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...     

通过聚合物脱卤策略合成氧化硼掺杂碳及其高效O2还原制H2O2(英文)

O₂通过电化学法直接合成H₂O₂是目前最有可能替代工业上高耗能的蒽醌氧化/还原法的合成方法,但其一直受限于难以开发出高效且低成本的电催化剂.在此,我们通过聚合物脱卤的绿色策略合成了氧化硼掺杂碳(O-BC)材料,将其用作2e-氧还原反应(ORR)的电极材料,采用电化学的方法制备H₂O₂.通过实验调控硼源(H₃BO₃)的用量和退火温度,优化了O-BC材料的催化活性.电化学测试表明:最佳的O-BC-2-650样品表现出高达98%的H₂O₂选择性;在H型碱性电解槽中H₂O₂平均产率为412.8 mmol gcat.^-1h^-1.密度泛函理论计算模拟表明:与一个氧原子相连的硼原子是最佳的活性位点,在吸附O₂的氢化过程中获得最低的吉布斯自由能差(ΔG)0.03 e V;而没有与氧原子相连或者与两个...     

构建具有微妙的原子级紧密接触的ZnIn2S4/Sv-MoS2光催化剂:增强界面相互作用以改善可见光下的光催化产氢性能(英文)

催化剂与助催化剂之间的低电荷分离效率严重限制了光催化性能.催化剂与助催化剂之间的强界面相互作用可以提高电荷分离效率.通过引入界面化学键增强组分间的界面相互作用是提高光催化性能的有效手段之一.本文合成了ZnIn₂S₄ (ZIS)/Sv-MoS₂光催化剂,ZIS中的S原子与Sv-MoS₂中未配位Mo原子之间的键合作用形成了界面Mo-S键,这极大地提高了ZIS的光催化活性.采用不同的NaBH₄蚀刻时间制备了MoS₂-xh.优化后的ZIS/MoS_2-4h复合材料的产氢速率为7.6 mmol g^-1 h^-1,是原ZIS (1.6 mmol g^-1 h^-1)的4.75倍,是ZIS/MoS₂(3.7 mmol g-1 h^-1)的2.05倍.非凡的光催化活性可归因于光生电子在Mo-S键的作用下更容易从ZIS转移到MoS<...     

二维sp2碳共价有机框架及高效光催化制氢(英文)

本文设计合成了两种具有不同连接方式(亚胺键和sp²-C-CN键)的三嗪基共价有机框架(COFs)材料.连接单元的微小变化导致可见光驱动制氢性能的巨大差异.具有sp²碳连接方式的全π共轭二维COFs在450 nm波长处表现出13.48%的外量子效率,优于已报道的COFs光催化剂.而亚胺键的二维COFs几乎没有光活性.借助光电化学研究和量子化学计算进一步研究了二维COFs的催化机理,为太阳能转化高性能有机光催化剂的制备提供了新的见解.     

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。      

Cr3+、In3+、Sb3+离子掺杂BiVO4电催化氧化水产过氧化氢

过氧化氢(H₂O₂)作为一种环境友好的化学品被广泛应用于多个领域。相对于传统的蒽醌法,基于双电子水氧化过程电催化制备H₂O₂具备反应过程简单、毒副产物少、可原位合成等优点。采用旋涂法制备掺杂不同浓度、不同种类金属离子(Cr³⁺、In³⁺、Sb³⁺)的钒酸铋(BiVO₄)薄膜,并系统探究其电催化氧化水产H₂O₂性能。实验结果表明,掺杂Cr³⁺可以提高BiVO₄的电流密度,其中3%Cr:BiVO₄在3.08 V vs RHE偏压下的电流密度约为29 mA/cm²;掺杂In³⁺和Sb³⁺可以提高BiVO₄对双电子水氧化反应的选择性。     

