三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂制备及其光催化脱汞性能

光催化氧化技术是治理污染物排放的重要手段。目的为增强BiOBr对可见光的利用率并提高其光催化活性,方法采用共沉淀法制备碘掺杂的三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂,使用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、扫描电子显微镜扫描、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱和电子自旋共振波谱等对样品结构进行表征,开展光催化脱除单质汞(Hg0)性能研究。结果结果表明,随着I含量升高,BiOBr衍射峰逐渐降低,BiOI衍射峰逐渐增强;BiOI/BiOBr复合光催化剂保留了BiOBr的三维微球形貌,BiOI均匀分散于BiOBr表面,且复合后比表面积有所提高,较大的表面积能提供更多的反应空间,促进活性自由基产生和提高光催化剂性能;与BiOBr相比,复合光催化剂的带隙能降低,可见光响应能力大幅增强。BiOI/BiOBr光催化脱汞性能高于单纯BiOI与单纯BiOBr;BiOI和BiOBr摩尔比为2∶8时,光催化剂脱汞效率高达98%,是单纯BiOBr的2.58倍;酸性条件下制备的BiOI/BiOBr异质结光催化剂会与碱性溶液反应,引起光催化剂成分的变化,进而影响光催化剂的催化性能;Hg0高效光催化氧化过程中,阴离子超氧自由基(•O_(2)^(-))和空穴(h^(+))是主要活性物质。结论研究结果可为卤氧化铋光催化剂的复合制备及其在脱汞领域的应用提供理论依据。

微球状Br掺杂BiOCl复合光催化剂去除单质汞研究

光催化氧化法是治理大气环境汞污染问题的有效手段。目的为开发低成本的可见光脱汞催化剂,方法采用一步共沉淀法合成不同溴(Br)含量的BiOBr_(x)Cl_(1−x)微球复合材料,在湿法光催化脱汞装置上考察它们在荧光灯辐照下的光催化活性,利用N_(2)吸附-脱附、XRD、UV-Vis DRS、SEM、HRTEM、XPS和ESR等技术对其结构进行分析,并采用密度泛函理论研究BiOCl和BiOBr之间的电荷转移规律。结果结果表明,相较于BiOCl和BiOBr,BiOBrxCl_(1−x)复合材料的光催化性能均得到提升,其中BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)光催化剂的脱汞效率高达90.3%,较BiOCl提高了50%;与NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2−)相比,Cl^(−)和CO_(2)−3对BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)光催化剂脱汞性能的抑制作用更显著;BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)复合材料的比表面积均略高于BiOBr的和BiOCl的,较高的比表面积有利于光催化剂提供较多的活性位;随着Br含量逐渐增加,BiOCl的XRD特征峰强度逐渐减弱,复合材料的光吸收能力有规律地红移,表明BiOBr与BiOCl之间存在较强的相互作用,并非简单的机械混合;与BiOCl相比,BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)复合材料的Bi 4f和O 1s均向高结合能方向偏移,表明引入Br影响了BiOCl中Bi和O的存在形态;3种活性物参与了Hg^(0)的氧化脱除过程,其作用由大到小依次为·O_(2)^(−),h^(+),·OH。结论光催化活性的提高主要原因为BiOCl与BiOBr形成了Z型异质结,从而增强了光生电荷的分离。研究结果可为低成本、高效卤氧化铋基脱汞光催化剂的开发提供新思路。

CdS/石墨烯纳米复合光催化剂的可控合成及其性能研究

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。为提高光催化效率,利用简单的“自下而上”法合成了尺寸可控,具有中空内核且核与壳之间有一定间隙层的中空蛋黄壳结构型CdS/石墨烯复合光催化剂Hollow CdS@void@GR。采用多晶粉末X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和比表面积测定(BET)表征样品的晶体结构、微观形貌、元素组成和孔结构。采用光催化降解罗丹明B(RhB),采用紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP)测定Cd^(2+)浓度,分析该材料的光催化性能及抗光腐蚀性能。结果表明:Hollow CdS@void@GR的结构大小可通过PS模板大小、S/Cd比例、超声反应时间及TEOS量进行调控。在强光照射下,由于多级中空结构,中空CdS内核与中空GR外壳之间的协同效应,Hollow CdS@void@GR纳米复合材料表现出较强的光催化活性、优异的光催化稳定性和良好的抗光腐蚀作用。

