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高结晶氮化碳空心球的制备及其增强光催化产氢活性 被引量:12
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作者 李阳 张岱南 +1 位作者 范佳杰 向全军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期627-636,共10页
石墨烯型氮化碳(g-C_(3)N_(4))已经成为解决环境污染和能源危机问题的较为理想的光催化剂,但由于其较低的比表面积和较高的光生载流子重组效率而表现出较弱的光催化活性.因此,研究者们已经提出了许多策略,例如纳米结构设计,杂原子掺杂... 石墨烯型氮化碳(g-C_(3)N_(4))已经成为解决环境污染和能源危机问题的较为理想的光催化剂,但由于其较低的比表面积和较高的光生载流子重组效率而表现出较弱的光催化活性.因此,研究者们已经提出了许多策略,例如纳米结构设计,杂原子掺杂和增加结晶度,用来克服氮化碳的这些缺点,从而提高其光催化性能.其中,引起了较多关注的是增加g-C_(3)N_(4)的结晶度,因为晶化g-C_(3)N_(4)(CCN)的内层堆积密度高,外层结构缺陷少,可以提供更快的光生载流子迁移效率,从而增加参与光催化反应的光生电子和空穴.即便如此,通过常规方法制备的晶化g-C_(3)N_(4)依然显示出不规则的形貌和较低的比表面积.基于此,本文以氰尿酸-三聚氰胺(CM)超分子自组装混合物作为前驱体,通过熔盐法成功地制备了高结晶度的g-C_(3)N_(4)空心球(CCNHS).采用XRD、FTIR、13C固相CP-MAS NMR、XPS和时间分辨PL谱对CCNHS样品的基本性质进行了表征,并通过SEM、HRTEM、氮吸附-脱附和紫外-可见DRS光谱对CCNHS样品的形貌结构进行了表征.结果表明,CCNHS样品呈现出由纳米棒组成的非常规则的空心球结构,因而表现出比传统CCN样品更大的比表面积以及更强的光利用效率.CCNHS样品XRD谱出现晶化氮化碳的特征峰;其HRTEM照片出现了对应晶化氮化碳的0.33 nm晶格条纹;FFT衍射斑点的出现以及光吸收能力的增强进一步证明了CCNHS样品结晶度的提高.XPS谱元素分析以及EPR谱结果表明,CCNHS样品中还存在有利于提高光生电子转移的氮空位.光电流、阻抗谱以及与三嗪晶化氮化碳的对比结果证明,CCNHS样品中存在内在电场.同时,采用具有一定毒性的双酚A增塑剂替代了从粮食中提取出来的传统醇类牺牲剂,既保证了对有毒污染物的降解,也减少了粮食的浪费.即使以难降解的双酚A作为牺牲剂,CCNHS样品在降解双酚A(降解率为21%)的同时,依然表现出较好的光催化产氢活性(151.2μmol·h^(−1)·g^(−1)).本文为超分子自组装的结构优化以及晶化氮化碳的改善提供了新视角. 展开更多
关键词 晶化 空心球 石墨化氮化碳 光催化析氢 光催化降解 增塑剂
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铜铂双单原子负载晶化氮化碳及其增强光催化CO_(2)还原性能 被引量:13
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作者 程蕾 张鹏 +2 位作者 文岐业 范佳杰 向全军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期451-460,共10页
铂单原子作为一种新型催化剂,具有活性组分高度分散、配位未饱和以及原子利用率高等特点,在光催化还原CO_(2)方面表现出巨大潜力.但是由于成本高昂和负载量高等因素,极大地限制了其在实际生产中的广泛应用.合成具有低负载量贵金属铂,同... 铂单原子作为一种新型催化剂,具有活性组分高度分散、配位未饱和以及原子利用率高等特点,在光催化还原CO_(2)方面表现出巨大潜力.但是由于成本高昂和负载量高等因素,极大地限制了其在实际生产中的广泛应用.合成具有低负载量贵金属铂,同时提高铂基单原子催化剂的催化活性仍然是一项巨大挑战.晶化石墨相氮化碳的二维结构,特别是其稳定晶化结构所形成的限域环境及其可扩展的π共轭单元,可以有效锚定金属单原子,因而可作为金属单原子的良好载体.已有的金属单原子载体氮化碳多为弱晶或非晶结构,基于晶化氮化碳的高结晶度和高结构稳定性,合理构建金属单原子沉积的结晶石墨相氮化碳体系仍十分困难.关于晶化氮化碳负载金属单原子催化剂应用于光催化还原CO_(2)的研究至今鲜有报道.本文开发了一种具有低负载量的铂基双单原子锚定晶化氮化碳的制备方法,通过设计氮化碳缺陷位点,在晶化石墨相氮化碳载体表面构筑氮缺陷位点,利用载体的丰富氮缺陷作为陷阱,有效捕获双单原子金属前驱体,成功制备了具有低负载量(铂为0.32wt%)的双金属铜铂单原子催化剂,并用于光催化CO_(2)还原反应中.结果表明,相比于单原子铂催化剂和单原子铜催化剂,该种双单原子铜铂体系在光催化还原CO_(2)-CO中表现了更好催化活性.在光照3.5 h后,铜铂双单原子体系的CO产量达到41.1μmolg^(-1).除此之外,铜铂双单原子体系在光催化过程中有利于促进CH_(4)生成,在没有任何牺牲剂或共催化剂作用下其CH4的产量为9.8μmolg^(-1),其产率分别是相同光照条件下单原子铂催化剂(3.2μmolg^(-1))和单原子铜催化剂(2.0μmol g^(-1))的三倍和五倍.高分辨透射电镜结果表明,制备的氮化碳呈现了高度晶化的结构.球差扫描透射电子显微镜结果表明,铂和铜物种分别以高度分散的单原子形式存在,且在双金属铜铂单原子体系并未发现铜颗粒和铂颗粒.电化学分析结果表明,通过双配位活性位点的桥梁作用提高光生电子的转移效率,使得铜铂双单原子体系具有更高的电流密度和更好的载流子传输能力.原位X射线光电子能谱结果表明,金属铂和铜单原子成功负载在晶化石墨相氮化碳上,且在光照过程中单原子铂和铜的结合能的电子密度有些许改变,证明了该双金属单原子体系在光催化过程中协同动态光电子的迁移转移;原位红外傅里叶变换光谱实验结果表明,这种稳定的铜铂双单原子体系有利于促进催化还原反应中中间体产物的加氢过程,对终产物的解离和释放有明显的促进作用,从而提高光催化还原CO_(2)反应的活性和选择性. 展开更多
关键词 铜铂双单原子 晶化氮化碳 光催化还原CO_(2) 低负载量 协同光催化
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三维分等级花状Cd0.8Zn0.2S的结构调控及其光催化CO2还原 被引量:11
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作者 程蕾 张岱南 +2 位作者 廖宇龙 范佳杰 向全军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期131-140,共10页
