金属有机框架材料的制备及应用研究进展

金属-有机框架(MOFs)是一种由金属离子团簇和有机配体通过配位键桥连形成的多孔晶态材料,具有高孔隙率、高比表面积、易于功能化修饰等特点,在气体吸附、催化、传感、医药等方面都具有潜在的应用价值。然而,MOFs材料的不同合成方法往往会直接影响材料形貌并导致其性能差异,通过改变合成方法,能够显著改变材料性能并应用于不同领域。综述总结了近年来MOFs材料的多种合成方法及其典型应用进展,并探讨了不同合成方法的优缺点,最后对其未来发展趋势进行了展望。

BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及压电光催化性能研究

采用Ba(OH)_(2)·8H_(2)O、TiO_(2)通过水热—煅烧法制备四方相BaTiO_(3)。以三聚氰胺为前驱体,热缩聚法制备g-C_(3)N_(4)。简单研磨制备不同质量分数BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)压电光催化复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外—可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)对样品结构、形貌、光学性能进行表征。在模拟太阳光与超声波作用下降解罗丹明(Rh B),研究了复合材料的压电光催化性能。结果表明:10%BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)光吸收性能最好,压电光催化性能最优,100 min内对Rh B降解率为97.81%,是g-C_(3)N_(4)降解速率的1.48倍。捕获剂实验表明,压电光催化条件下·OH与·O_(2)^(-)为主要活性物种。

F掺杂SrTiO_(3)的制备及光电化学阴极保护性能研究

SrTiO_(3)因合适的能带结构和稳定的物化特性,在光电化学阴极保护领域有很大的应用潜力,但是对太阳光的利用率低和光生电子-空穴对复合率高等问题限制了其进一步发展。基于此,利用阴离子(F)掺杂对SrTiO_(3)改性,以得到高效、稳定光电转换性能的SrTiO_(3)光阳极材料。通过溶剂热法制备了不同F掺杂浓度的SrTiO_(3)光阳极材料,UV-Vis DRS和PL测试结果表明,F掺杂提高了SrTiO_(3)对太阳光的利用率和光生电子-空穴对的分离能力。光电化学阴极保护测试结果表明:光照条件下,当F掺杂量为2.0%(原子数分数)时,F-2.0%-SrTiO_(3)与304不锈钢偶联后其光电流密度达到3.7μA/cm^(2),使304不锈钢的开路电位负移至-0.42 V,在模拟海水中为304不锈钢提供有效保护。

压电效应增强光催化剂降解有机污染物的研究进展

光催化降解有机污染物技术因利用绿色环保的太阳能而备受关注,然而,光催化半导体材料光生载流子的快速复合限制了其应用。近年来,通过压电效应协同光催化技术,有望解决这一问题,从而成为新的研究热点。主要介绍了压电效应协同光催化技术的基本原理和产生压电效应的方法,以及常见的压电光催化材料降解有机污染物的研究现状。最后,对压电效应协同光催化技术降解有机污染物的研究趋势及挑战进行了展望。

MOF/TiO_(2)-GO聚酰胺纳滤膜的光催化性能研究

以聚砜超滤膜为基膜,以氧化石墨烯(GO)和金属MOF/TiO_(2)作为改性材料,制备了具有光催化性能的聚酰胺复合纳滤膜。利用X射线衍射(XRD)对样品的物相组成进行分析。以盐酸四环素作为模拟污染物,研究复合纳滤膜在可见光下的光催化性能,通过截留率和水通量测定、电化学阻抗和瞬态光电流测试等,对样品的性能进行测试。分别研究了以铜、锌和镍金属MOF为支撑的氧化石墨烯层间搭载TiO_(2)的复合材料(MOF/TiO_(2)-GO),对聚酰胺纳滤膜结构、光催化性能和分离性能的影响。结果表明:添加了Ni-MOF/TiO_(2)-GO的复合纳滤膜具有高达95%的光催化效率、16L/(m^(2)·h)的水通量、93%的截留率以及经过5次光催化实验后还有80%的降解效率。制备了具有良好抗生素降解性能和稳定性的MOF/TiO_(2)-GO改性聚酰胺复合纳滤膜,为纳滤膜技术的应用提供了借鉴。

钛酸钡薄膜制备及压电光催化研究进展

压电催化和光催化的耦合被称为压电光催化,作为处理废水最有效的工艺之一,压电光催化在降解有机污染物和微生物消毒方面引起了人们的广泛关注。但是,传统的压电光催化材料往往含铅,其造价昂贵且容易造成二次污染,因此,研究者们在不断探索新型压电材料来驱动压电催化过程。钛酸钡(BaTiO3)作为一种典型的压电半导体材料,其制备成本低、压电活性强、具有优异的压电催化性能,已被广泛用于水分解制氢、二氧化碳还原、细菌消毒和废水处理等多个领域。然而,现有钛酸钡材料存在光生载流子分离率低等问题,实际制备过程中往往需要对其性能进行改进和优化。在此基础上,对BaTiO3的晶体结构、压电光催化原理、极化方式、薄膜制备方法进行了综述,并展望了其未来发展趋势。

