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...     

Co3O4负载rGO/g-C3N4臭氧光催化降解2,4-二氯苯氧乙酸活性研究

通过简单的水热法制备了Co₃O₄/rGO/g-C₃N₄催化剂,并在可见光照射下用于光催化臭氧氧化降解2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。利用XRD, SEM, TEM, XPS, UV-vis DRS, FT-IR和瞬态光电流对样品进行测试表征。研究表明,Co₃O₄, rGO和g-C₃N₄形成异质结后光生电子-空穴(e^--h⁺)对的分离效率,e^-的迁移能力以及光催化臭氧氧化活性都明显提升。此外,0.5Co₃O₄/0.25rGO/GCN对2,4-D具有100%的去除率,并具有最高反应速率(k=0.070 9 min^-1)。经过计算得出光催化臭氧氧化2,4-D的协同因子为3.91,表明光催化和臭氧氧化间具有较好的协同效应。活性组分的捕获实验结果表明h⁺和·OH是光催...     

原位构建P-N结复合材料及其可见光光催化性能

提高光催化过程中电子和空穴的提取和分离速率是提高光催化剂催化性能的关键技术之一。用浓硫酸剥离体相氮化碳得到石墨相g-C₃N₄,采用原位生长法制备花状g-C₃N₄/BiOBr P-N结复合材料,研究pH值对复合材料形貌的影响。利用XRD,SEM,EDS,TEM,UV-vis, BET等测试技术对所得样品的形貌、结构进行表征,讨论样品的光催化性能。结果表明:在g-C₃N₄/BiOBr复合材料内g-C₃N₄的[002]晶面和BiOBr的[001]晶面之间形成了异质结,可加速光生电子(e^-)和空穴(h⁺)的提取和分离。BiOBr和g-C₃N₄/BiOBr的禁带宽度分别为2.75,2.71 eV,复合材料的带隙减小,对可见光的吸收范围增强。BiOBr和g-C₃N₄/BiOBr复合材料的比表面积分别为1.27,6.43 m²/g,比表面积增大,增加催化反应活性位点。复合材料g-C₃N₄/BiOBr的光催化性能比纯g-C₃N₄和BiOBr更好,且重复使用效果佳。pH=8时制备的g-C₃N₄/BiOBr复合材料光催化效果最好,此时,对橙黄G、罗丹明B、甲基橙的光催化降解效率分别为91.00%,95.51%,96.72%。     

溶剂热法制备Bi2O3/BiOI复合光催化材料及对四环素的降解应用

四环素作为一种广泛使用的抗生素,长期存在于水环境中难以自然降解,对生态环境和人类健康有很大危害。采用简单的室温搅拌法和溶剂热法制备了BiOI和Bi₂O₃/BiOI光催化剂,通过XRD、SEM、FTIR、UV-Vis DRS、PL和EIS等手段对材料的形貌和结构进行了表征,并考察了不同制备条件对Bi₂O₃/BiOI复合光催化材料在模拟太阳光下对四环素降解效果的影响。结果表明,当Bi₂O₃与BiOI的摩尔比为0.8∶1时,在pH=5、180℃下反应20 h得到的Bi₂O₃/BiOI复合光催化材料对四环素的降解效果最佳,在3 h内对四环素的降解率可达75%,其动力学速率常数分别是单一BiOI、Bi₂O₃的1.75倍和1.56倍。还提出了一种二元异质结光催化剂的催化机制用于解释提高的光催化活性。     

CeO2/BiOI/g-C3N4三相复合材料的制备及可见光催化降解RhB性能研究

通过溶剂热和超声搅拌合成了CeO₂/BiOI/g-C₃N₄三相复合材料。利用XRD、SEM、TEM和UV-Vis DRS等手段对该材料的成分、结构和光学性质进行表征。制备的CeO₂/BiOI/g-C₃N₄三相复合材料界面结构构建良好,光响应性能好,各相分布均匀且结晶程度较高。光催化降解实验表明,在可见光(λ>420 nm)下,CeO₂/BiOI/g-C₃N₄(Ce、Bi物质的量比为2∶1,g-C₃N₄质量分数为5%)三相复合材料光催化降解RhB的效率达到71%,是纯相CeO₂的7倍、纯相BiOI的10倍。同时光催化重复实验结果表明,光催化材料显示出良好的稳定性,经四次循环后,光催化效率基本无降低。最后探讨了复合材料的光催化机理,明确光催化实验中真正的活性物质为空穴及超氧自由基。     