近年来,光催化CO2还原被视为一种既能解决能源短缺又能减少温室气体,改善人类生存环境的绿色新型技术.然而,由于CO2气体的相对稳定性,构建高催化活性和高选择性的催化体系仍然面临着巨大挑战.锌硫镉固溶体作为一种廉价的固溶类材料,具... 近年来,光催化CO2还原被视为一种既能解决能源短缺又能减少温室气体,改善人类生存环境的绿色新型技术.然而,由于CO2气体的相对稳定性,构建高催化活性和高选择性的催化体系仍然面临着巨大挑战.锌硫镉固溶体作为一种廉价的固溶类材料,具有吸光范围适宜、化学性质稳定以及能带结构可调控等特点,在光催化还原CO2的方面表现出巨大的潜力.本文发展了一种简单的原位自组装法合成三维分等级花状结构的Cd0.8Zn0.2S,主要包括Cd^2+和Zn^2+离子在含硫氛围下自组装成核状前体,然后以柠檬酸钠作为形貌诱导剂进一步组装生长,同时控制Cd2+/Zn2+摩尔比和反应时间以实现三维分等级花状Cd0.8Zn0.2S的合成.结果表明,三维分等级花状结构的Cd0.8Zn0.2S在光催化还原CO2的过程中表现出优异的催化活性和稳定性.其中,在光照3 h后,CO产量达到41.4μmol g^−1,大约是相同光照条件下Cd0.8Zn0.2S纳米颗粒的三倍(14.7μmol g^−1).此外,三维分等级花状结构的Cd0.8Zn0.2S在光催化过程中展现出对光催化产物CO的较高选择性(89.9%),其中在没有任何牺牲剂或共催化剂作用下的TON为39.6.太赫兹时域光谱(THz-TDS)表明,这种三维分等级花状结构的Cd0.8Zn0.2S相较于Cd0.8Zn0.2S纳米颗粒更有利于对光的吸收,从而提高对光的有效利用率.原位漫反射傅立叶变化红外光谱表征分析揭示了三维分等级花状结构的Cd0.8Zn0.2S在光催化过程中表面吸附物质以及光催化还原中间体的存在及转化.通过实验数据和理论机理预测表明,该种三维分等级花状结构的Cd0.8Zn0.2S具有较高的电流密度和较好的载流子传输能力.基于这种三维的花状结构,使得Cd0.8Zn0.2S具有较大的比表面积和吸附位点,进一步提升体系的CO2吸附性能和光生电子的转移效率,从而有效提高光催化CO2还原的活性. 展开更多
关键词 花状Cd0.8Zn0.2S 自组装生长 光催化CO2还原 高选择性 可见光
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NiS助催化剂的硫调控光沉积合成及其增强g-C3N4的光催化产氢性能 被引量:6
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作者 王敏 程晶晶 +3 位作者 王雪飞 洪学鹍 范佳杰 余火根 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期37-45,共9页
作为一种非金属聚合半导体,石墨相氮化碳(g-C3N4)具有特殊的能带结构、可见光响应能力以及优良的物理化学性质以及生产成本低等特点,因而已成为目前光催化领域的研究热点.然而,由于g-C3N4被光激发的电子与空穴极易复合,导致g-C3N4材料... 作为一种非金属聚合半导体,石墨相氮化碳(g-C3N4)具有特殊的能带结构、可见光响应能力以及优良的物理化学性质以及生产成本低等特点,因而已成为目前光催化领域的研究热点.然而,由于g-C3N4被光激发的电子与空穴极易复合,导致g-C3N4材料的光催化性能并不理想.而助剂修饰是实现光生载流子有效分离以提高光催化活性的有效途径.众所周知,贵金属Pt可以作为光催化产氢的反应位点,但高昂的成本限制了它的实际应用.所以,开发高效的非贵金属助剂很有必要.近年来,NiS作为优良的电子助剂在光催化领域受到广泛关注.大量研究表明,NiS可以作为g-C3N4的产氢活性位点用于提高其光催化产氢性能.NiS助剂主要是通过水热、煅烧和液相沉淀的方法修饰在g-C3N4的表面上.相较而言,助剂的光沉积方法具有一些独特的优势,例如节能、环保、简易并且能够实现其原位牢固地沉积在光催化剂的表面.然而g-C3N4光生电子和空穴强还原和氧化能力容易导致像Ni^2+的还原和S^2-的氧化等副反应发生,因此NiS助剂很难光沉积在g-C3N4材料表面.本文采用硫调控的光沉积法成功合成了NiS/g-C3N4光催化材料,该法利用g-C3N4在光照条件下产生的光生电子结合S以及Ni^2+生成NiS,然后原位沉积在g-C3N4表面.由于E0(S/NiS)(0.096 V)比E0(Ni^2+/Ni)(-0.23 V)更正,所以NiS优先原位沉积在g-C3N4表面.因此,硫调控的光沉积法促进了NiS的生成,并抑制了金属Ni等副反应的形成.通过X射线光电子能谱分析NiS/g-C3N4的表面化学态,表明该方法能成功地将NiS修饰在g-C3N4的表面,这也得到透射电镜和高分辨透射电镜结果的证实.光催化产氢的结果表明,NiS/g-C3N4光催化剂实现了良好的光催化性能,其最优产氢速率(244μmol h^‒1 g^‒1)接近于1 wt%Pt/g-C3N4(316μmol h^‒1 g^‒1).这是因为硫调控的光沉积法实现NiS助剂在g-C3N4表面的修饰,从而促进光生电子与空穴的有效分离,进而提高光催化制氢效率.此外,在该方法中,NiS的形成通常在g-C3N4光生电子的表面传输位点上,因此也能够使NiS提供更多的活性位点以提高界面产氢催化反应速率.电化学表征结果也进一步证明NiS/g-C3N4光催化剂加快了电子与空穴的分离和转移.更重要的是,这种简易且通用的方法还可以实现CoSx,CuSx,AgSx对g-C3N4的助剂修饰,并且都提高了g-C3N4的光催化产氢性能,表明该方法具有一定的普适性,为高效光催化材料的合成提供了新的思路. 展开更多
关键词 g-C3N4 NIS 助剂 硫调控的光沉积法 氢气 光催化
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碳铂双助催化剂增强CdS空心球光催化产氢性能 被引量:6
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作者 唐士朋 夏阳 +3 位作者 范佳杰 程蓓 余家国 Wingkei Ho 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期743-752,共10页
利用半导体光催化分解水产氢是将太阳能转换为化学能最有前景的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,硫化镉(CdS)不仅具有可见光响应的带隙值(约2.4 eV),而且其导带底和价带顶的能级横跨于水的氧化还原电势两端,能够在可见光照射下分解... 利用半导体光催化分解水产氢是将太阳能转换为化学能最有前景的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,硫化镉(CdS)不仅具有可见光响应的带隙值(约2.4 eV),而且其导带底和价带顶的能级横跨于水的氧化还原电势两端,能够在可见光照射下分解水产氢,这使得CdS成为一种热门的光催化剂而被广泛研究.然而,单一CdS由于光生电子−空穴对复合速率快、光腐蚀严重等缺点,其光催化产氢活性并不高.为了克服这些缺点,人们探索了多种改性策略,如形貌和结构调控、构建异质结以及负载助催化剂等.负载助催化剂由于可以增强光吸收、促进光生电荷分离以及提供更多活性位点,被认为是一种有效的改性策略.然而,目前大部分的助催化剂都是金属材料,不仅价格昂贵,而且容易对环境造成污染破坏.碳材料因为具有经济环保、导电性能优异、化学稳定性好、光吸收能力和光热效应强等优点,成为一种有望实现太阳能高效综合利用的非金属助催化剂.其中,空心碳球还具有质量轻、比表面积大以及光利用率高等独特优势,吸引了广大科研工作者的注意.本文选取多孔碳空心纳米球(C-HS)作为模板,通过简单的水热法制备了carbon@CdS空心球(C@CdS-HS)复合光催化剂,并将其用于光催化分解水产氢.作为对照,在相同的条件下制备了单一的CdS空心球(CdS-HS).在模拟太阳光照射下并沉积1.0 wt%Pt后,C@CdS-HS/Pt的光催化产氢速率高达20.9 mmol h^(−1)g^(−1)(420 nm处的表观量子效率为15.3%),分别是CdS-HS、C@CdS-HS和CdS-HS/Pt的69.7、13.9和3.9倍.通过一系列表征手段,揭示了光生电荷的传输路径,并提出了C@CdS-HS/Pt光催化活性增强的机理,多孔C-HS的引入提高了复合光催化剂的比表面积,增加了反应活性位点;导电性良好的C-HS可以起到贮存和传导光生电子的作用,从而提高光生载流子的分离和传输效率;CdS纳米颗粒原位生长在C-HS表面形成紧密接触的界面,有利于光生电荷在界面间的传输;C-HS吸收红外光产生很强的光热效应,可以使复合光催化剂的表面温度显著升高,在动力学上提高催化剂的产氢速率;C-HS和Pt作为双助催化剂具有明显的协同效应,可以显著提高CdS的光催化产氢活性. 展开更多
