Z型异质结Ag_(2)S/AgVO_(3)可见光催化转化低浓度瓦斯制甲醇性能研究

因缺乏合理有效的利用途径,大量低浓度瓦斯(C_(CH_(4))<30%)被直接排放,研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义,也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源制取液体燃料甲醇被认为是其理想的利用途径之一,以清洁太阳能为驱动力的光催化技术可在室温常压下活化转化甲烷,为低浓度瓦斯低碳利用提供新途径。首先采用水热法制备AgVO_(3),以硫代乙酰胺为硫源,通过阴离子交换策略在AgVO_(3)表面原位复合Ag_(2)S,构筑出Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结,改变硫代乙酰胺的用量可调控Ag_(2)S复合比例。利用XRD、SEM、TEM和紫外可见漫反射光谱等对复合催化剂的微观结构进行表征分析,以体积比为1∶12的甲烷/空气混合物模拟低浓度瓦斯,系统研究了Ag_(2)S复合比例、氧化剂用量、光照强度等对甲烷转化、甲醇产生及其选择性的影响规律,借助瞬态光电流响应谱和电子顺磁共振谱(EPR)探究了Z型异质结构Ag_(2)S/AgVO_(3)对增强模拟瓦斯转化性能的内在机理。研究结果表明:所制AgVO_(3)呈纤维状形貌,其晶相结构为单斜相,原位复合的Ag_(2)S呈纳米颗粒形态,其平均粒径为60 nm,且Ag_(2)S颗粒均匀分布于AgVO_(3)纤维表面。与单一AgVO_(3)和Ag_(2)S相比,复合材料Ag_(2)S/AgVO_(3)具有更强的光吸收性能,AgVO_(3)的带隙能、价带与导带电势分别为2.08 eV、2.21 V和0.13 V,Ag_(2)S的带隙能、价带与导带电势分别为0.91 eV、0.34 V和−0.57 V。与AgVO_(3)相比,复合催化剂Ag_(2)S/AgVO_(3)具有显著增强的瓦斯转化性能,可见光照射1 h最优催化剂20%Ag_(2)S/AgVO_(3)的甲烷转化和甲醇产生量为3.10 mmol/g和2.45 mmol/g,分别为单一AgVO_(3)的1.72倍与2.63倍,且其甲醇选择性高达78.9%;6次循环试验结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)具有优异的催化稳定性。能带结构分析与EPR测试结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结遵循Z型电荷迁移机制,这不仅增强了光生电荷的空间分离,同时使其具有较强的氧化/还原能力,显著提升低浓度瓦斯定向转化制取甲醇的催化性能,为低浓度瓦斯低碳高效利用提供新思路。

CeO_(2)可见光催化合成APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂

可见光异相催化合成聚羧酸系减水剂是进一步提高单体活性种生成率和减水剂性能的有效手段。本文以CeO_(2)为催化剂,(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为引发剂,烯丙基聚氧乙烯醚(APGE-1000)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐为单体,可见光催化聚合制备出APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂,初始及含泥净浆流动度分别为295 mm和275 mm,30min后经时损失均为零,展现出良好的分散性、保坍性和抗泥性,性能优于相同条件下热聚合制备的同种减水剂。系统表征发现,两者性能存在差距的原因是分子量不同,但两种减水剂具有相同的水化和抗泥机理,均能延缓水泥水化进程并使蒙脱土层出现不完全的剥离或分叉,与聚合方式无关;并且CeO_(2)具有吸收可见光的能力,在可见光照射下可产生的·OH和·O_(2)^(-)参与聚合反应,促进单体活性种的生成,提高了聚羧酸减水剂的分子量和应用性能。

Ag_(2)O/TiO_(2)催化剂可见光催化脱硝性能

通过水热法制备锐钛矿TiO_(2)并与Ag_(2)O复合构建催化剂.利用BET,XRD,XPS等表征分析催化剂,并以NO为处理对象,探究反应条件对催化剂脱硝效率影响.结果表明,可见光下,当反应体系中NO浓度为23.6mg/m^(3)且氨气与氮气摩尔比为1:1时,Ag_(2)O/TiO_(2)(10%)的脱硝效率最佳达92.00%.进一步探究发现,改变反应体系中烟气湿度,脱硝效率基本不变.且同时存在CO_(2),SO_(2),NO等气体时,其脱硝效率可保持71.43%.表征结果显示与Ag_(2)O复合后比表面积增大,禁带宽度降低,PL谱峰强度降低,光电流密度提升.反应后的催化剂出现硝基非对称伸缩振动峰,因此推测,在反应进程中·O_(2)^(-),·OH,·O自由基作为氧化剂先将NO氧化为NO_(2),再进一步氧化为NO_(3)^(-),实现NO_(x)的脱除.当NH_(3)与NO_(2)的同时存在时,进一步将未完全反应的NO还原为N_(2),促进污染气体的转化,进一步提升脱硝效率.

