掺杂单层MoS_(2)电子结构与光催化性质的第一性原理计算

为了提高MoS_(2)的光催化能力,本研究基于第一性原理平面波赝势方法,对Cr、W、Fe、Co、Ni替换单层MoS_(2)晶格中的Mo进行研究.结果表明:W的替换能为正值,Cr、Fe、Co、Ni的替换能为负值.Cr、W掺杂晶格产生畸变主要是杂质原子的共价半径引起的;Fe、Co、Ni掺杂晶格产生畸变主要是掺杂原子的自旋导致的.Cr、W、Fe、Co、Ni掺杂单层MoS_(2)带隙类型没有发生改变,仍然为直接带隙,但禁带宽度变小,吸收带红移,尤其Fe、Co、Ni掺杂,导带下方有杂质能级使费米能级向高能方向移动,可以作为捕获电子陷阱,增加电子密度,减少光激发电子-空穴对的复合,有利于提升光催化能力.

胶原生物炭/g-C_(3)N_(4)/WO_(3)复合材料光催化去除水体中Cr(Ⅵ)

以制革领域中废弃的皮胶原纤维为原料,基于鞣制化学中的矿物鞣制原理,将钨离子负载在皮胶原纤维上,并经过高温热解得到负载氧化钨的生物炭材料(C/WO_(3)),最后采用机械混合法将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与C/WO_(3)进行复合,制备得到g-C_(3)N_(4)/C/WO_(3)光催化剂。采用扫描电子显微镜、X射线衍射和荧光光谱等进行形貌结构和性能的表征,并且以Cr(Ⅵ)作为目标污染物,研究了g-C_(3)N_(4)/C/WO_(3)对Cr(Ⅵ)的去除效果。结果表明,g-C_(3)N_(4)/C/WO_(3)比表面积达到244.62 m2/g,远高于单独的g-C_(3)N_(4)(9.95 m2/g),同时g-C_(3)N_(4)/C/WO_(3)的光催化性能明显提升。Cr(Ⅵ)的去除实验表明,当催化剂用量为0.1 g,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为50 mg/L,溶液pH为2时,g-C_(3)N_(4)/C/WO_(3)对Cr(Ⅵ)的去除率高达99.99%,并且几乎不受水中共存物质的影响,循环性能比较稳定。

低温水浴制备BiVO_(4)光催化材料用于可见光降解RhB研究

N型半导体BiVO_(4)是降解有机污染物最具应用前景的可见光光催化材料之一.然而,纯BiVO_(4)由于光生电子-空穴对复合过快,载流子传输速率低等问题限制着其光催化能力.表面活性剂不仅可以调节BiVO_(4)的形貌和粒径大小,还可以通过增大比表面积来增多反应活性位点,以提高光催化活性.本研究以十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂,通过简单的一步水浴法制备出一系列不同摩尔比的SDS/BiVO_(4)光催化剂,并在500 W氙灯下照射降解有机污染物罗丹明B并评价其光催化降解性能.结果表明:10%SDS/BiVO_(4)具有最高的光催化降解效率,BET表征和光电流测试证实了SDS的引入不仅增大了BiVO_(4)的比表面积为光催化反应提供更多的活性位点,而且提高了光生载流子分离和迁移效率.此外,自由基捕获实验表明:·OH和h+在光催化降解罗丹明B过程中是起主要作用的反应基团.该研究方法绿色环保且易于实现,为制备高效可见光光催化剂用于降解有机污染物提供了新思路.