关键词 CdS空心球 双助催化剂 协同效应 光催化产氢
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锌镉硫量子点增强的光催化产氢活性 被引量:6
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作者 高荣荣 程蓓 +2 位作者 范佳杰 余家国 Wingkei Ho 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期15-24,共10页
光催化分解水产氢是利用太阳能解决当今能源危机和环境污染问题的理想策略.硫化镉光催化剂由于具有较窄的带隙、有效的光吸收能力、较负的导带位置和较强的还原能力等而受到广泛关注.然而,硫化镉光催化剂的光生电子-空穴复合速率高,导... 光催化分解水产氢是利用太阳能解决当今能源危机和环境污染问题的理想策略.硫化镉光催化剂由于具有较窄的带隙、有效的光吸收能力、较负的导带位置和较强的还原能力等而受到广泛关注.然而,硫化镉光催化剂的光生电子-空穴复合速率高,导致其光催化活性比较低,因此在光催化领域的应用受到限制.为此,人们采取了很多方法来改善硫化镉光催化剂的光催化性能,例如加入助催化剂、构建异质结、表面修饰以及形成固溶体光催化剂等.合成固溶体光催化剂被认为是提高硫化镉光催化活性最具有发展前景的方法之一,固溶体光催化剂通过形成轨道杂化而表现出可控的带隙和带边位置.在固溶体光催化剂中,锌镉硫胶体量子点引起了很多关注.锌镉硫胶体量子点的颗粒尺寸较小,这就使得光生电子和空穴由催化剂内部转移到表面的距离较短,增大了载流子分离效率.另外,锌镉硫胶体量子点具有较负的导带位置、可调控的带隙、较好的水中分散性以及良好的光吸收等优点,因此锌镉硫胶体量子点从其他光催化剂中脱颖而出.本文分别采用热注法和传统共沉淀法制备了油溶性锌镉硫量子点和水溶性锌镉硫纳米颗粒.发现油溶性量子点亲水性能较差,几乎没有光催化活性,但油溶性量子点易通过配体交换过程转换成水溶性量子点,无机硫作为锌镉硫量子点的表面水溶性配体,可使量子点具有较好的亲水性.通过电化学测试、稳态荧光以及时间分辨荧光测试结果表明,相比于锌镉硫纳米颗粒,水溶性锌镉硫量子点具有更高的电子空穴分离效率.光催化产氢测试发现,在牺牲剂甘油存在的条件下,水溶性锌镉硫量子点的光催化产氢速率(1220μmol g^−1 h^−1)显著提高,约是锌镉硫纳米颗粒产氢速率的10倍.加入助催化剂Ni^2+后,锌镉硫量子点表现出最高的光催化产氢活性(2253μmol g^−1 h^−1),在420 nm灯的光照条件下,表观量子效率达到15.9%.光催化活性的增大主要归因于量子点较小的颗粒尺寸、表面无机硫配体以及助催化剂的添加,这些都有利于载流子的快速分离和转移,降低其复合,延长其寿命,并且加速了产氢动力学,因此提高了水溶性锌镉硫量子点的光催化产氢活性. 展开更多
关键词 锌镉硫化合物 固溶体光催化剂 光催化产氢 油溶性量子点 水溶性量子点
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利用Bi的SPR效应增强Bi_2WO_6的可见光催化NO氧化去除性能(英文) 被引量:8
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作者 张荔 杨超 +7 位作者 吕康乐 陆亚超 李覃 伍晓锋 李宇涵 黎小芳 范佳杰 李玫 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期755-764,共10页
作为大气中的典型污染物之一,化石燃料燃烧产生的NO不仅会引起酸雨,还会影响人体呼吸系统.半导体光催化技术可以利用太阳能和空气中的氧气来分解环境污染物,因而得到了国内外学者的广泛关注.作为最具代表性的半导体光催化材料,TiO_2虽... 作为大气中的典型污染物之一,化石燃料燃烧产生的NO不仅会引起酸雨,还会影响人体呼吸系统.半导体光催化技术可以利用太阳能和空气中的氧气来分解环境污染物,因而得到了国内外学者的广泛关注.作为最具代表性的半导体光催化材料,TiO_2虽然具有较强的氧化能力和优异的生物相容性,但是其禁带宽度较大(3.2 eV)而只能被紫外光激发,无法充分利用太阳能.因此,开发新型可见光响应的半导体催化材料具有重要意义.Bi_2WO_6是一种独特的具有层状结构半导体光催化材料,因其具有可见光响应性能而受到了广泛关注;但是可见光响应范围窄(禁带宽度2.6?2.8 eV)以及其较快的光生载流子复合,导致Bi_2WO_6其光催化效率不高,迫切需要采取有效措施对Bi_2WO_6进行改性.贵金属(诸如金和银)纳米粒子可见光区的表面等离子体效应(SPR),可以用来增强半导体材料的可见光催化性能.但是,贵金属的价格昂贵,难以满足实际需求.近来的研究发现,非贵金属Bi同样具有类似的表面等离子体效应.因此,本文选用以乙二醇为还原剂,通过低温还原Bi(NO_3)_3的方式,在花球Bi_2WO_6表面,成功制备了沉积了Bi纳米球复合光催化次材料.本文用NO的可见光催化氧化来评价Bi/Bi_2WO_6复合材料的光催化性能的可见光催化性能,所使用的光源为可见光LED灯(λ>400 nm).结果发现:(1)单一组分的Bi金属和Bi_2WO_6前驱体花球均表现出非常差的光催化活性,NO去除率分别仅为7.7%和8.6%;(2)随着Bi纳米球的负载量从0增加至10 wt%,复合材料Bi/Bi_2WO_6的NO去除效率从12.3%稳定增加至53.1%至20 wt%时开始降低.这可能是由于Bi纳米球阻碍了Bi_2WO_6对光的吸收;(3)改性后的Bi/Bi_2WO_6具有良好的可见光催化稳定性,循环使用在五次后其活性变化不大.光催化机理研究结果显示,Bi/Bi_2WO_6增强的可见光NO去除性能归因于Bi纳米球的SPR效应.在可见光照射下,Bi纳米球的SPR效应产生的电场可以显著促进Bi_2WO_6的光生载流子分离效率.同时,Bi纳米球可以快速转移Bi_2WO_6导带上的光生电子,生成超氧游离基(·O_2~?),从而抑制了光生电子和空穴的复合.Bi_2WO_6表面的空穴可以被表面吸附水捕获,产生羟基自由基(·OH).在活性氧物种·OH和·O_2~?的不断进攻作用下,NO最终被氧化.本文为宽禁带半导体的非贵金属敏化,提升其可见光催化性能解决环境问题提供了新思路. 展开更多
关键词 Bi2WO6 表面等离子体 光催化 氧化氮
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静电纺丝-碱热法制备高活性由纳米片组装的TiO2纳米纤维(英文) 被引量:6
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作者 陆亚超 欧小雨 +2 位作者 王文广 范佳杰 吕康乐 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期209-218,共10页