g-C_(3)N_(x)@Zn_(x)O异质催化剂的制备与可见光催化活性

为了解决常规氧化锌光催化剂能带隙宽、量子产率低、稳定性差等缺陷,以g-C_(3)N_(x)为基底、以ZnO作为金属源在g-C_(3)N_(x)表面原位生长类沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8),经高温煅烧后制得具有高稳定性和可见光催化活性的g-C_(3)N_(x)@Zn_(x)O异质催化剂;采用TEM、XRD、UV-DRS、瞬态光电流等测试方法对实验材料进行分析表征,并将g-C_(3)N_(x)@ZnxO用于水环境中亚甲基蓝有机物的可见光催化降解。结果表明:g-C_(3)N_(x)和ZIF-8的引入不仅使材料的光吸收能带隙变窄,而且显著提高了瞬态光电流响应信号,有效抑制了光生电子与空穴对的重组,从而增强了材料的光催化性能,g-C_(3)N_(x)@Zn_(x)O对亚甲基蓝的可见光降解率达到了98.45%。

可见光催化CO_(2)参与的芳基烯烃碳碳双键断键羧基化反应

烯烃广泛存在于自然界中,在医药、农药和材料等领域具有重要应用.烯烃的C=C键断裂和转化是许多工业过程的基础,可以实现烃类资源的重组与利用.目前,C=C键参与的氧化裂解和烯烃复分解反应已有广泛的研究.相比而言,C=C键参与的还原裂解虽然是烯烃与一系列亲电试剂反应合成功能分子的重要途径,但受限于烯烃自身结构和反应特点,该过程存在较大的挑战,目前研究很少.CO_(2)具有储量丰富、廉价易得、无毒且可循环再生等优点,是合成多种大宗化学品及精细化学品的理想碳一资源.然而,CO_(2)由于热力学稳定性及动力学惰性,在温和条件下难以高效、高选择性转化.因此,利用CO_(2)参与烯烃C=C键还原裂解,选择性构建高值化合物,是一个重要且具有挑战性的研究方向.近年来,可见光催化由于具有反应条件温和、官能团兼容性高等优点,为有机合成等领域提供了新的发展机遇.本文利用二环己基甲基胺作为电子给体,成功实现了可见光催化CO_(2)参与的芳基烯烃C=C键断键羧基化反应.该反应成功的关键在于,二环己基甲基胺既能高效还原淬灭激发态光敏剂并参与烯烃的胺基烷基-羧基化反应,又不明显抑制胺基烷基化中间体对激发态光敏剂的还原淬灭.研究结果表明,多种不同取代(如给电子基和吸电子基)的芳基烯烃均可与CO_(2)发生羧基化反应,高效高选择性地构建了一系列官能团丰富的芳基乙酸类化合物(如萘普生等药物分子).该方法具有反应条件温和(1 atm,室温)、官能团耐受性好以及可用于合成药物衍生物等特点.此外,本文通过氘代实验等机理研究和密度泛函理论计算证明,胺甲基羧化中间体、苄基自由基和苄基碳负离子都是该反应的关键中间体,并提出了可能的反应机理:首先,二环己基甲基胺还原淬灭激发态光敏剂,产生α-胺基碳自由基,与芳基烯烃发生自由基加成反应,得到苄基自由基,进而被还原态光敏剂还原为碳负离子,对CO_(2)亲核进攻得到烯烃的胺基烷基-羧基化中间体;作为电子给体,该中间体可以淬灭另一分子的激发态光敏剂,并通过分子内去质子化过程,产生α-胺基碳自由基物种,进而经历自由基型β-C断裂,生成热力学更稳定的羧基化苄基自由基,从而实现了烯烃C=C键的还原裂解;最后,新产生的苄基自由基被进一步还原为碳负离子,经历质子化过程后得到目标产物.综上,本文以还原裂解的方式丰富了C=C键断键官能团化反应领域,在温和条件下实现了CO_(2)的高效高选择性转化,合成了高附加值的芳基乙酸类化合物,阐明了反应机制,为烯烃和CO_(2)的同时高值化利用提供了新思路,为后续相关反应的开发和应用提供参考.