Cu掺杂及缺陷共存对ZnO光催化影响的理论研究

采用密度泛函理论研究了Cu掺杂及缺陷共存对ZnO光催化性能的影响.计算时考虑了富O和贫O两种掺杂条件.研究结果表明富O条件有利于Cu的掺杂,贫O条件则产生抑制作用.当Cu掺杂浓度较低时,不论在何种掺杂条件下,Cu的主要掺杂方式均为Cu_(Zn)型.当Cu掺杂浓度较高时,富O条件下以Cu_(Zn)-Cu_(Zn)型掺杂方式为主,贫O条件下Cu_(Zn)-Cu_(Zn)和Cu_(Zn)-Cui这两种掺杂方式都有可能出现.富O条件下Cu掺杂会促进V_(Zn)和O_(i)缺陷的产生,且引入的V_(Zn)和O_(i)缺陷趋向于距离Cu原子最近.Cu掺杂可有效降低ZnO的带隙宽度,且随着掺杂浓度的增加,相应模型的带隙宽度会继续降低.V_(Zn)、O_(i)和V_(O)缺陷共存使相应模型的带隙宽度有所增加.Cu掺杂及V_(Zn)、O_(i)、V_(O)缺陷共存使模型对可见光发生响应,扩展了模型对太阳光的吸收范围.对于Cu掺杂模型,富O条件下Cu_(Zn)-Cu_(Zn)是有利的光催化模型.对于缺陷共存模型,富O条件下Cu_(Zn)-Cu_(Zn)-V_(Zn)是有利的光催化模型,其次是Cu_(Zn)-V_(Zn)和Cu_(Zn)-O_(i),贫O条件下Cu_(Zn)-V_(O)是有利的光催化模型.

单层Janus Ga_(2)SSe光催化水解性质的第一性原理研究

光催化水解制氢为解决能源危机和环境污染问题提供了一种可行的策略.本文通过第一性原理计算,提出了单层Janus Ga_(2)SSe是一种有效的水解光催化剂.结构稳定性分析表明,单层Janus Ga_(2)SSe具有能量和动力学稳定性.电子性质表明,单层Janus Ga_(2)SSe属于间接带隙半导体,有利于降低载流子的复合几率.光催化性能分析表明,单层Janus Ga_(2)SSe的能带边缘位置适合PH=0~14宽范围的光催化水解.此外,单层Janus Ga_(2)SSe具有较高的紫外光和可见光吸收、较大的内建电场、较小的载流子有效质量保证了光生载流子有效分离并快速迁移到反应活性位点参与水的氧化还原反应.研究结果为单层Janus Ga_(2)SSe的合成及其作为水解光催化剂的潜在应用提供了有价值的理论指导.

SiS_(2)/ZnO范德华异质结光催化水分解第一性原理研究

基于第一性原理方法,研究了SiS_(2)/ZnO范德华异质结的电子结构和光催化性质.结果表明,SiS_(2)/ZnO异质结是带隙值为1.32 eV的半导体材料,表现出交错排列的能带结构.在异质结界面处,形成了从ZnO指向SiS_(2)的内置电场,该内置电场的存在使得SiS_(2)/ZnO异质结中形成了特殊的“Z-型”载流子迁移模式,有利于电子空穴对的有效分离,同时增强了载流子的氧化还原能力.异质结构具有良好的热力学稳定性,且带边位置跨越水的氧化还原电位.与单层材料相比,SiS_(2)/ZnO异质结光吸收谱出现红移现象,表现出更宽的光吸收范围(从可见光到紫外光)及更强的光吸收强度(达到10~5 cm^(-1)量级).另外,通过施加双轴应变,可以有效调控SiS_(2)/ZnO异质结的带隙值.以上结果表明SiS_(2)/ZnO异质结有潜力成为新型光催化剂用于全解水.

直接Z-型BAs/Ga_(2)SO范德华异质结光催化分解水研究

基于第一性原理计算,系统研究了BAs/Ga_(2)SO异质结的光催化分解水性能.结果表明:BAs/Ga_(2)SO异质结具有良好的热力学稳定性并表现出交错的能带排列方式,带隙值为0.73 eV,界面处存在从BAs指向Ga_(2)SO的内建电场使其形成了直接Z-型异质结,能够有效分离光生电子-空穴对.另外,异质结的带边位置可以跨越水的氧化还原电位,析氢反应发生在BAs侧而析氧反应发生在Ga_(2)SO侧.最后,基于吉布斯自由能变化计算,发现在有光照时,析氢和析氧反应在BAs/Ga_(2)SO异质结表面可自发进行.以上结果表明BAs/Ga_(2)SO异质结是有潜力的光催化分解水材料.