半导体光催化有望解决日益严峻的环境污染与能源危机,因而得到广泛重视.纳米TiO2因为其强的氧化能力和良好的(光)化学稳定性与生物相容性,成为了最受欢迎的半导体光催化材料.到目前为止,材料科学家们制备了多种形貌的TiO2光催化材料,如... 半导体光催化有望解决日益严峻的环境污染与能源危机,因而得到广泛重视.纳米TiO2因为其强的氧化能力和良好的(光)化学稳定性与生物相容性,成为了最受欢迎的半导体光催化材料.到目前为止,材料科学家们制备了多种形貌的TiO2光催化材料,如纳米棒(线)、纳米片和空心微球等.作为染料太阳能电池的光阳极材料,小颗粒尺寸的纳米TiO2具有大的比表面积,有利于敏化剂的吸附,从而增强太阳能电池的光电转换性能.但是尺寸太小的TiO2颗粒不利于光散射,导致入射的太阳光直接穿透光阳极薄膜而不利于吸收和利用太阳光.为了解决敏化剂吸附和增强光散射这对矛盾,本文设计制备了由纳米片组装的TiO2纳米纤维:(1)首先通过静电纺丝法制备TiO2纳米纤维前躯体;(2)将TiO2纳米纤维前驱体在500°C焙烧,去除有机物,得到晶化度良好的由纳米颗粒组装的TiO2纳米纤维;(3)将TiO2纳米纤维进行NaOH碱热处理,使TiO2纳米颗粒转化成钛酸盐纳米片,然后经历酸洗和焙烧,得到由纳米片组装的TiO2纳米纤维.染料敏化太阳能电池的性能测试结果显示,碱热2.5 h所得TiO2样品的光阳极薄膜的光电转化效率提升了2.3倍;同时,利用丙酮光催化分解的活性来评价纳米纤维的光催化活性,发现碱热2.5 h所得纳米纤维上光催化降解丙酮的活性提升了3.1倍.结构表征结果显示,随着碱热时间的延长,从纤维表面生长出来的纳米片逐渐变长,催化剂的比表面积和孔容不断增加.大的比表面积有利于底物的吸附,纳米片结构有利于增强光散射,通过延长光程增强对光的利用效率,从而提升纳米纤维的光活性.光电流测试的结果显示,与碱热前的TiO2纳米纤维相比,碱热后的TiO2纳米纤维光电流显著增强,这是由于纳米片结构减小了扩散距离,有利于光生载流子快速转移到催化剂表面,引发丙酮的光催化氧化. 展开更多
关键词 TiO2纳米纤维 静电纺丝 光催化氧化 丙酮 染料敏化太阳能电池
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光催化的氟效应 被引量:3
9
作者 黎小芳 伍晓锋 +3 位作者 刘升卫 李宇涵 范佳杰 吕康乐 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1451-1467,共17页
半导体光催化因有望可持续地解决日益严峻的环境与能源问题而得到国内外学者的广泛关注.但是,以TiO2为代表的半导体光催化材料,存在光响应范围窄和光生载流子容易复合的问题,导致其光催化效率不高.为了提高半导体光催化效率,科学家们采... 半导体光催化因有望可持续地解决日益严峻的环境与能源问题而得到国内外学者的广泛关注.但是,以TiO2为代表的半导体光催化材料,存在光响应范围窄和光生载流子容易复合的问题,导致其光催化效率不高.为了提高半导体光催化效率,科学家们采取了许多策略对本征半导体光催化剂进行修饰改性,如表面敏化、贵金属沉积、元素掺杂和半导体复合等,以拓展光吸收范围和促进光生载流子分离.近来,高能面TiO2纳米晶的报道为高性能半导体光催化材料的设计提供了新的思路.在所有对TiO2进行修饰改性的元素里面,氟因其独特的性能而对TiO2光催化产生了深远影响:(1)(在酸性溶液里面)氟离子与TiO2强烈的配位作用(化学吸附)会改变TiO2光催化材料表面的化学结构,生成氟化钛(≡Ti-F),进而影响污染物在催化剂表面的吸附(反应式(1));≡Ti-OH+H++F-→≡Ti-F+H2O(1)(2)吸附在TiO2表面的氟离子,很难被空穴氧化成氟自由基(EθF·/F-=3.6 V vsNHE),只能将溶剂水氧化成羟基自由基(·OH).与本征TiO2空穴氧化产生的表面吸附态羟基自由基(·OHbounded)不同(反应式(2)),表面氟修饰后空穴氧化溶剂水产生的羟基自由基(反应式(3)),是可以脱离催化剂表面(在溶液中自由扩散的),也就是游离态羟基自由基(·OHfree).≡Ti-OH+h+→≡Ti····OH (·OHbounded)(2)≡Ti-F+H2O+h+→≡Ti-F+·OHfree+H+(3)本文主要从以下几个方面综述了氟效应对半导体光催化的影响:(1)TiO2光催化的表面氟效应,包括游离自由基效应、表面电子结构效应和电子清除剂效应;(2)TiO2光催化的氟掺杂效应,包括氟离子掺杂、氟离子与非金属离子共掺杂、以及氟离子与金属离子共掺杂;(3)TiO2的氟离子形貌控制效应,包括空心结构TiO2、高能面TiO2和介晶TiO2.此外,我们也将氟效应拓展到其它非TiO2半导体上,包括Bi2WO4, BiPO4, Fe2O3, SrTiO3和g-C3N4.本文还总结了氟效应在半导体光催化领域的应用,包括(1)化学品的光催化选择性氧化;(2)污染物的光催化选择性降解;(3)光催化分解水产氢;(4)光催化还原二氧化碳;(5)制备高热稳定性TiO2.最后总结了氟效应的优缺点,并对氟效应的前景进行了展望.现在仪器表征技术(特别是原位表征技术)的快速发展,为半导体光催化氟效应的深入研究提供了新的武器.将氟效应与其它方式的耦合,如表面等离子体效应、晶体缺陷和单原子催化,来进一步提高半导体光催化性能,是未来氟效应研究的发展方向. 展开更多
关键词 二氧化钛 光催化 掺杂 表面修饰
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反蛋白石结构的g-C_(3)N_(4)可控合成及其优异的光催化产氢性能 被引量:8
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作者 陈一文 李铃铃 +3 位作者 徐全龙 Tina Düren 范佳杰 马德琨 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第6期128-136,共9页
日渐严重的能源短缺和环境失衡问题已经阻碍了人类社会的进一步和长远可持续发展。能够将太阳能转化为可储存化学能的半导体基光催化技术被广泛的理解为一种经济和清洁的解决方式,比如光催化分解水。虽然被认为是有前途的光催化剂,g-C_(... 日渐严重的能源短缺和环境失衡问题已经阻碍了人类社会的进一步和长远可持续发展。能够将太阳能转化为可储存化学能的半导体基光催化技术被广泛的理解为一种经济和清洁的解决方式,比如光催化分解水。虽然被认为是有前途的光催化剂,g-C_(3)N_(4)低的比表面积极大地限制了其光催化性能。大孔-介孔结构可以为物质的传输和光的充分利用提供有效通道,从而提高光催化反应效率。本文中,具有反蛋白石(IO)结构的g-C_(3)N_(4)合理地通过紧密堆积的SiO_(2)作为模板来制备得到。并且显示出超高比表面积(450.2 m~2·g^(-1)),表现出更好的光催化产氢速率(21.22μmol·h^(-1)),约为体相g-C_(3)N_(4) (3.65μmol·h^(-1))的六倍。相对于体相g-C_(3)N_(4),IO g-C_(3)N_(4)表现了更好的可见光吸收能力,这得益于3D多孔结构的多重光散射效应。同时,较低的荧光强度、更长的荧光寿命、更小的Nyquist半圆环和更强的光电流响应协同地抑制了光生载流子的复合,降低了界面电荷传输的电阻,促进了光生电子的形成。此外,氮空位的存在能够增强局部电子密度,氮气吸-脱附测试揭示了IO g-C_(3)N_(4)中存在丰富的中孔和大孔,高比表面积暴露更多的活性边界和催化中心。正如光学性质、电子顺磁共振和电化学表征结果所揭示的那样,那些有利因素,包括增强的光利用率、提高的光生电荷的分离、延长的荧光寿命都赋予具有反蛋白石结构的IO g-C_(3)N_(4)优越的光催化性能。这项工作为结构设计和光催化性能调制做出了重要贡献。 展开更多
关键词 g-C_(3)N_(4) 反蛋白(IO) 光催化 产氢