不同晶型Fe2O3催化H2O2湿法脱硝的实验研究

研究了以α-Fe₂O₃、β-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃为催化剂的类Fenton试剂溶液氧化吸收NO的过程,分析了3种Fe₂O₃的晶相结构和表面性质对NO脱除效率的影响机理。脱硝性能测试结果表明：γ-Fe₂O₃的活性最好,在H₂O₂浓度为1.5 mol/L、催化剂浓度为20 mmol/L、pH值为5以及反应温度为55℃等条件下,γ-Fe₂O₃的脱硝率可达87.5%。机理研究表明：3种Fe₂O₃催化H₂O₂分解湿法脱除NO的反应发生在催化剂表面,反应过程中存在氧化还原循环,H₂O₂催化分解的主要产物是·OH。活性差异分析结果表明：Fe₂O₃的晶相结构和表面性质对NO的脱除效果具有显著的影响,γ-Fe₂O₃的活性最高是由于比表面积大、分散性高和表面的Fe²⁺含量更多,而β-Fe₂O₃的活性高于α-Fe₂O₃是由于表面的氧空位含量更多。     

TiO2-g-C3N4-Bi2O3复合异质结构催化材料在水处理中的应用

异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象,球磨法所制备的TiO₂-g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃两种光催化材料作为实验材料,探究不同光源条件下TiO₂-g-C₃N₄、TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明,在可见光和紫外光单独照射条件下,三元体系的TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃均比TiO₂-g-C₃N₄具有更高的光催化活性,并且可见光条件下,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃比TiO₂-g-C₃N₄的优势更明显;在可见光和紫外光同时照射时,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃、TiO₂-g-C₃N₄对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明,Bi₂O₃的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收,并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明,通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺,可以实现TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的制备,并且证实了TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃材料在有机废水处理方面的良好前景。      

Te4+掺杂Cs2InCl5·H2O单晶的光学测温应用(英文)

本文设计合成了一种Te⁴⁺离子掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶,该单晶在紫外光激发下发射明亮橙光.未掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶几乎没有发光现象,但Te⁴⁺掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶,发射峰位于660 nm,并伴随着大的Stokes位移和宽的发光半峰宽(180 nm).结合变温荧光光谱以及飞秒瞬态吸收光谱等表征,揭示了其发光机理为自陷激子发光.零维结构中的强电声耦合以及软晶格有利于形成并稳定自陷激子.特别地,由于Te⁴⁺离子的最外层电子结构为5s²,对温度变化较为灵敏, Te⁴⁺离子掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶的发光寿命表现出了非常强的温度依赖性,发光寿命从80 K下的6μs缩短至380 K下的1...     

pH响应/H2O2自供型金属过氧化物在肿瘤化学动力学治疗中的应用

基于活性氧自由基的抗肿瘤疗法近些年来得到了人们的广泛关注,主要包含光动力疗法、声动力疗法以及化学动力学疗法。其中,化学动力学疗法无需借助外部能量(光能或超声)和氧气,主要依赖金属催化剂(Fe²⁺、Cu⁺等)与H₂O₂分子发生芬顿或类芬顿反应,即可产生高细胞毒性的羟基自由基(·OH)等强氧化性活性物种,该活性物种可破坏细胞脂质、蛋白质和DNA等生物大分子,引发细胞凋亡,从而达到肿瘤治疗的目的。相比应用于传统化学动力学疗法的纳米材料(Fe₃O₄、Cu₂O等),金属过氧化物材料具有在低pH下响应降解、自供H₂O₂等特点,在应用于肿瘤化学动力学疗法时展现出巨大的优势,逐渐得到了人们的重视。金属过氧化物材料可以在肿瘤病灶区弱酸微环境下生成H₂O₂与金属离子,依靠肿瘤病灶区H₂O₂水平的提高和金属离子过载,或者通过产...     

具有持续反应活性的g-C3N4/Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+复合材料的光学-催化行为研究

为促进环境友好型光催化技术的应用推广,通过热解聚合方式将g-C₃N₄负载于多孔Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺蓝色长余辉荧光粉上,制备具有持续反应活性的g-C₃N₄/Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺复合材料。首次采用累积污染物降解效率等一系列指标评价材料在光照及暗态下综合去除污染物效果。通过微观表征手段和NO去除试验研究了单组分复配质量比对复合材料的光学及催化性能的影响。结果表明,g-C₃N₄的复合对Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺的荧光强度和余辉性能产生了不利影响;但光照下,提高的光生载流子分离效率和光吸收...     