Fe_(0.02)/Ag_(x)-ZnO复合材料的合成及其光催化活性

采用水热合成法及煅烧法,制备了不同掺杂量的Fe_(0.02)/Ag_(x)-ZnO复合材料,并考察了各催化剂对RhB光催化降解活性.机理分析表明,Fe掺杂进ZnO,Fe^(3+)可以形成陷阱捕获e-,导致ZnO的导带下方形成一个Fe掺杂能级,促使缩短了ZnO的带隙,扩大了光谱响应范围;Ag的掺入促使部分电子(e^(-))跃迁到Ag单质上,减小了禁带宽度,降低了电子跃迁所需的能量,抑制了e^(-)-h^(+)的复合,Fe_(0.02)/Ag_(x)-ZnO样品的新费米能级低于Fe-ZnO和ZnO的导带能级,导致其界面处的电荷分离;进一步研究Fe_(0.02)/Ag_(x)-ZnO复合材料对染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的光催化降解性能和循环使用性能.结果表明,Fe_(0.02)/Ag_(x)-ZnO复合材料可作为一种稳定、高效且可循环的光催化剂材料并用于污水处理,拓展了Fe_(0.02)/Ag_(x)-ZnO复合材料的应用.

光催化氧化技术处理废水中抗生素的研究进展

本文综述了光催化氧化技术处理废水中抗生素污染物的研究现状,主要介绍了半导体光催化剂、光催化复合膜及一些与光催化氧化技术相关的联合技术在废水抗生素污染物处理领域的应用进展,同时详细地介绍了各种方法对抗生素污染物的处理效果及其优缺点。最后,展望了光催化氧化技术在废水中抗生素污染物处理领域未来的研究重点和发展趋势。

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。

光催化氧化技术处理制药废水的研究进展

总结并分析了目前关于利用光催化氧化技术来净化制药污水研究的状况,特别强调了半导体光催化材料、光催化混合膜等关键技术的运用情况,同时也深入探讨了一些相关联的技术如光催化氧化技术如何结合使用于制药污水的处理中。还详尽阐述了各类技术对于制药污水的净化效率和其优劣势。预见到了未来光催化氧化技术在制药污水处理方面潜在的研究方向和发展前景。

Pt NPs增强ZnO@ZnS核-壳异质纳米棒光催化产氢性能研究

采用原位光沉积方法将铂纳米颗粒(Pt NPs)负载在核-壳异质纳米棒ZnO@ZnS表面,制备出ZnO@ZnS/Pt复合光催化剂。调控Pt NPs在ZnO@ZnS表面的负载量,探究了不同质量的Pt NPs对光催化产氢气性能的影响。结果表明,当贵金属Pt的负载量为2%(ZnO@ZnS/Pt-2)时,复合光催化产H_(2)性能最好,产氢速率为4.52 mmol/(g·h),是ZnO@ZnS的1.8倍,催化剂表现出优异的催化稳定性。在此复合材料中,贵金属Pt纳米颗粒作为助催化剂,Pt对H~+具有较低的吸附能,优先吸附H~+,光生电子转移到Pt纳米粒子表面,H^(+)在其表面得到光生电子,被还原为氢气,成功地抑制了光生电子和空穴的复合,有效地提升了催化剂的催化性能。

光催化的辅助激发措施及其在环境治理中的应用

半导体光催化材料以其独特的光化学特性在环境治理领域显示出广阔的应用前景。介绍了光催化技术在环境治理中的应用及其存在的问题,综述了超声波、电化学、微波、热能等辅助激发措施与光催化协同作用降解环境污染物的研究进展,分析了产生协同效应的原理,并展望了该领域未来的技术发展。

纳米TiO_2光催化剂在抗菌方面应用的新进展

由于TiO2半导体具有特殊的光催化性能,使它在光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的应用前景。本文主要介绍了TiO2光催化剂的杀菌原理,其在抗菌方面的应用,以及提高TiO2光催化活性和在可见光下的杀菌效率的最新研究进展。