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非贵金属助催化剂MXene在光催化领域应用的研究进展 被引量:6
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作者 李开宁 张苏舒 +2 位作者 李宇涵 范佳杰 吕康乐 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期3-14,共12页
环境友好型半导体光催化是当前最具前景的光催化技术之一,它不仅能够将太阳能转化为化学能以解决能源危机,还可以将污染物降解矿化从而解决环境问题.但是,传统的半导体光催化剂受限于光利用率低、光生载流子复合率高、稳定性较差等几个... 环境友好型半导体光催化是当前最具前景的光催化技术之一,它不仅能够将太阳能转化为化学能以解决能源危机,还可以将污染物降解矿化从而解决环境问题.但是,传统的半导体光催化剂受限于光利用率低、光生载流子复合率高、稳定性较差等几个方面,无法达到理想的光催化效果.在半导体光催化剂上负载助催化剂是提升光催化效率的有效策略之一.负载助催化剂能够增强光生电荷在半导体与助催化剂界面间的传输,提供额外的催化活性位点,增强光捕获能力,因而被广泛应用于光催化剂的改性.目前广泛使用的贵金属助催化剂包括Au,Ag,Pt,Ru等,虽然这些贵金属助催化剂性能优异,但是它们存在储量少和成本高的问题,严重影响其规模化应用.因此,开展高效且成本低廉的非贵金属助催化剂的研究非常必要.近来,一种新型二维过渡金属材料(MXene)因其具有独特的二维层状结构、优异的导电性能、出色的光学和热力学性质而成为催化领域的研究热点.本文综述了有关非贵金属助催化剂MXene在光催化领域的最新研究进展,内容包括:(1)MXene材料的体相与表面结构特性;(2)薄层MXene的制备方法,例如氢氟酸刻蚀法、氢氟酸替代物刻蚀法以及熔融氟盐刻蚀法;(3)MXene基复合光催化剂的合成及改性策略,包括机械混合、自组装、原位氧化等;(4)MXene辅助增强光催化活性机理.论文还重点介绍了MXene作为助催化剂在光催化领域中的应用,包括光催化分解水产氢、光催化CO2还原、光催化固氮以及有机污染物的光催化降解.最后,论文分析了MXene基异质结光催化剂存在的问题与面临的挑战,并对MXene助催化剂的未来发展进行了展望.主要观点包括:(1)关于光催化分解水、空气净化、合成氨领域的研究较少,需要进一步开展;(2)MXene基异质结光催化剂的反应机理仍存在争议,需采用现代化仪器设备(包括原位表征技术)对其进行更为深入的探究;(3)目前,大多数MXene材料的制备都是通过强腐蚀性的氢氟酸或氢氟酸替代物刻蚀,开发环境友好且高效的MXene制备方法迫在眉睫;(4)阐明MXene表面终端基团的作用有助于提升MXene基复合光催化剂的性能;(5)引入新的改性策略如局域表面等离子体共振效应(LSPR)、缺陷调控、单原子催化(SAC)等来提高MXene基光催化剂的催化性能,是未来MXene基复合催化剂的发展方向. 展开更多
关键词 二维过渡金属材料 光催化降解 产氢 二氧化碳还原 固氮
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氰基修饰石墨相氮化碳构建高效的活性位点用于光催化还原CO_(2) 被引量:4
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作者 李访 岳晓阳 +2 位作者 周海平 范佳杰 向全军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第9期1608-1616,共9页
作为影响光催化反应的关键因素,光催化剂的活性位点数量直接决定了光催化活性.传统石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))由于活性位点不足而表现出较弱的光催化活性.为了增加g-C_(3)N_(4)的活性位点数量,研究人员采取了各种策略,包括杂原子掺杂... 作为影响光催化反应的关键因素,光催化剂的活性位点数量直接决定了光催化活性.传统石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))由于活性位点不足而表现出较弱的光催化活性.为了增加g-C_(3)N_(4)的活性位点数量,研究人员采取了各种策略,包括杂原子掺杂、表面改性和空位工程.其中,表面改性是增加催化剂活性位点的有效策略之一.氰基具有很强的吸电子能力,可在光催化反应中作为活性位点.然而,关于氰基作为CO_(2)光还原活性位点的研究并不多,特别是对于氰基修饰增强g-C_(3)N_(4)活性的机理尚不清楚.构建多孔结构是暴露催化剂活性位点的有效措施之一.多孔结构可以有效改善纳米片的团聚,促进活性位点暴露,增大反应物与活性位点间的接触机会;并且相互连接的多孔网络可形成独特的传输通道,进一步促进载流子迁移.本文通过分子自组装和碱辅助策略合成了氰基改性的多孔g-C_(3)N_(4)纳米片(MCN-0.5).氰基由于具有良好的吸电子特性,促进了局部载流子分离,并充当了光催化反应的活性位点.受益于活性位点的影响,MCN-0.5表现出显著增强的光催化CO_(2)还原活性.在不添加牺牲剂和助催化剂的条件下,MCN-0.5样品上CO和CH_(4)产率达到13.7和0.6μmol·h^(‒1)·g^(‒1),分别是传统煅烧法制备的g-C_(3)N_(4)(TCN)产生CO和CH_(4)产率的2.5和2倍.通过盐酸处理MCN-0.5除去氰基,并没有破坏样品的形貌结构,但催化剂的光催化活性显著降低,证实了氰基活性位点的作用.光还原Pt纳米颗粒的实验结果表明,与对照样品相比,氰基修饰的样品上还原的Pt纳米颗粒更多,进一步证实了引入氰基为光还原反应提供了更多活性位点.CO_(2)等温吸附测试结果表明,MCN-0.5对CO_(2)的吸附能力不如对照样品,间接证明氰基能成为活性位点是由于其良好的吸电子能力促进了局部载流子分离.瞬态荧光光谱、光电化学表征结果表明,氰基修饰增强了载流子迁移和分离能力.根据理论计算和原位红外光谱提出了氰基修饰增强g-C_(3)N_(4)光催化还原CO_(2)活性的作用机理.以三聚氰胺为前驱体接枝氰基的g-C_(3)N_(4)也表现出比体相g-C_(3)N_(4)明显增强的光催化还原CO_(2)活性,这证明了氰基改性增强g-C_(3)N_(4)活性策略的通用性.本文通过在光催化剂材料中设计活性位点为太阳能高效转化提供了一个有效途径. 展开更多
关键词 石墨相氮化碳 氰基修饰 活性位点 电子受体 多孔结构 光催化还原CO2
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构建S型异质结COF/CdS以增强太阳光产氢 被引量:5
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作者 孙龙 李铃铃 +2 位作者 杨娟 范佳杰 徐全龙 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期350-358,共9页