高暴露(001)面BiOBr/Ti3C2复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过水解法合成具有高暴露(001)面的BiOBr/Ti₃C₂复合光催化剂, 利用不同手段对样品进行表征。以罗丹明B为目标污染物, 评价了不同样品的可见光催化性能。结果表明, 层状Ti₃C₂添加量为20.0wt%时, BiOBr/Ti₃C₂复合光催化剂在60 min内对罗丹明B的降解效率为97.1%, 比BiOBr的降解效率提高了34.7%。引入层状Ti₃C₂使得BiOBr与Ti₃C₂界面形成肖特基结能垒, 产生有效的电子陷阱抑制了光生电子-空穴对的复合, 从而大大提高了BiOBr的可见光催化活性。BiOBr/Ti₃C₂复合光催化剂经5次循环实验后, 降解效率仍保持在91.0%, 表明其具有良好的稳定性。活性物种捕获实验表明, 超氧自由基为罗丹明B可见光催化降解中的主要活性物种, 并据此提出了可能的光催化机理。     

卤氧化铋异质结型可见光光催化剂的新进展

卤氧化铋BiOX (X=Cl,Br,I)以其特殊的层状结构和合适的禁带宽度显示出了优异的光催化性能,特别是BiOBr和BiOI可以直接作为可见光光催化剂,引起了人们的广泛关注.围绕这两种化合物为中心的异质结型可见光光催化剂具有制备简单、光生载流子分离效率较高和可见光活性普遍较强的特点.主要综述了BiOBr和BiOI两种材料的异质结型可见光光催化剂的制备方法及形貌,以及光催化活性和机理的最新研究进展,并展望了其发展趋势.     

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。      

新型复合CdIn2S4/ZnIn2S4异质结的制备及其光催化性能

探索高效、稳定的光催化剂是实现实用化太阳能光催化降解污染物的永恒追求。采用化学共沉淀法合成了CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄微球，然后500°C退火得到降解性能更好的CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄异质结。SEM、XRD、XPS、BET和UV-Vis DRS对样品进行了表征。观察到异质结外貌为球形，具有典型的介孔结构，表面光电流响应和阻抗测试结果显示其活性显著增强。在光催化降解亚甲基蓝的反应中，退火后的CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄异质结的光催化活性最佳。反应90 min后，亚甲基蓝(MB)的降解率为96.7%。活性的提高可以归因于催化剂对可见光吸收的增强和光生电荷分离效率的提高。对照实验证明，降解体系中产生的活性物种·O₂^-在降解过程中起关键作用。预测了异质结光催化降解污染物的机制。本...     

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...     

Ag-BiOBr/WO3复合材料的制备及强化磺胺异噁唑去除性能

抗生素类药物因其抗菌效果好在人畜医疗等领域得到广泛应用,但其在环境中难以自然分解,光催化氧化技术在降解持久型有机物方面有着光明的应用前景。然而,常规的光催化材料光谱吸收范围不够宽、光生载流子复合率过高,严重制约了催化材料的应用推广。因此,亟待研发更有效安全的去除技术。本文利用光沉积法将Ag单质负载于BiOBr/WO₃ p-n型异质结材料表面,构建出新型Ag-BiOBr/WO₃材料,并将其用于光催化降解磺胺异噁唑。采用XRD、TEM、XPS、UV-vis DRS等技术对其进行表征表明,Ag的沉积拓展了材料的光响应范围,显著加快光生载流子的分离速度,从而提高了光催化性能。单质Ag含量为15wt%的材料为降解磺胺异噁唑效率最高的复合材料。当溶液中催化剂浓度为0.3 g/L,磺胺异噁唑浓度为5 mg/L,pH为7时,在60 min时光催化降解磺胺异噁唑的效率最高,可达98.1%,降解速率常数分别为BiOBr、WO₃和BiOBr/WO₃的28.79倍、36.37倍和7.59倍。经过5次循环实验后,15wt%A...     

