基蓝质量浓度为10mg/L、降解时间为0～2h条件下,Zn掺杂改性TiO_2催化剂对亚甲基蓝溶液的降解率超过60%,明显高于纯TiO_2的降解率。     

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。     

聚苯乙烯/纳米TiO_2/硅藻土复合材料的制备及其性能研究

通过溶胶-凝胶法成功制备了纳米TiO_2/硅藻土复合材料,并通过浸渍法进一步制备了聚苯乙烯/TiO_2/硅藻土复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射、傅里叶红外光谱和紫外-可见分光光度计等手段对样品进行表征,分析了复合材料的形貌、结构、组成及其光催化降解甲醛的性能。结果表明:硅藻土负载的纳米TiO_2具有良好的光催化性能,聚苯乙烯包覆可以提高纳米TiO_2/硅藻土复合材料的分散性和稳定性,对甲醛的光催化降解能力并无大的影响。其中0.1%聚苯乙烯包覆复合材料的光催化效果最好,在溶液中甲醛降解率可以达到47.08%,在空气中可以达到54.96%。     

微波辅助法合成纳米CeO2/ZnO光催化剂及其光催化性能研究

采用微波辅助共沉淀法制备了纳米CeO_2/ZnO光催化剂。采用X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪以及紫外-可见吸收光谱仪对催化剂样品进行结构表征。以罗丹明B(RhB)为目标降解物对催化剂样品进行光催化降解实验。结果表明:合成的纳米CeO_2/ZnO光催化剂由立方相的CeO_2及六方相ZnO组成,且CeO_2与ZnO较好地复合在一起;该催化剂在紫外区域吸收性能良好。光催化降解RhB实验表明,在质量浓度0.2g/L、pH=8条件下,催化剂光催化性能最佳。