高效利用太阳能是解决当前能源危机和环境问题的有效途径.光催化制氢技术具有绿色环保、成本低等优势,且氢气可作为能源载体,其燃烧产物仅为水,因此被认为是实现高效利用太阳能的最佳途径之一.为更好地利用太阳能,研究者们致力于开发具... 高效利用太阳能是解决当前能源危机和环境问题的有效途径.光催化制氢技术具有绿色环保、成本低等优势,且氢气可作为能源载体,其燃烧产物仅为水,因此被认为是实现高效利用太阳能的最佳途径之一.为更好地利用太阳能,研究者们致力于开发具有良好可见光活性的光催化剂.CdS因具有良好的电荷转移能力和在可见光区域强吸收的特性,在光催化制氢方面显示出较大的潜力和优势,成为研究热点.特别是,中空结构的CdS因可提供较大的比表面积和丰富的活性位点,有利于光捕获,表现出较好的光催化性能.人们在合理构建高性能CdS方面已经取得了较大进展,但由于光诱导载流子的快速复合和光腐蚀效应,限制了其实际应用.近年来,研究者提出了许多提高CdS光催化活性的策略,如掺杂金属或非金属元素、负载贵金属、构建异质结等.其中,在CdS中引入共价有机框架化合物(COFs)较受关注.COFs由轻元素(C,B,O和N)组成,并以强共价键周期性排列,在CdS中引入COF可以拓宽其光吸收范围,产生更多的光生载流子,并有助于光生电子和空穴对的分离.本文制备了一系列S型COF/CdS异质结复合材料,其表现出比纯CdS和COF更优越的光催化性能.当COF含量为1.5wt%时,COF/CdS异质结构的产氢速率最高,为8670μmolh^(-1)g^(-1),约为纯CdS的2.1倍.在420 nm单色光下,1.5%COF/CdS的表观量子效率(AQE)约为8.9%.进一步研究表明,CdS与COF之间的紧密接触界面和良好匹配的能带结构可以诱导在异质结界面形成内电场,有效地驱动光生电子和空穴的空间分离,同时保持较强的氧化还原能力,有利于提高光催化析氢性能.原位XPS结果表明,COF的自由电子可以通过界面向CdS转移,从而诱导COF向CdS形成内部电场,并在界面处产生能带弯曲.在内部电场力作用下,CdS导带中的光生电子向COF表面扩散并与COF中的HOMO空穴重新结合.因此,氧化还原能力较强的空穴和电子分别被保留,遵循典型的S型异质结电荷转移模型.同时,吸附在COF表面的水分子或质子被COF中的LUMO上的活跃电子还原成H2,进一步确定了COF/CdS复合材料的S型电荷转移过程.因此,紧密的组装界面和有效的S型结构可以显著提高电荷分离效率,并为水或质子还原提供强大的驱动力,从而大大提高COF/CdS杂化体系的光活性.本文不仅丰富了新型S型异质结光催化剂,而且为进一步的设计和合成提供了参考. 展开更多
关键词 S型异质结 共价有机框架 CDS 光催化制氢
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高活性氮化碳纳米片的制备策略 被引量:3
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作者 李开宁 张梦曦 +4 位作者 欧小雨 李睿娜 李覃 范佳杰 吕康乐 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第8期14-24,共11页
二维聚合物材料氮化碳纳米片因具有独特的电学特性、化学稳定性,在环境治理、能源转换领域有广阔的应用前景。开发绿色友好、经济高效的g-C_(3)N_(4)纳米片剥离策略和合成方法,是催化、能源、材料领域的热点问题。本文重点介绍了关于二... 二维聚合物材料氮化碳纳米片因具有独特的电学特性、化学稳定性,在环境治理、能源转换领域有广阔的应用前景。开发绿色友好、经济高效的g-C_(3)N_(4)纳米片剥离策略和合成方法,是催化、能源、材料领域的热点问题。本文重点介绍了关于二维g-C_(3)N_(4)纳米片的剥离方法与制备策略的研究进展,同时对现有方法进行对比和分析,主要包括热氧化刻蚀、超声辅助剥离、化学法、机械法以及模板法等。文章的最后对g-C_(3)N_(4)纳米片的剥离制备所面临的问题和挑战,进行了讨论,并展望其未来发展方向。 展开更多
关键词 氮化碳 纳米片 剥离 光催化 半导体
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MXene量子点(Ti_(3)C_(2)):性质、合成及其在能源领域的应用 被引量:1
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作者 关晨 岳晓阳 +1 位作者 范佳杰 向全军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期2484-2499,共16页
随着化石燃料的日益枯竭,能源危机成为社会可持续发展所面临的主要难题和巨大挑战.因此,开发一种能够实现高能量转换、具备高储存效率的先进材料显得尤为迫切.MXene量子点,一种由二维过渡金属(MXene)衍生而来的新兴材料,因具有丰富的活... 随着化石燃料的日益枯竭,能源危机成为社会可持续发展所面临的主要难题和巨大挑战.因此,开发一种能够实现高能量转换、具备高储存效率的先进材料显得尤为迫切.MXene量子点,一种由二维过渡金属(MXene)衍生而来的新兴材料,因具有丰富的活性边缘原子、较好的导电性和出色的光学特性而成为能源储存与转换领域的研究热点.一般而言,当MXene的横向尺寸小于10 nm时,将这种半导体纳米结构命名为MXene量子点.MXene量子点具有诸多优异的性质,其不仅保留有二维MXene的固有特性,同时强大的尺寸效应和量子限制效应还赋予了其更多独特的性能,例如更强的光吸收能力、更好的导电性及生物相容性等,从而使得MXene量子点在光催化、检测、储能、生物医学等领域表现出巨大应用潜力.本文综述了有关MXene量子点在能源相关领域应用的最新研究进展,包括:(1)MXene量子点在结构、电学和光学方面的基本特性;(2)MXene量子点的制备方法,如水热/溶剂热法、熔融盐法、声微流体法、直接超声法等,并给出了各方法的机理、制备步骤(包括具体参数)及优缺点;(3)MXene量子点与二维MXene在不同方面的比较:包括官能团、光吸收能力、能带结构、稳定性以及辅助增强光催化机理等.重点介绍了MXene量子点在能源储存与转换领域中的应用,包括光催化(光催化分解水产氢、光催化CO_(2)还原、光催化固氮)、电池和超级电容器,同时深入探究了MXene量子点在这些应用中发挥的关键作用.分析了MXene量子点基材料在能源储存与转换领域面临的问题和挑战,并对未来发展趋势进行了展望,主要观点包括:(1)目前,MXene量子点的制备主要通过传统的化学法制备,即用强腐蚀性的酸性溶液(氢氟酸或氢氟酸替代物)刻蚀,而关于新型物理法或者无氟制备方法的研究较少,需要进一步拓展;(2)MXene量子点的磁性、化学发光以及透明光学特性等基本性质仍处于理论预测阶段,需采用更先进仪器设备及实验对其进行更深入的研究;(3)引入新的改性策略如核壳结构、等离子体共振效应,单原子催化、缺陷调控等来提高MXene量子点基光催化剂的催化性能,是未来MXene量子点基复合催化剂的发展方向. 展开更多
关键词 MXene量子点 能量储存与转换 合成方法 光催化 基本性质
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新型核壳Ag@AgSe_(x)纳米粒子析氢助剂:原位表面硒化以提升TiO_(2)的光催化产氢活性
16
作者 钟威 许家超 +3 位作者 王苹 朱必成 范佳杰 余火根 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期1074-1083,共10页