十六烷基三甲基溴化铵改性CdS的制备及可见光催化性能

以硫化钠和乙酸镉为原料,通过水热合成法制备十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性CdS催化剂。利用XRD、FTIR、FESEM(EDS)和UV-Vis DRS等手段对催化剂进行表征,并在可见光下对甲基橙(MO)进行降解实验。结果表明,经CTMAB改性处理后,CdS的晶体结构未发生破坏但结晶度有所提高,其形貌由原来片层状结构转变为颗粒状,表面也被有机化改性。改性CdS的禁带宽度稍有增大,但吸附和光催化性能有较大提升,0.3CdS表现出最好的光催化活性,对MO的降解速率约为CdS的14倍,光照100 min,降解率接近100%。自由基捕获和循环实验表明,h^(+)、·OH和·O^(-)_(2)均大量存在反应体系中,在经过4个循环的光催化反应后,0.3CdS的催化活性下降约43%。

可见光催化合成异喹啉酮生物碱的创新实验及课程转化实践思考

为有效拓展现阶段本科有机化学教学实验开设的范围,让学生了解学科前沿研究热点与新合成技术,本实验以异喹啉酮生物碱的光化学合成为导向,将有机光化学和连续流动化学融合运用于本科实验教学。本实验选择氮化碳半导体材料作为非均相光催化剂,氧气作为绿色、经济的氧化剂,在可见光介导下实现异喹啉酮生物碱的合成。实验主要由间歇光反应和连续流光反应合成异喹啉酮生物碱以及合成高附加值天然产物corydaldine三部分组成,涉及搭建简易连续流光化学反应装置、反应监测、分离纯化、产物表征等多个重要环节,指导学生认识光化学反应知识,也让学生熟悉微量有机反应中薄层分析法、柱层析及相关仪器的操作,并将所学的红外、核磁共振波谱法等理论知识运用到产物的结构分析中,提升学生的主观能动性、综合实践能力和环保意识。本创新实验竞赛项目符合实验绿色化、微型化的新理念,适合于在化学化工专业本科生的有机化学实验和综合化学实验中开展,将其转化本科实验教学项目,可充分体现“以赛促建”“以赛促教”“以赛促学”的重要意义。

高效磷酸银/碳球复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究

采用水热法制备了前驱体碳球(CSs),将磷酸银(Ag_(3)PO_(4))与CSs共沉淀复合制备了系列Ag_(3)PO_(4)/CSs-x%(x为0~0.8)复合光催化剂。通过XRD、FE-SEM、FT-IR、UV-Vis DRS和XPS等对所制备的光催化剂进行表征。结果表明,Ag_(3)PO_(4)有效地包覆在CSs表面,Ag_(3)PO_(4)的晶体结构不受影响。CSs的引入增强了Ag_(3)PO_(4)对可见光的吸收,增大了Ag_(3)PO_(4)和污染物的接触面积。复合光催化剂Ag_(3)PO_(4)/CSs-x%比Ag_(3)PO_(4)具有更高的活性,当m(CSs)∶m(Ag_(3)PO_(4))=0.6∶100时,所得的Ag_(3)PO_(4)/CSs-0.6%光催化效果最佳,光照60 min时对苯酚的降解率可以达到99.4%。空穴(h^(+))和超氧自由基(·O_(2)^(-))为降解反应的主要活性物种,并且光催化剂循环使用3次仍具有较高的光催化活性。

氮化碳纳米球可见光催化降解氧氟沙星性能研究

通过硬模板法合成了SiO_(2)@g-C_(3)N_(4)核壳纳米球和Ag/AgCl/SiO_(2)@g-C_(3)N_(4)复合材料,对其结构和光学性质进行表征,研究了其在可见光下降解氧氟沙星(OFX)的性能和机制。结果表明,氮化碳包覆于SiO_(2)纳米球表面,且大部分为直径400 nm左右的球体,Ag/AgCl的加入构建了异质结从而使得光生载流子的分离效率大幅提高。相比于纯g-C_(3)N_(4),Ag/AgCl/SiO_(2)@g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化降解氧氟沙星能力显著提升,其中,当OFX初始浓度10 mg/L,催化剂投加量为0.2 g/L,在100 mW/cm^(2)的可见光照40 min后,OFX的降解率可达72.59%。自由基淬灭实验发现,在Ag/AgCl/SiO_(2)@g-C_(3)N_(4)复合材料光催化降解污染物过程中,主要活性物质为光生空穴。