梯度掺杂半导体材料光催化研究进展

提高光生载流子的分离效率是提升半导体材料光催化性能的有效途径之一。通常通过构建内建电场的方式来实现。然而,传统的异质结结构构建内建电场时需要半导体的能级相匹配,并且合成方式必须能够产生良好的界面接触,受到诸多条件限制。产生内建电场的另一种方法是构建同质结结构的内建电场,使用带隙相等但掺杂水平不同的同种半导体相互接触连接构成的同质结结构,相比于异质结,同样可以有效促进光生载流子的分离,而且由于只需要使用单一半导体材料,同质结的制备更为简便,已经在太阳能电池、光催化分解水制氢等诸多领域被应用。构建同质结结构最常用的一种方法是通过梯度掺杂在材料内部引入掺杂元素浓度阶梯式分布。文章介绍了梯度掺杂同质结半导体材料的光催化机理,并概述了梯度掺杂的不同掺杂方式及其在光催化领域的研究进展。

钛酸锶钡的制备及光催化研究进展

钛酸锶钡(BST)作为一种半导体材料可被应用于光催化领域,但其对可见光的响应率低且光生载流子易复合,需要通过不同方法进行改性。BST是具有压电效应的半导体,可以通过其自身的压电效应形成的内建电场来提高光生载流子的分离效率,进而提升自身的光催化性能。通过光压协同、调控组成、元素掺杂等方法改性后,BST可被应用在光催化分解水制氢、降解污染物等领域。通过梳理学者在BST方面的研究成果,总结概述了BST的制备过程、压电光催化的机理以及BST在光催化领域的研究进展。

二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基复合材料在柔性传感器领域的研究进展

Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene是一种新型层状二维材料,具备良好的亲水性、导电性、稳定性和机械性能,在柔性传感器领域备受关注。然而,由于Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene的自堆积问题,导致表面活性位点减少,粒子的快速传输受到限制,需要对其进行改性和优化。综述了近年来二维Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料在柔性传感器领域的研究进展,通过与碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等复合,Ti_(3)C_(2)T_(x)的机械性能与电化学性能能够显著提升,可以更好地应用于柔性传感器领域。

离子掺杂SrTiO_(3)光催化剂的第一性原理研究进展

近年来,众多研究者基于第一性原理对光催化材料离子掺杂改性前后的结构和物理化学性能进行了诸多研究。钛酸锶(SrTiO_(3))因其较宽带隙和良好的化学稳定性在光催化领域受到了广泛关注。文章先简要介绍了理论计算常用的CASTEP(Cambridge sequential total energy package)和VASP(Vienna ab initio simulation package)软件,之后又在简述SrTiO_(3)基本物理化学性质的基础上,重点介绍了SrTiO_(3)光催化材料单离子掺杂体系和多离子掺杂体系的第一性原理研究进展。最后对SrTiO_(3)光催化材料的第一性原理研究前景进行了展望。

BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜的制备及其光电化学阴极保护性能

提高光生载流子的分离效率是提高光电化学阴极保护性能的有效途径,为弥补SrTiO_(3)禁带宽度大、光生载流子分离效率低等缺点,通过两步超声喷雾热解工艺在氟掺杂氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜。通过XRD、SEM、UV-vis DRS、PL对样品物相成分、表面形貌、光学性能等进行观测。随后以304不锈钢(304 SS)为被保护金属,观测了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜遮蔽光条件下的光电化学阴极保护性能。其中BaTiO_(3)/SrTiO_(3)的相对位置由Mott-Schottky曲线确定。结果表明:通过两步超声喷雾热解工艺制备得到的BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜,光吸收范围拓宽至400 nm;BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜相比于SrTiO_(3)薄膜,光吸收性能增强;光生载流子分离效率提高;在3.5wt%NaCl溶液中,BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜使304 SS的开路电位负移至−0.38 V,负移程度约230 mV,而纯SrTiO_(3)薄膜仅能负移100 mV。其性能提升主要归因于BaTiO_(3)与SrTiO_(3)复合形成了异质结,促进了光生载流子的分离。

二维Ti_(3)C_(2)修饰WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料及其光电化学阴极保护性能

引入第二相材料构建异质结及加入助催化剂都可以有效提高半导体材料的光电化学性能。本文设计制备了WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料并选用助催化剂Ti_(3)C_(2)进行修饰,在模拟太阳光环境下通过光电化学阴极保护技术保护304不锈钢(304 SS)。结果表明:Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3)复合材料的光电化学阴极保护性能显著增强。将304 SS与Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3)复合材料耦合,可将304 SS的电位从-0.13 V转移到-0.42 V,并且三元复合材料产生的光电流密度是单独使用SrTiO_(3)的7倍。在WO_(3)/SrTiO_(3)界面上形成的异质结电场及助催化剂Ti_(3)C_(2)的加入协同提高了光生电子和空穴的分离效率,提高了光电化学阴极保护性能。

Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料的制备及其光电化学阴极保护性能

由于钛酸锶(SrTiO_(3))存在禁带宽度大、光生载流子分离率低等缺点,限制了其光电化学阴极保护性能,为解决此问题,可对其进行负载助催化剂Ti_(3)C_(2)进行改性。首先采用水热法制备了SrTiO_(3)和蚀刻法制备了Ti_(3)C_(2),然后通过机械法混合制备了Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料。通过XRD、XPS、SEM、UV-vis DRS、PL对样品物相结构、化学状态、微观形貌、光吸收性能等特征进行了表征。最后分析了Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料对304不锈钢(304SS)的光电化学阴极保护性能。结果表明,Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料拓宽了可见光利用范围;其中,加入Ti_(3)C_(2)含量为15wt%的15%-Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料的光生载流子分离率更高,光电流密度达到2.5μA·cm~(-2);在3.5wt%NaCl溶液中,304SS与该复合材料偶联后,光照条件下,其电势电位下降了200 mV,可以有效保护304SS,经过4次开闭光循环测试,Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料性能稳定。