纯相光催化材料的产氢性能主要受限于较低的电荷分离效率和缓慢的界面催化反应速率.表面负载助催化剂因其能够实现快速转移光生电子和提供界面催化活性中心被认为是促进电荷分离和提升界面催化反应的有效手段.贵金属类材料,尤其是金属铂... 纯相光催化材料的产氢性能主要受限于较低的电荷分离效率和缓慢的界面催化反应速率.表面负载助催化剂因其能够实现快速转移光生电子和提供界面催化活性中心被认为是促进电荷分离和提升界面催化反应的有效手段.贵金属类材料,尤其是金属铂(Pt),被认为是光催化产氢领域的理想助剂,但储量低和价格昂贵严重制约了其大规模实际应用.因此,发展低成本的产氢助剂对未来光催化产氢技术的发展至关重要.金属银(Ag)是一种优异的导电金属材料,其高电导率(6.3×10^(7) S m^(–1))能够在光催化产氢反应中快速转移光生电子,从而极大地抑制光生电子-空穴对的复合.与金属Pt相比,Ag作为助剂在光催化体系中的析氢活性并不理想,这主要归因于Ag表面缺乏有效的产氢活性位点,使得界面催化产氢反应速率受到极大限制,最终表现出较低的光催化产氢活性.因此,优化Ag表面性质并提供丰富的界面产氢活性位点对于提升Ag助剂的光催化产氢活性具有重要意义.本文采用原位表面/界面工程策略对金属Ag助剂进行改性,以设计高效的Ag修饰光催化材料.首先通过一步光沉积方法制备了Ag纳米粒子修饰的TiO_(2)光催化材料,然后,将金属Ag纳米粒子表面部分原位硒化为非晶态AgSe_(x),成功制备了新型核壳结构Ag@AgSe_(x)助剂修饰的TiO_(2)光催化剂(TiO_(2)/Ag@AgSe_(x)).X射线衍射、高分辨透射电镜、X射线光电子能谱等表征结果表明,所得结构为Ag@AgSe_(x)助剂的核壳结构.光催化结果表明,TiO_(2)/Ag@AgSe_(x)光催化剂具有比TiO_(2)和TiO_(2)/Ag更高的光催化产氢速率,其中TiO_(2)/Ag@AgSe_(x)(20μL)表现出最高的光催化产氢速率,是TiO_(2)/Ag样品的2.4倍.结合原位X射线光电子能谱和密度泛函理论计算结果认为,TiO_(2)/Ag@AgSe_(x)光催化剂的高效产氢活性可以归因于金属Ag核和非晶AgSe_(x)壳的协同机制,即具有优良导电性的金属Ag核可以有效且快速地转移光生电子,而非晶态AgSe_(x)壳可以提供大量的产氢活性中心,最终实现高效的电荷分离效率和快速的界面催化反应,显著提升TiO_(2)的光催化产氢活性.综上,本文为构建高效的Ag改性光催化剂以及开发经济高效的太阳能转换助催化剂提供了新的思路. 展开更多
关键词 光催化产氢 助剂 表面硒化 Ag@AgSe_(x) 协同作用
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Carbon-coated cubic-phase molybdenum carbide nanoparticle for enhanced photocatalytic H2-evolution performance of TiO_(2) 被引量:5
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作者 jinfeng Liu Ping Wang +1 位作者 jiajie fan Huogen Yu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第12期253-261,共9页
Conventional hexagonal dimolybdenum carbide(Mo2 C) as a good cocatalyst has been widely applied for the enhanced photocatalytic hydrogen production of various photocatalysts. Compared with the hexagonal Mo2 C, however... Conventional hexagonal dimolybdenum carbide(Mo2 C) as a good cocatalyst has been widely applied for the enhanced photocatalytic hydrogen production of various photocatalysts. Compared with the hexagonal Mo2 C, however, the investigation about cubic molybdenum carbide(Mo C) is still very limited in photocatalytic field. In this study, carbon-coated cubic molybdenum carbide(MoC@C) nanoparticle was synthesized and used as an effective cocatalyst to improve the H2-evolution efficiency of Ti O2. The cubic MoC@C can be obtained by adjusting the mass ratio of C3 N3(NH2)3 to(NH4)6 Mo7 O(24)(2:1) and controlling the calcination temperature to 800 °C. When the above cubic MoC@C nanoparticles were evenly loaded on the Ti O2 via a sonication-assisted deposition, a homogeneous composite of TiO2/MoC@C was formed due to the strong coupling interface between TiO2 and cubic MoC nanoparticles. More importantly, the highest H2-production rate of Ti O-12/MoC@C reached 504 μmol hg^(-1)(AQE=1.43%), which was 50 times as high as that of the pure TiO2. The enhanced performance of TiO2/MoC@C can be attributed to the synergistic effect of carbon layer as an electron mediator and the cubic MoC as interfacial H2-evolution active sites. This work provides a feasible guideline to develop high-efficiency Mo-based cocatalysts for potential applications in the H2-evolution field. 展开更多
关键词 TiO_(2) Cubic MoC@C COCATALYST H_(2)production Photocatalysis
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具有近红外吸收的二维/三维ZnIn2S4/氮掺杂石墨烯光催化剂的制备及其高效CO2捕获和光催化还原性能(英文) 被引量:20
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作者 夏阳 程蓓 +2 位作者 范佳杰 余家国 刘刚 《Science China Materials》 SCIE EI CSCD 2020年第4期552-565,共14页