可见光催化合成C-3位芳酰基取代的2-芳基-2H-吲唑衍生物

基于C-H键官能团化反应策略,在无过渡金属条件下,以2-芳基-2H-吲唑为底物,芳基酮酸为芳酰基自由基源,利用2,4,5,6-四(9-咔唑基)-间苯二腈(4CzIPN)作为光催化剂,通过可见光催化脱羧偶联反应,合成了一系列C-3位芳酰基取代的2-芳基-2H-吲唑衍生物,产率59%-81%。所得产物结构经过氢谱、碳谱和高分辨质谱表征确证。该方法反应条件温和,具有良好的底物适用性和官能团耐受性,为2H-吲唑的C-3位C-H键芳酰基化反应提供了新途径。

磷化钴–磷酸钴修饰氮化钽基纳米花可见光催化CO2还原性能

过渡金属氮氧化物半导体光催化CO2还原技术具有商业化应用开发潜力。以Ta2O5@Ta3N5纳米花为前驱体,通过磷化技术成功制备CoP-Co3(PO4)2双修饰Ta2O5@Ta3N5纳米复合光催化材料。与底物Ta2O5@Ta3N5相比,Co3(PO4)2单修饰样品光催化还原CO2产物从CO转变为CH4,CH4选择性达100%,实现CO2深度还原。在模拟太阳光下,CoP-Co3(PO4)2共修饰样品还原CO2产物CO和CH4产率均提升,其电子利用效率分别是Ta2O5@Ta3N5和Co3(PO4)2单修饰样品的5.5倍和1.5倍。表面局域构建Co3(PO4)2/Ta3N5和CoP/Ta3N5n-n突变异质结构,调控表面电子结构,产生内建电场驱动光生电子向Co3(PO4)2和CoP的CB传输,提高光生电子输运效率。Co3(PO4)2修饰增加光催化CO2还原为CH4的活性中心,而CoP修饰增加光催化CO2还原为CO活性中心;此外,Co3(PO4)2修饰增加样品表面羟基含量,提升样品对CO2吸附能力,有利于生成CH4;而CoP的P缺陷及部分吸附水降低反应活化能,提高生成CO的催化速率和选择性。CoP-Co3(PO4)2双修饰为开发高性能钽基光催化CO2还原新材料提供新路径。

Ni-P@g-C_(3)N_(4)复合材料的合成与可见光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,采用两步热聚合法,制备了一系列石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))基光催化复合材料。通过X-射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_(2)吸附、光致荧光光谱(PL)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电化学阻抗谱(EIS)等表征了其结构与光电特性。结果发现,Ni-P共掺杂可以有效改善g-C_(3)N_(4)的可见光吸收性能,减小其电化学阻抗,抑制光生载流子的复合。以可见光条件下降解亚甲基蓝(MB)溶液为探针反应研究了Ni-P@g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化降解性能。结果表明,照射120分钟1.5%Ni/P-CN复合材料对MB的降解率为61.7%,速率常数为0.00785 min^(-1),是纯g-C_(3)N_(4)的两倍。反应体系的主要活性物种为超氧自由基(·O_(2)^(-))。经过简单处理催化剂可重复使用3次以上且活性保持稳定。

Cu-P复合改性对g-C_(3)N_(4)可见光催化性能的影响

以P掺杂的石墨相氮化碳(P-C_(3)N_(4))为基材,将其与不同质量分数的氯化铜混合后继续焙烧,制备出Cu-P复合改性的石墨相氮化碳可见光光催化剂(Cu/P-C_(3)N_(4))。对样品的结构、光电性能进行了X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光致荧光光谱(PL)、电化学阻抗谱(EIS)等一系列表征。通过可见光催化降解亚甲基蓝考察了它们的光催化活性。结果表明,Cu-P复合改性提高了催化剂的电子转移速率且降低了光生电子空穴对的复合速率,有效改善了其光催化性能。可见光照射120 min,Cu(1.5%)/P-C_(3)N_(4)复合材料对亚甲基蓝的降解率达到71.3%,其降解速率常数分别是纯g-C_(3)N_(4)和P-C_(3)N_(4)的2.17倍和2倍。另外,通过活性物种捕获实验初步研究了各个体系的光催化反应机理。