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.     

FeVO4/Cu3(BTC)2(H2O)3异质结制备及光催化性能

以Cu片和1, 3, 5-苯三甲酸为原料,电化学法制备经典Cu-MOF材料Cu₃(BTC)₂(H₂O)₃,即HKUST-1,作为基底金属有机框架材料(MOFs),采用室温沉积法制备FeVO₄/HKUST-1异质结复合材料,通过XRD、SEM、BET、UV-Vis DRS等对其晶体结构、形貌、比表面积、光吸收性能等进行了表征。结果表明:FeVO₄与HKUST-1复合形成异质结后,有利于光生电子-空穴的产生和转移,对目标染料污染物罗丹明B(RhB)的降解性能显著增强。可见光照射120 min后,异质结体系中RhB的降解率可达93%,而单一FeVO₄或HKUST-1体系中仅为12%和5%。此外,对材料的组成比例进行了优化,当FeVO₄与HKUST-1摩尔比为1∶1时,制备的FeVO₄/HKUST-1复合材料具有最佳的光催化性能。进一步,考察了其循环使用的稳定性,循环5次后对RhB的降解效率仍保持在90%以上,稳定性良好。      

Ti1Li3Al2-LDHs/g-C3N4复合材料的制备及其光催化CO2-甲苯反应特性

光催化CO₂还原是实现CO₂绿色转化利用的重要途径之一,但一直受其反应转化效率低的制约。开发新的CO₂还原反应体系和提高光催化剂的可见光利用率及光生电子与空穴的分离效率是解决上述问题的有效方法。本文利用甲苯作为底物,构建了光催化CO₂-甲苯耦合反应的新体系,并通过静电组装法合成了Ti₁Li₃Al₂-层状双氢氧化物(LDHs)/石墨相氮化碳(g-C₃N₄)复合光催化剂。重点研究了该复合光催化剂的光电性质及在CO₂-甲苯耦合反应体系中的光催化反应特性。结果表明,在光催化CO₂-甲苯耦合体系中,Ti₁Li₃Al₂-LDHs/g-C₃N₄作用下,CO₂被还原为CO,甲苯被氧化为苯甲醇、苯甲醛及苯甲酸苄酯,其中苯甲醛和苯甲醇的含...     

石墨烯/纳米TiO_2复合材料的制备及光催化还原性能

为探索超声辅助下利用紫外光及耦合热还原工艺制备RGO/纳米TiO_2复合材料的方法,并对其在缺氧水体中的光催化还原特性进行研究,首先,以鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),进而通过超声/紫外光还原工艺制备了还原氧化石墨烯(RGO);然后,以钛酸丁脂和RGO为前驱物,采用溶胶-凝胶法并在氮气保护下高温加热制备了RGO/纳米TiO_2复合光催化材料;接着,利用FTIR、XRD、BET及紫外-可见光谱等对RGO/纳米TiO_2复合材料进行了结构性能表征;最后,以2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为探针物,研究了RGO/纳米TiO_2在缺氧水体中的光催化特性与2,4-D降解机制。结果表明:采用低温氧化Hummers法制备的GO六碳环上生成的活性基团较少,采用超声/紫外光还原工艺及耦合高温热还原工艺可使环状结构得到良好的修复;所制备的RGO/纳米TiO_2复合材料具有良好的2,4-D降解能力,在缺氧状态下,2,4-D主要发生光催化还原反应,脱除苯环上的氯,产生氯酚、邻苯三酚及间苯三酚等中间产物,部分2,4-D被氧化降解生成CO_2和H_2O。制备的RGO/纳米TiO_2复合材料具有良好的光催化还原性能。