研磨-焙烧法制备La2O3/BiOCl复合光催化剂及其对高浓度染料降解性能

首先利用沉淀法合成了BiOCl纳米片, 然后利用研磨-焙烧法将La₂O₃纳米颗粒复合到BiOCl纳米片中, 制备了一系列La₂O₃/BiOCl复合光催化剂(La₂O₃: 1wt%、2wt%、4wt%、8wt%)。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等对样品的晶相、光吸收和表面性能等进行了表征。以紫外灯(λ = 254 nm)为光源, 评价了所制备样品光催化降解高浓度染料酸性橙II(40×10^-6)的活性。结果表明, 经过研磨-焙烧后该系列催化剂均具有较好的结晶性能, 同时2~5 nm的La₂O₃纳米粒子粘附在BiOCl纳米片表面。200℃焙烧制备的1wt%La₂O₃/BiOCl催化剂具有丰富的表面羟基, 对染料表现出较强的吸附性能。该催化剂表现了最高的光催化活性, 活性为纯BiOCl的2.4倍。另外, La₂O₃/BiOCl中的La³⁺提供的氧化-还原势阱可能捕获光生电子, 从而阻止了光生电子(e^-)和空穴(h⁺)的复合, 有利于光催化活性的提高。     

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...     

N-Bi2O2CO3/CdSe量子点光催化氧化NO及原位红外光谱研究

本实验成功制备了氮掺杂碳酸氧铋(N-Bi₂O₂CO₃, N-BOC)/硒化镉量子点(CdSe QDs)复合光催化剂, 并将其运用于光催化降解室内空气污染物一氧化氮(NO)。X射线衍射、透射电子显微镜和光电子能谱测试结果表明N-BOC光催化剂在保持原有纳米片结构和形貌的基础上成功负载了CdSe QDs。光催化氧化NO实验结果显示CdSe QDs的引入可显著提高N-BOC的NO去除率, 并且二次毒副产物NO₂生成率大幅度降低至1%, 表明复合光催化剂具有极强的毒副产物抑制特性。固体紫外漫反射吸收光谱和发光光谱测试表明CdSe QDs拓宽并提升了N-BOC的光响应范围和能力, 并有效抑制了光生电子-空穴的复合效率。通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱技术(DRIFTS)分析, 发现在N-BOC/CdSe QDs光催化氧化NO反应过程中没有NO₂信号产生, 仅观测到NO₃ ^-相关信号。机理分析表明超氧自由基(O₂ ^-)和光生空穴(h ⁺)是体系中可能存在的活性物种, 实现了对NO到NO₃ ^-的彻底氧化。     

AuAg/Bi2O3复合材料的光催化降解和还原性能

先用聚丙烯酰胺凝胶法制备出Bi₂O₃颗粒,然后用光还原法将粒径为6~18 nm的AuAg合金纳米颗粒修饰在Bi₂O₃颗粒表面,制备出AuAg/Bi₂O₃复合光催化剂。AuAg合金纳米颗粒的等离子体共振吸收效应(SPR)使AuAg/Bi₂O₃复合物能吸收波长为~577 nm的可见光,拓展了Bi₂O₃的光响应范围,还促进了Bi₂O₃中光生电荷的分离。以甲基橙(MO)、罗丹明(RhB)和铬离子(Cr(VI))作为目标反应物,在模拟太阳光和可见光照射下考察了AuAg/Bi₂O₃的光催化降解和还原活性,发现AuAg合金纳米颗粒修饰提高了Bi₂O₃的光催化性能。用模拟太阳光照射2 h后,RhB和MO的降解率以及Cr(VI)的还原效率分别提高了~34.2%,~38.0%和~56.7%。同时,AuAg/Bi₂O₃还具有良好的光催化和结构稳定性。基于以上结果,提出了AuAg合金纳米颗粒对Bi₂O₃光催化性能的改性机理。     