微波辅助合成ZnO-TiO_(2)及其可见光催化脱硝活性

通过对比水热溶胶凝胶法与微波辅助溶胶凝胶法制备的复合TiO_(2)的光催化性能,最终采用耗时较短且结晶度更好的微波辅助溶胶凝胶法制备了不同复合比例的ZnO-TiO_(2)材料。ZnO-TiO_(2)复合材料比表面积和孔容孔径尺寸较TiO_(2)材料均有明显增大,表面酸性更强,能带结构有利于电子空穴的高效分离,催化还原活性与选择性更强。经光催化脱硝实验优化出ZnO与TiO_(2)最佳复合比为0.2,对于初始质量浓度为6.83 mg/m^(3)的NO_(x),在65 W节能灯照射的光源条件下,可见光催化脱除效率高达85%,NO_(x)质量浓度提高至13.67 mg/m^(3),在通入氨氮比为1:1的NH_(3)后,脱硝效率高达96%,比纯TiO_(2)的提高43%,质量浓度适用范围较前期研究拓宽近六倍。机理分析认为,整个反应可分成吸附与光催化两个部分,其中,吸附是该反应的速控步骤,NO在吸附氧的作用下被氧化为NO_(2),光生电子能够将NO_(2)进一步还原为N_(2),通入NH_(3)后,NH_(3)与光生电子共同作用,NO_(x)脱除效率得以提高。

氢化黑二氧化钛-电气石复合可见光催化材料的制备及性能

为提高纳米TiO_(2)在可见光区的催化效率,以天然电气石、钛酸丁酯等为原料,应用溶胶-凝胶技术制备了纳米TiO_(2)-电气石复合光催化材料(T-T),然后通过高温氢化还原黑化法,制备了氢化黑T-T复合可见光催化材料。研究表明,氢化黑T-T复合可见光催化材料受到扫描电镜(SEM)的电子束轰击后能够捕获电子而发亮,保持了黑色电气石的天然电场特性,同时微观表面不平整,呈现阶梯层次状,且分布着不均匀的纳米孔。在模拟太阳光下的甲基橙催化降解实验中,以550℃氢化4 h所制得的氢化黑T-T复合可见光催化材料对甲基橙的光催化降解率可达到99.8%,反应体系的溶解氧含量峰值可达到8.017 mg/L。氢化黑T-T复合可见光催化材料在电气石天然电场的作用下,其光催化能力优于常规氢化黑TiO_(2)。

过硫酸盐激活协同可见光催化降解四环素的机理和降解路径

为了提升微污染水体中抗生素的降解效率,利用过硫酸钠(PDS)激活协同手性介孔TiO_(2)可见光催化(PDS/vis-TiO_(2))对四环素(TC)进行降解。详细对比研究了以手性TiO_(2)作为催化剂的PDS激活(PDS/TiO_(2))、可见光催化(vis-TiO_(2))和PDS/vis-TiO_(2)三种体系中,降解污染物的活性物种和污染物降解路径等的差异。结果表明,不对称的螺旋堆积结构在手性介孔TiO_(2)中引入了丰富的Ti^(3+),不仅提升了其可见光响应,同时能够激活PDS生成自由基。PDS/vis-TiO_(2)体系中光生空穴h^(+)和·OH等多种自由基可以同时参与TC的降解,5 h内其对TC去除率可达到95%以上,远超PDS/TiO_(2)体系(TC去除率为48.9%)和vis-TiO_(2)体系(TC去除率为71.1%)。PDS加入到光催化体系中,会受到光生电子的激活而产生自由基,从而消耗光生电子,提升光生空穴和电子的分离率,达到协同增强污染物的降解能力。另外PDS激活后产生自由基也会大大增加体系对TC的降解性能。密度泛函理论计算和中间产物分析结果表明,TC在PDS/vis-TiO_(2)体系中的降解路径包含了光生空穴h^(+)攻击TC的降解路径,同时也包括自由基攻击TC的降解路径。

金属氧化物负载改性BiVO_(4)可见光催化剂研究进展

钒酸铋(BiVO_(4))光催化剂具有禁带宽度窄、太阳能利用率高等优势受到广泛关注。然而BiVO_(4)同时也存在光载流子容易复合、吸附有机污染物能力有限、粉体材料分离困难等问题,影响了其在环境领域的实际推广应用。而金属氧化物负载改性BiVO_(4)可以促成p-n异质结结构,进而提高BiVO_(4)光载流子分离效率,同时可以有效改变BiVO_(4)微观形貌、增加反应活性点位。另外金属氧化物的负载掺杂还赋予了该材料磁分离特性,因此金属氧化物负载改性BiVO_(4)成为其推广应用的一种可能。