TiO_(2)-GO复合光催化剂对工业废水吸附降解作用的研究

本文以H_(3)PO_(4)、石墨粉、浓H_(2)SO_(4)等试剂为原料制备二氧化钛-氧化石墨烯(TiO_(2)-GO)复合光催化剂,以不同浓度的亚甲基蓝溶液模拟工业废水,通过向工业废水中加入催化剂进行降解吸附实验,考察在不同条件下所合成的催化剂对工业废水的吸附降解效果,并通过光反应仪器、热重分析仪等仪器量化分析催化剂吸附降解效果,实验结果表明,合成催化剂(TiO_(2)-GO)对多种工业废水有较好的吸附降解效果;在光照条件下,催化剂的量为10g·L^(-1)、作用时间为210min时,吸附降解效果最佳;催化剂对工业废水吸附降解性能稳定,可重复使用。

TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及可见光降解有机染料的研究

本文利用静电纺丝技术、溶剂热合成技术、高温焙烧技术、气相沉积法等制备方法,对复合催化材料TiO2/g-C3N4进行制备,并研究复合催化材料TiO2/g-C3N4在不同条件下对有机染料碱性亚甲基蓝的降解能力。

磷酸银光催化剂改性及应用研究进展

磷酸银(Ag_(3)PO_(4))因其窄带隙、较强的氧化能力和可见光响应性等优点,成为光催化研究领域的研究热点。针对Ag_(3)PO_(4)光催化材料的改性方法和机理进行综述和总结,介绍了形貌调控、元素掺杂、碳基材料复合以及构建异质结等改性措施,阐述了Ag_(3)PO_(4)光催化材料在降解有机污染物和光催化制氢方面的应用现状,指出了Ag_(3)PO_(4)光催化材料目前存在的问题,同时对今后的发展提出了前景展望。

Al掺杂硫铟锌光催化剂的制备综合实验教学设计与实践

结合化学工程与工艺专业人才培养方案和实践教学体系的要求,设计了硫铟锌(ZnIn2S4)基光催化剂的制备综合性实验。实验采用溶剂热法制备了Al掺杂硫铟锌光催化剂,系统地表征分析了光催化剂的晶体结构、形貌以及光电化学特性。该实验是将典型的科研成果转化为实验教学内容,有助于学生了解该领域的前沿科学成果和研究方法,掌握光催化剂的制备技术,进而深入理解光电化学性能相关专业理论知识。科研反哺教学有利于创新实验教学内容,激发和培养学生的创新意识和专业综合实践能力。

铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方案。因此,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本,在光催化领域受到欢迎。然而,纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题,导致光催化性能低。为了克服这些限制,人们设计了各种策略,比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中,元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂,我们将其分为三类:碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属掺杂,并详细介绍了每种掺杂的优缺点。非金属掺杂则被分为卤素掺杂和非卤素掺杂,并重点研究非金属掺杂对铋基材料的影响。此外,我们还纵向比较了每个元素的优点。结合最近的研究进展,简要介绍了结合金属和非金属元素优点的共掺杂。对于金属沉积,我们主要从肖特基势垒和局域表面等离子体共振(LSPR)效应两个方面介绍了对Bi基材料的影响。最后,我们也呈现了金属或非金属改性Bi基光催化剂目前面临的挑战和前景。

