纳米二氧化钛的光催化机理及其在有机废水处理中的应用

本文分析了二氧化钛光催化降解环境污染物的典型催化机理,论述了通过表面改性特别是非金属掺杂后,二氧化钛对自然光响应范围显著提高的一些理论观点。对近年来二氧化钛在主要污染源工业有机废水净化处理中的应用成果进行了评述,对二氧化钛光催化材料的发展趋势进行了展望。

纳米半导体材料的光催化机理与应用

介绍了纳米半导体光催化剂的类型、作用机理及在降解污染物方面的应用。

Y^(3+)掺杂纳米TiO_2光催化机理研究

采用溶胶-凝胶法制备了Y3+掺杂的TiO2纳米粉体,以亚甲基蓝溶液为目标降解物,研究了掺杂纳米TiO2纳米粉体在紫外光作用下的光吸收和光催化性能。通过XRD、紫外-可见分光光度计、UV-Vis等测试技术对样品的相组成、晶型和粒径尺寸等进行了表征。结果表明,经520℃热处理的Y3+掺杂的TiO2粉体,结晶完整,主晶相为锐钛矿型,平均粒径约为20 nm;掺杂使TiO2吸收带发生红移,光催化性能增强;掺杂体系的最佳量为n(Y3+)∶n(TiO2)=0.2%。此掺杂量的TiO2粉体对亚甲基蓝有良好的降解效果,反应2 h降解效果达90.68%,优于同等条件下制备的未掺杂的纯TiO2粉体。该样品光催化效果提高的原因是Y3+进入TiO2的晶格,引起了晶格的畸变使得掺杂样品紫外-可见吸收的吸收变发生了红移,提高光的利用率。

不同离子掺杂条件下TiO_(2)的光催化机理及应用研究进展

作为光催化技术的核心材料TiO_(2),由于其独特的结构和性能,使其在污水处理、能源及医疗美容等方面具有巨大的潜力。但其存在禁带宽度大且激发波长短、光生电子容易复合等问题已成为其应用的重要瓶颈问题之一。介绍TiO_(2)材料的光催化原理和影响因素,重点阐明了掺杂改性TiO_(2)光催化机理及其应用领域,提出了TiO_(2)光催化剂改性过程中存在的不足之处,并对其未来的研究方向进行了展望。

石墨烯/二氧化钛基多元复合材料光催化机理与进展

半导体光催化材料是光催化材料的重要组成部分,在制备氢气、处理水污染、氧化还原二氧化碳和促进光化学反应方面都起着重要作用。在众多的氧化物半导体光催化材料中,二氧化钛表现出卓越的光催化活性,它没有毒性,具有良好的生物相容性,耐酸耐碱,化学性质稳定,最重要的是价格低廉。但是二氧化钛光催化效率低,成为影响其发展重要壁垒。近年来,在各种光催化体系设计中,半导体石墨烯/二氧化钛纳米复合体系取得了良好的光催化效果。

有缺陷的层状MoS_2复合TiO_2的光催化机理

采用第一性原理方法研究与有缺陷的层状MoS_2(d-MoS_2)复合后TiO_2的光催化性能增强的机理。结果发现,复合后体系更趋稳定。对TiO_2/d-MoS_2两相界面处的态密度和电荷差分密度进行分析,结果表明:复合后最低未占据分子轨道(LUMO)均由Mo4d轨道组成,最高占据分子轨道(HOMO)主要由S3p、O_2p轨道组成,电子由HOMO向LUMO跃迁。在光照射时,电子由TiO_2迁移到d-MoS_2,在界面处的d-MoS_2侧累积了多余的电子。电子在TiO_2与d-MoS_2之间的转移导致在界面间形成一个内极化电场,d-MoS_2的高电子传输性能使载流子很容易迁移,导致了光生电子和空穴的有效分离,有利于光催化性能的提高。

光催化机理研究获新进展

化学所光化学院重点实验室的研究人员利用同位素标记等实验研究TiO2光催化氧化一级和二级醇为对应的醛和酮时．发现在光催化氧化过程中，醇分子中的氧原子完全被氧分子中的一个氧原子所置换（置换率〉99％）生成相应的羰基化合物。这一结果与以往贵金属等催化氧化醇反应时醇羟基中氧原子被保留的机理完全不同。

二氧化钛基可见光催化剂的设计、制备与光催化机理

该项目属化学学科，依托国家自然科学基金和河北省自然科学基金，针对有效降解环境中污染物开展研究，历时8年完成。该项目率先采用微量聚毗咯等共扼聚合物表面杂化二氧化钛，制备出具有核壳结构的高性能可见光催化剂。