可见光催化二氧化碳参与非活化烯烃1,3-双羧基化反应

二氧化碳(CO_(2))具有储量丰富、廉价易得、无毒可再生的特点,是一种理想的碳一合成子.在CO_(2)参与的众多转化中,合成应用广泛、易于衍生的羧酸化学品具有较高的研究价值.其中,有机二元羧酸是一种重要的化学品,广泛应用于材料加工、有机合成和生物医药等领域.尽管目前CO_(2)参与的单羧基化反应研究取得了较大进展,但CO_(2)参与构建的区域选择性二羧基化反应方法仍然亟待发展.近年来,可见光化学因其具有绿色温和、官能团兼容性较好等特点已成为利用CO_(2)构建二羧基化反应的有力策略.目前虽已发展了不同策略实现了烯烃1,1-, 1,2-, 1,6-和1,7-双羧基化等不同的区域选择性,但现有策略还未能完成烯烃1,3-双羧基化的区域选择性.另外,现有策略仅能构建两个C–C键.本文利用可见光催化策略,基于1,2-芳基迁移过程,在温和条件下实现了CO_(2)参与非活化烯烃1,3-双羧基化反应,实现了双羧基化领域尚未实现的区域选择性.反应过程涉及一个C–C单键断裂和三个C–C单键形成,可合成一系列新型戊二酸类产物,并且产物易于衍生为杂环结构.一系列给电子、吸电子取代基以及杂芳环取代基均能兼容于反应体系.机理实验结果表明,反应中可原位产生二氧化碳自由基阴离子(CO_(2)^(-)),随后经历自由基加成、1,2-芳基迁移、单电子还原和亲核进攻CO_(2)等过程产生二元羧酸产物.综上,本文为可见光催化CO_(2)参与二羧基化反应方法提供了重要的区域选择性补充,并可同时构建多个C–C键,具有应用前景.

硫氮共掺杂的片状镶嵌立方中空TiO_(2)纳米晶的制备及其可见光催化性能

采用醇热法合成了具有不同掺杂能级的S/N共掺杂的片状镶嵌立方中空TiO_(2)纳米晶(SN-CHT),以提高其在可见光下的光催化活性.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光(PL)、莫特-肖特基和RhB降解实验,研究了所制备样品的形态、光学和光催化性能.结果表明:甲硫氨酸含量为0.25 g的SN-CHT样品表现出最优异的光催化活性,是纯立方中空TiO_(2)纳米晶的3.17倍.RhB的可见光降解率在90 min后可以达到99.9%,其一阶动力学常数为0.86×10^(-2) min^(-1).其可见光催化活性主要归因于引入硫和氮元素后形成的新的掺杂能级和变窄TiO_(2)的带隙促进了光生电子-空穴对的分离,这在莫特-肖特基图和Tauc图中得到了证实.故用S/N元素共同修饰立方体空心TiO_(2)纳米晶是一种能提高光催化性能的有前景的方法.

Ag-黑纳米TiO_(2)-电气石可见光催化材料的制备与应用研究

为研制具有高自然光利用率和高光生量子利用率的Ag-黑纳米TiO_(2)-电气石可见光催化材料(ABTT)。采用“溶胶-凝胶+真空诱导+氢还原”的三步法进行制备,核心原料包括天然电气石微粉、钛酸盐、硝酸银等。通过光催化降解甲基橙、吸光度测试、扫描电子显微镜(SEM)、SEM电子束轰击法、抑菌圈法等分别对其光催化性能、吸光度、微观结构、天然电场特性、抑菌性能等进行了表征。结果表明:ABTT微观表面和晶核表面的无序结构使其显现为深灰黑色,黑纳米TiO2呈现为多层状颗粒,表面具有纳米凸起,且存在丰富的纳米孔,该结构能够在光催化反应过程中提供更为丰富的光催化点位。ABTT微粒的电子束轰击行为呈现出发亮且团聚的现象,这表明电气石的天然电场特性在ABTT微粒中得到了良好的保持,同时其紫外-可见吸收光谱存在明显的红移。且ABTT对甲基橙的120 min光催化降解率达到了99.2%,ABTT与普通内墙涂料质量比为0.8∶100时,对甲醛的24 h光催化降解率为88.6%,对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌圈直径可达20.3 mm和22.5 mm。可见,Ag-黑纳米TiO_(2)-电气石可见光催化材料在自然光照条件下具有优良的光催化性能和抑菌性能,在环保领域具备良好的应用前景。