超薄铋系光催化剂的研究进展

综述了近些年来超薄铋系材料在光催化领域的最新研究进展,包括有机污染物的光降解、光解水制氢、二氧化碳还原等方面。铋系材料是一类禁带宽度适中、成本低廉、无毒无害的光催化剂,其带隙可调性与形貌可调性为实现超薄结构下良好的光催化性能提供了基础条件,开发具有二维层状结构的可见光响应型光催化剂引起了国内外学者的极大关注。简要介绍了近几年被广泛研究探讨的多种铋系光催化材料,总结了超薄铋系光催化剂的合成改性方法,如超声辅助液相剥离、插层辅助液相剥离、水热/溶剂热、原子层沉积等,并对当前制备超薄铋系光催化剂存在的问题以及未来的潜在应用价值与发展趋势进行了展望。

TiO_(2)基光催化剂的负载改性方法研究进展

TiO_(2)由于比表面积大、化学性质稳定、具有较高光催化活性等优点,在环境治理保护、光催化降解污染物等方面广泛应用。但其禁带宽度较大,只能吸收紫外光,且光生电子-空穴对再复合率较高,使其对太阳光的利用率大大降低,从而限制了其大规模的工业化应用。因此,如何进一步提高TiO_(2)半导体材料的光催化效果以及对太阳光的利用率备受研究者关注。对TiO_(2)的负载改性方法如非金属元素负载、金属元素负载、半导体复合改性以及染料敏化改性等方面的研究进展进行了综述。

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。

氧空位与异质结协同增强的TiO_(2)/WO_(3)复合光催化剂

二氧化钛(TiO_(2))因其出色的光催化活性,在光催化领域得到了广泛的研究。然而,二氧化钛的高光生载流子重组率和宽带隙限制了其应用。在这项工作中,通过在TiO_(2)中引入钨元素(W),合成了具有氧空位缺陷的TiO_(2)/WO_(3)异质结纳米复合光催化剂。氧空位的引入降低了带隙并扩大了光吸收范围,而异质结增加了光生载流子并促进了它们的分离。实验表明,TiO_(2)/WO_(3)纳米复合光催化剂具有更强的光催化活性,100 mg样品在2 h内最高可产生氢气63.7μmol。另外,TiO_(2)/WO_(3)纳米复合材料在模拟太阳光下也表现出了极佳的稳定性,这一探索为TiO_(2)基复合光催化剂的设计和制备提供了新的思路。

石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺研究进展

光催化剂因其具有强氧化性、高化学稳定性、环保、无毒性等优点,广泛应用于污水处理、空气净化、疾病治疗、环境修复等领域。为改善纳米光催化剂的光响应范围,添加石墨烯基系列材料已成为国内外的研究热点。综述了石墨烯基材料与半导体金属氧化物复合光催化剂研究现状,总结了不同制备工艺对石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂形貌结构和光催化性能的影响,对各类制备工艺的优缺点进行了比较,并指出了相关工艺需要克服的关键技术问题,展望了石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂未来发展方向,以期为提高半导体金属氧化物的光催化性能和石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺的优化提供参考。

纳米有机光催化剂GCN的制备及其性能

以还原黄GCN为原料,采用还原氧化-水热法制备纳米有机光催化剂GCN。以甲基橙作为目标降解物,研究了水热时间和水热温度对光催化剂GCN光催化降解性能的影响。结果表明,可见光照射60min后,光催化剂GCN对甲基橙的降解率可达87.95%,经过3次循环使用后,仍保持较好的光催化活性,超氧自由基(·O_(2)-)为光催化降解过程的主要活性物质。

氧缺陷型光催化剂构建、失活及其稳定性研究进展

氧缺陷构筑可以缩小光催化材料的带隙(E_(g))以提高材料光响应能力,引入的缺陷能级促进了光生载流子的分离与传输。此外,氧缺陷的构筑提高了材料吸附、活化O_(2)分子的能力,促进活性氧物种(ROS)的产生以提高有机污染物的降解效率。然而,氧缺陷结构易被活性物种氧化或有机分子占据,表现为光催化材料活性的衰退。列举了氧缺陷型光催化材料的构筑方法和失活原因,总结了通过表面包覆、有机物桥连、异质结构筑和金属粒子沉积等手段提高氧缺陷结构稳定性的方法及其机理,梳理了失活材料的常用再生方法及原理,旨在为高活性、高稳定性氧缺陷型光催化材料的设计与改性提供参考。