Na^(+)/g-C_(3)N_(4)材料的制备及光催化降解亚甲基蓝机理

制备碱金属掺杂的g-C_(3)N_(4)在g-C_(3)N_(4)半导体光催化材料研究中属于一个重要分支。本研究采用溶液合成、煅烧和溶剂热反应方法制备了Na^(+)掺杂的g-C_(3)N_(4)样品(Na^(+)/g-C_(3)N_(4)),通过不同检测手段确定了Na^(+)在g-C_(3)N_(4)中的负载位置和光电性能,考察了样品的形貌、比表面积及孔径随溶剂热反应时间延长的变化规律。结果表明:Na^(+)负载位置和表面生成的C-O-基团增强了g-C_(3)N_(4)材料的物理和化学吸附性能,Na^(+)/g-C_(3)N_(4)对亚甲基蓝(MB)的吸附率最高可达到93.25%;Na^(+)负载位置对g-C_(3)N_(4)的π共轭体系的电子分布产生影响,进而改变了材料的禁带宽度(Eg)、导(价)带位置和光生载流子分离效率及传输速率;在可见光降解过程中,由于MB的自身光敏性和在Na^(+)/g-C_(3)N_(4)样品表面的强吸附性,MB和Na^(+)/g-C_(3)N_(4)样品构建了独特的光敏-光催化降解体系,MB不仅通过光敏自降解,还在Na^(+)/g-C_(3)N_(4)协同下进行了光催化降解。在pH 6.0条件下,MB和Na^(+)/g-C_(3)N_(4)光催化体系对MB的最高降解率可达96.40%。

CuO/CeO_(2) p−n异质结光催化降解亚甲基蓝的性能及机理

采用简单微波回流法和均相沉淀技术合成CuO/CeO_(2) p−n异质结复合材料,并对其光催化降解亚甲基蓝溶液的性能进行研究。CuO/CeO_(2)异质结复合材料的降解效率明显强于CeO_(2)。结果表明,以Cu/Ce摩尔比为1/3制备的复合材料(1/3 Cu/Ce)的光催化活性最高,在180 min内降解效率达到96.2%。CuO和CeO_(2)之间形成的p−n异质结促进了光生载流子的分离和传输,从而提高了其光催化活性。计算了CuO/CeO_(2)异质结的能带位置偏移,其价带偏移(∆EVBO)为1.58 eV,导带偏移(∆ECBO)为−0.48 eV。计算结果进一步证明CuO与CeO_(2)之间形成了p−n异质结。

金属Ag表面等离子体诱导光催化机理的研究进展

等离子体光催化剂在有机污染物的降解、水的消毒、细菌的破坏以及光伏燃料电池等方面都有潜在的应用前景.本文综述了近年来金属Ag表面等离子体诱导光催化机理的重要研究进展.金属Ag诱导等离子体光催化剂光催化活性的提高大致可以分为三类:对于金属Ag纳米结构复合半导体材料,等离子体Ag纳米结构与半导体界面的直接电子转移发挥了主要作用;对于金属Ag复合AgX(X=Cl,Br,I)材料,光催化活性的提高是基于AgX与金属Ag纳米结构附近强的表面等离子体诱导电磁场的相互作用;对于三元复合等离子体光催化材料系统,光催化活性的增强可以用金属表面等离子体共振效应结合双电荷转移机制来解释复合光催化材料的光催化机制.

稀土掺杂对半导体光催化剂性能影响的进展(特邀)

光催化是能够利用太阳能进行能源转化和环境治理的环保方法。稀土元素在光催化中具有独特的电荷调控机制和光学改性机制,能够有效提升传统半导体的光催化活性。首先,从提升半导体光催化剂光电性能和降低载流子复合率方面,介绍了稀土元素的掺杂对半导体光催化剂性能的调控,并根据稀土元素的分类和掺杂所占组元数的不同,分别从一元稀土掺杂、二元共掺杂到多元及高熵稀土掺杂的角度综述了稀土改性半导体光催化剂的研究进展和相应的光催化动力学机理。通过总结可知,稀土元素较大的原子半径能够有效地引起半导体光催化剂的晶格畸变从而增加半导体的缺陷,达到细化颗粒度,暴露催化剂活性位点的作用;同时,稀土元素特殊的能带结构能有效调整半导体光催化剂的光电性能,促进载流子的高效分离并拓宽其可见光的响应范围,促进光催化反应高效进行。最后,阐述和总结了稀土元素改性对于半导体光催化剂活性改善的重要意义并进行了展望。

C-O官能团修饰的CaMoO_(4)光催化剂的合成与光催化活性研究

采用溶胶凝胶法制备了对盐酸金霉素具有高效降解活性的CaMoO_(4)光催化剂。通过多种表征手段,研究了CaMoO_(4)光催化剂的相结构、纯度、官能团、表面形貌、光学性质和光催化活性。结果表明,CaMoO_(4)光催化剂为四方相,其样品中存在少量的C-O官能团;颗粒近似呈球形,由大颗粒和细颗粒组成;其具有高的可见光响应能力,光学带隙值为3.21 eV。以盐酸金霉素为目标降解物,在不同的药品质量浓度、催化剂含量、pH值条件研究了CaMoO_(4)光催化剂降解盐酸金霉素的光催化活性。结果表明,盐酸金霉素质量浓度为200 mg/L、催化剂含量1 g/L和pH值为7时,CaMoO_(4)光催化剂的降解百分比达到了94%。结合实验结果和能带理论,提出了CaMoO_(4)光催化剂降解盐酸金霉素的光催化机理。机理研究表明,C-O官能团在反应过程中为电子提供额外的能量使其跃迁到CaMoO_(4)光催化剂的导带,促进电子空穴对的产生;空穴、羟基自由基和超氧自由基是促进盐酸金霉素降解的关键因素。