CoS_(x)/g-C_(3)N_(4)纳米复合材料的合成及其光催化降解四环素性能

采用简便的低温(120℃)水热法成功合成出非晶相硫化钴/石墨相氮化碳(CoS_(x)/g-C_(3)N_(4))复合材料,利用自组装的方式,让CoS_(x)能够均匀地生长在g-C_(3)N_(4)纳米片上。通过XRD,SEM,FTIR,UV-Vis DRS,BET等测试方法对纳米复合材料的结构和性能进行表征,并在可见光(λ≥420 nm)光照条件下探究其光催化降解四环素的活性。结果表明:特殊的结构设计能够提高复合材料的光催化性能。其中1%CoS_(x)/g-C_(3)N_(4)在可见光照射40 min,四环素的降解率可以达到88.3%,CoS_(x)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化能力和催化活性大大提高,表现出良好的可见光光催化降解四环素的性能和稳定性。

CO_(2)还原光催化材料研究进展

太阳能驱动二氧化碳转化为可持续的碳氢燃料是缓解能源危机和全球气候变暖问题的一条重要战略途径。选择高效且经济的光催化材料是实现光催化CO_(2)转化为高附加值产物的关键。本文主要从光催化CO_(2)还原反应机理、催化剂类型等方面综述了光催化CO_(2)还原领域的研究进展,着重讨论了光催化剂改性策略,包括构筑异质结、金属掺杂、形貌调控等。目前,选择合适高效的光催化材料用以光催化CO_(2)还原制备高附加值产物等方面尚存在些许不足,比如光催化CO_(2)转化效率低、产物选择性差以及无法规模化投入生产等问题,因此如何解决上述问题是未来光催化CO_(2)资源化领域的研究重点。

光催化苯羟基化制备苯酚反应的研究进展

苯酚是一种重要的有机中间体,在材料、农药、有机合成和药物领域应用广泛。工业上,采用多步异丙苯法制备苯酚,能源消耗高,环境污染严重且苯酚的选择性较低。近年来,随着光催化氧化技术的复苏,光催化苯羟基化制备苯酚迅速成为有机合成领域的研究热点。本文聚焦苯羟基化制备苯酚的光催化剂,综述了近年来在不同氧化剂条件下,光催化苯羟基化制备苯酚反应的研究进展,并对部分反应机理进行了讨论。

新型供体-受体g-C_(3)N_(4)有机半导体光催化铀分离技术

从核废水中光催化提取铀是避免环境破坏和回收铀资源的一种可行方法,但设计具有快速迁移光生电荷和表面反应动力学的高效光催化剂用于去除含铀废水中的U(Ⅵ)仍然是一个重大挑战。采用无模板的自组装技术,成功构建了空心管状g-C_(3)N_(4)(TCN),并通过将间苯二酚引入TCN的骨架结构中,制备了管状供体-受体(D-A)有机半导体光催化剂B-TCN_(x),用于空气气氛下光催化去除U(Ⅵ)。分子内D-A体系的构建,使得电子和空穴分别聚集在受体和供体部分,这降低了电子-空穴对的复合。此外,电子和空穴在受体和供体部分的积累导致了内置电场的形成,从而促进了载流子的迁移。结果表明,B-TCN_(60)在120 min内对U(Ⅵ)的去除率达到96.8%,其动力学常数(0.031 14 min^(-1))是TCN (0.012 15 min^(-1))的2.58倍。并且在连续5次循环后变化不大,具有稳定性和可重复性。因此,D-A光催化剂具有很高的光催化铀分离效率。这项研究为深入了解光催化铀分离提供了启示和指导。

N-CDs@Nb_(2)O_(5)-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@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料。对N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-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Nb_(2)O_(5)-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Nb_(2)O_(5)-AMMC相比,N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-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@Nb_(2)O_(5)-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Nb_(2)O_(5)-AMMC的1.59倍。

制备具有光催化活性的金红石相纳米氧化钛粉体

以TiCl4 为原料,通过控制盐浓度和水解温度可以在温和条件下制备出晶粒尺寸为 6nm的金红石相氧化钛粉体,比表面积为 175m2 /g.测定了粉体的X衍射、红外和拉曼光谱.TEM照片显示粉体呈放射状颗粒,其粒径尺寸在 2 0 0～ 40 0nm.苯酚的光催化降解实验表明它比具有相同比表面积的锐钛矿粉体有更高的光催化活性.