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。      

Fe(III)/rGO/Bi2MoO6复合光催化剂制备及光催化芬顿协同降解苯酚

光催化-芬顿技术耦合可高效降解有机污染物。本研究采用溶剂热法制备了Fe(III)掺杂rGO/Bi₂MoO₆复合催化剂(Fe(III)/rGO/Bi₂MoO₆), 通过外加H₂O₂构建了光催化-芬顿协同体系, 可见光照射3 h后对苯酚的降解率(82%)远高于单独光催化(18%)或芬顿反应(48%), 进一步优化条件对苯酚可实现完全降解。这主要是通过Fe得失电子实现价态的转变, 并以此作为桥梁实现光催化-芬顿的协同作用。同时石墨烯的优异导电性能不仅克服了光催化中光生电子空穴难以分离的问题, 而且促进了Fe³⁺/Fe²⁺的循环反应, 促使芬顿反应产生更多的羟基自由基(?OH), 进一步提高了苯酚的降解效率。实验考察了Fe(III)含量、催化剂投加量、H₂O₂含量以及pH等因素对协同降解效果的影响。淬灭实验证明?OH是协同降解体系中最主要的活性物种, ?O₂^-和h⁺对降解活性也会产生一定的影响, 结合实验结果提出了Fe(III)/rGO/Bi₂MoO₆光催化-芬顿协同降解苯酚的机理。     

N-CDs@Nb2O5-AMMC纳米材料的制备及其可见光催化性能研究

通过工艺简单的水热法成功制备出N-CDs和不同含量N-CDs修饰的N-CDs-X@Nb₂O₅-AMMC纳米材料。对N-CDs-X@Nb₂O₅-AMMC进行XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和UV-vis DRS等表征分析。结果表明,经过N-CDs改性之后Nb₂O₅-AMMC的带隙变窄,样品的吸收边红移和光吸收范围变宽,从而有利于提高光催化性能。另外,N-CDs减少了电子传输的阻力,有利于光生电子向N-CDs结构的转移,同时光生载流子的迁移及分离效率提高,有利于光催化反应的进行。与纯Nb₂O₅-AMMC相比,N-CDs-X@Nb₂O₅-AMMC在可见光下光催化降解TC-HCl的性能均有提高,其中样品N-CDs-1@Nb₂O₅-AMMC的降解效率最高,1 h内对TC-HCl的降解率能达到63.2%,是纯Nb₂     

磁性Ag2S/Ag/CoFe1.95Sm0.05O4Z型异质结的制备及光催化降解性能

光催化降解水体中的有机污染物具有广阔的应用前景。本研究以CoFe_1.95Sm_0.05O₄作为载体,通过原位沉积法和光还原法制备了Z型异质结Ag₂S/Ag/CoFe_1.95Sm_0.05O₄,采用不同表征手段对样品的微观形貌、物相结构、光学和磁学性能进行表征分析。Ag₂S/Ag/CoFe_1.95Sm_0.05O₄复合物催化活性最高,其光催化降解动力学常数(k)分别是Ag₂S/Ag,Ag₂S和CoFe_1.95Sm_0.05O₄的2.96, 3.71和8.24倍。引入CoFe_1.95Sm_0.05O₄可以有效地促进Ag₂S/Ag中光生载流子的分离效率。·O_2...     

Gd2O2S:Tb闪烁陶瓷的制备与结构:水浴合成中H2SO4/Gd2O3摩尔比的影响(英文)

Gd₂O₂S:Tb闪烁陶瓷以其明亮的绿色发光、高能量转换效率和高中子俘获截面而广泛应用于中子成像和工业无损检测等领域,但Gd₂O₂S:Tb陶瓷中存在的Gd₂O₃第二相影响其闪烁性能。本工作以H₂SO₄和Gd₂O₃为原料,采用水浴法合成Gd₂O₂S:Tb前驱体,研究了H₂SO₄与Gd₂O₃的摩尔比(n)对前驱体和Gd₂O₂S:Tb粉体性能的影响。前驱体的化学组成随n增大而变化：2Gd₂O₃·Gd₂(SO₄)₃·x H₂O(n<2.00)、Gd₂