具有宽光谱太阳能利用的分等级异质结光催化剂,正成为一种新兴的先进光催化材料,被应用于太阳能驱动二氧化碳转化为高附加值的化学原料.本工作通过水热法使二维硫化铟锌纳米墙垂直生长于三维氮掺杂石墨烯泡沫上,形成分等级异质结光催化... 具有宽光谱太阳能利用的分等级异质结光催化剂,正成为一种新兴的先进光催化材料,被应用于太阳能驱动二氧化碳转化为高附加值的化学原料.本工作通过水热法使二维硫化铟锌纳米墙垂直生长于三维氮掺杂石墨烯泡沫上,形成分等级异质结光催化剂.该催化剂展现出优异的光热转换效率、选择性捕获CO2和光催化还原CO2的能力.在273 K和1个大气压条件下,负载1 wt%氮掺杂石墨烯泡沫的复合催化剂表现出最优异的性能,其中对CO2和N2的吸附选择性为30.1,并且对CO2的等量吸附热为48.2 kJ mol^-1.在无助催化剂和牺牲剂的条件下,负载1 wt%氮掺杂石墨烯泡沫的复合催化剂,其光催化转化CO2为CH4、CO和CH3OH的效率分别是纯的硫化铟锌的9.1、3.5和5.9倍.该增强效应得益于三维石墨烯泡沫高度开放的网状结构,良好的CO2吸附能力和两种组份之间的强相互作用.此外,利用原位照射X射线光电子能谱仪和开尔文探针技术分析了电荷转移的方向,本工作为设计高效太阳能转化分等级异质结光催化剂开辟了新的思路. 展开更多
关键词 氮掺杂石墨烯 强相互作用 等量吸附热 电荷转移 近红外吸收 复合催化剂 CO2吸附 泡沫高度
原文传递
Step-scheme CdS/TiO_(2) nanocomposite hollow microsphere with enhanced photocatalytic CO_(2) reduction activity 被引量:10
19
作者 Zhongliao Wang Yifan Chen +3 位作者 Liuyang Zhang Bei Cheng Jiaguo Yu jiajie fan 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第21期143-150,共8页
Converting solar energy into chemical energy by artificial photosynthesis is promising in addressing the issues of the greenhouse effect and fossil fuel crisis.Herein,a novel photocatalyst,i.e.CdS/TiO_(2) hollow micro... Converting solar energy into chemical energy by artificial photosynthesis is promising in addressing the issues of the greenhouse effect and fossil fuel crisis.Herein,a novel photocatalyst,i.e.CdS/TiO_(2) hollow microspheres(HS),were dedicatedly designed to boost overall photocatalytic efficiency.TiO_(2) nanoparticles were in-situ decorated on the inside and outside the shell of Cd S HS,ensuring close contact between TiO_(2) and CdS.The CdS/TiO2 HS with abundant mesopores inside of the shell boost the light absorption via multiscattering effect as well as accessible to reactions in all directions.The heterojunction was scrutinized and the charge transfer across it was revealed by in-situ irradiated X-ray photoelectron spectroscopy(ISI-XPS).Ultimately,the charge transfer in this composite was determined to follow stepscheme mechanism,which not only facilitates the separation of charge carriers but also preserves strong redox ability.Benefited from the intimate linkage between Cd S and TiO_(2) and the favorable step-scheme heterojunction,enhanced photocatalytic CO_(2) reduction activity was accomplished.The CH4 yield rate of CdS/TiO_(2) reaches 27.85μmol g^(–1) h^(–1),which is 145.6 and 3.8 times higher than those of pristine CdS and TiO_(2),respectively.This work presents a novel insight into constructing step-scheme photocatalytic system with desirable performance. 展开更多
关键词 Step-scheme heterojunction CDS TiO_(2) Hollow microspheres Photocatalytic CO2 reduction
原文传递
非晶镍磷合金助剂的三乙醇胺调控光沉积制备及其增强氮化碳光催化产氢活性 被引量:8
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作者 余火根 许家超 +2 位作者 高朵朵 范佳杰 余家国 《Science China Materials》 SCIE EI CSCD 2020年第11期2215-2227,共13页
开发高效、稳定且低成本的新型助催化剂对于光催化制氢反应至关重要.本文通过简单、绿色的三乙醇胺(TEOA)诱导的光沉积方法,将非晶态Ni-P合金颗粒成功修饰到石墨相氮化碳(gC3N4)上,以构建Ni-P/g-C3N4光催化剂.TEOA是一种可以与Ni2+配位... 开发高效、稳定且低成本的新型助催化剂对于光催化制氢反应至关重要.本文通过简单、绿色的三乙醇胺(TEOA)诱导的光沉积方法,将非晶态Ni-P合金颗粒成功修饰到石墨相氮化碳(gC3N4)上,以构建Ni-P/g-C3N4光催化剂.TEOA是一种可以与Ni2+配位形成[Ni(TEOA)]^2+络合物的优良络合剂,在光照下能够促进非晶态Ni-P合金在g-C3N4表面快速有效沉积.光催化产氢测试表明,非晶态Ni-P合金的负载可以显著提高g-C3N4的光催化产氢性能,其中Ni-P/g-C3N4(5 wt%)样品具有最佳产氢性能(118.2μmol h^-1g^-1),是纯g-C3N4的35.8倍.此外,非晶态Ni-P合金还可以作为具有通用性的制氢助催化剂,可显著提高传统半导体材料(如Ti O2和Cd S)的光催化产氢性能.基于相关表征结果,本文提出了非晶态Ni-P合金作为高效电子传递介质以提高产氢速率的机理.该三乙醇胺调控的光沉积方法为新型高效助催化剂的合成与开发提供了新的思路. 展开更多
关键词 光催化产氢 光沉积 镍磷合金 三乙醇胺 产氢性能 助催化剂 C3N4 传递介质
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