g-C_(3)N_(4)@Bi_(2)WO_(6)的制备及其光催化性能研究

将g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)制备复合材料g-C_(3)N_(4)@Bi_(2)WO_(6),通过SEM、XRD以及PL等技术对g-C_(3)N_(4)@Bi_(2)WO_(6)进行了结构和光学性质的表征,并以罗丹明B(RhB)为目标染料,考察了不同负载量的催化性能差异,推测其光催化机理.实验证明复合材料稳定性很好,并且催化性能相对于纯的g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)有了很大的提高.这项工作为高活性异质结构光催化剂的设计和合成提供了思路.

溶剂热法制备BiOI/BiOCl异质结及其光催化性能研究

以五水合硝酸铋、氯化钠、碘化钾为主要原料,以乙二醇为溶剂,采用一步溶剂热法制备了BiOI/BiOCl异质结光催化材料。研究了反应温度、反应时间、掺杂比例对材料光催化性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见分光光度计、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等测试手段对样品的形貌、物相组成、表面化学态、光催化性能进行了表征。结果表明当碘的含量为20%,在140℃的温度下反应3 h所制备的BiOI/BiOCl异质结光催化材料可见光催化降解罗丹明B的效果最好,120 min后达到了95.46%,是纯BiOCl的9.5倍。提出了S-型半导体光催化机理,该机理促进了光生电子空穴对的分离,保留了较高的氧化还原能力,提高了光催化性能。

Ag-BiVO_4复合光催化剂的制备及其可见光光催化机理的研究

BiVO4是一种优良的可见光光催化剂,但是低电荷分离效率和表面吸附性差能严重地制约了其光催化活性的提高.我们通过简单易行的一步水热法制备了银-钒酸铋复合光催化剂(Ag-BiVO4).通过XRD、EDS、XPS、SEM、DRS、PL和BET等手段对其结构和光化学性质进行了详细表征.结果表明,银以Ag和Ag2O的形态存在于催化剂表面.在可见光照射下(λ≥420nm),以染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子水杨酸(Salicylic acid,SA)为模型污染物,考察了Ag-BiVO4和BiVO4的光催化活性.结果表明:Ag的引入能有效提高BiVO4的可见光催化活性,当Ag掺杂量为1.44%时,其光催化效率最高.吸附实验表明Ag的存在极大地加强了RhB在光催化剂表面的吸附.进一步实验表明Ag2O和Ag的相互协同作用使Ag/Ag2O-BiVO4可见光催化活性得到显著提高,其中Ag2O因与BiVO4形成p-n型异质结对其催化活性起到主导作用.

可见光诱导TiO_2光催化及其机理研究进展

简述了二氧化钛的光催化机理。针对其禁带宽度较大,只能被小于387nm的紫外光所激发的缺点,综述了近年来国内外针对纳米TiO2可见光催化的改性方法和改性机理研究进展,包括离子掺杂、半导体复合、表面光敏化等方法。最后展望了提高纳米TiO2可见光光催化活性研究的前景。

贵金属修饰TiO_(2-x)N_x可见光催化活性及催化机理

采用化学沉淀法通过自掺杂制备了纳米TiO_(2-x)N_x粉体,并采用无机粘结剂法将其负载在基片上,再通过滴涂法对其进行贵金属修饰,从而得到修饰型光催化剂M/TiO_(2-x)N_x。采用XRD,XPS,UV-Vis等测试对其进行表征,并以甲基橙溶液为光催化降解对象,研究了M/TiO_(2-x)N_x的可见光活性。研究发现在负载TiO_(2-x)N_x表面沉积Ag,Pt,Pd和Rh均可提高其光催化活性。在最佳掺杂量时,M/TiO_(2-x)N_x的可见光活性的顺序为Pd/TiO_(2-x)N_x>Pt/TiO_(2-x)N_x>Rh/TiO_(2-x)N_x>Ag/TiO_(2-x)N_x>TiO_(2-x)N_x。光催化机理分析表明M/TiO_(2-x)N_x光催化剂的活性取决于光生电子的激发方式及其转移途径。

纳米TiO_2的光催化机理、制备方法及应用

纳米TiO2是一种重要的光催化剂,在化工、环保、能源、材料等领域有广泛的应用。本文详细介绍了纳米TiO2的光催化机理、制备方法及其在相关领域的应用。

MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)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MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)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,MoS_(2)微米球发生破碎分散结合在g-C_(3)N_(4)纳米片层表面上并形成异质结。可见光下5%MGCD(添加5%MoS_(2))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RhB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MoS_(2)与g-C_(3)N_(4)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:O_(2)^(–)和·OH在催化降解RhB中是主要的活性物种,h^(+)的贡献次之。