改性TiO_(2)/膨胀珍珠岩光催化剂对赤潮微藻的抑制

米氏凯伦藻是引发赤潮的经典赤潮微藻,会造成水体环境污染甚至是水中动植物死亡。将膨胀珍珠岩(EP)作为漂浮性载体,采用水热合成法、简易包衣法和海藻酸钠固定法3种方法合成的漂浮性光催化剂,并探究3种方法合成的漂浮性光催化剂对于米氏凯伦藻的抑藻作用。结果表明,水热合成法制备的漂浮式光催化剂对于米氏凯伦藻的抑藻作用最为有效,实验进行4 h后藻类去除率达到80%以上;漂浮式光催化剂作用1 h后米氏凯伦藻体内叶绿素a含量和可溶性蛋白质含量急剧下降,表明米氏凯伦藻的光合系统受到破坏,藻细胞失去了能量来源,而蛋白质含量的降低也使得藻细胞的代谢活力下降。该研究为光催化技术应用于赤潮治理提供了一定的理论依据。

光催化剂应用于微生物复合碳转化体系的研究进展

结合具有光激发特性的光催化剂和有特定生物固碳途径的微生物,构建光催化剂-微生物复合体系,将实现太阳能捕获、催化反应活性和选择性等方面的优势互补.不同类型光催化剂在光吸收特性及光催化性能等方面存在巨大差异,本文总结了含金属、非金属基或复合光催化剂与微生物构成的复合碳转化体系,对比光催化剂引入方法、光催化剂作用途径及碳转化产物、效率等关键因素.针对率先与微生物结合的CdS光催化剂,系统阐述了其生产乙酸、甲烷、C_(2+)产物及复合改性的发展历程.分析杂化体系界面电荷转移的关键基础,概括其研究方法、现有成果及存在问题等.分析了应用于微生物复合碳转化体系光催化剂的面临挑战及发展趋势.

分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备及其性能分析

以双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物为起始材料,通过水解-缩合反应合成实心TiO_(2)-SiO_(2)纳米微球;将这些微球经碱性水热反应和后续高温煅烧,制备分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂。通过TEM、DLS、FT-IR、EDS、XRD等表征手段对其形貌、单分散性、组分及晶体结构进行测试与分析;探讨碱性水热条件对分级中空结构形成的影响机理;研究煅烧温度对光催化剂性能的作用;通过罗丹明B的光催化降解实验来评估光催化剂的活性,并与商用P25进行对比。结果表明:所得纳米微球表面有明显的刺突、单分散性好,以钛酸盐为主要成分;钛酸盐的重结晶与二氧化硅的向内蚀刻是形成分级中空结构的关键;经500℃煅烧,所得催化剂保持分级中空结构,转变为锐钛矿相TiO_(2);其光催化性能卓越,对罗丹明B的降解速率常数k可达113.49×10^(-3)·min^(-1),是实心结构的3倍,是P25的1.45倍。分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备方法简单有效,为光催化降解染料的研发提供了重要参考和理论指导。

面向CO_(2)还原应用的金属性光催化剂研究进展

金属性光催化剂由于其特殊的能带结构,可以吸收近红外光来驱动光催化反应,因而备受关注。首先,综述了金属性光催化剂的基本原理及其在光催化CO_(2)还原领域面临的挑战。其次,针对金属性光催化剂面临的瓶颈,总结了目前的几种改性策略在提高金属性光催化剂CO_(2)光还原活性上的应用,重点介绍了催化剂结构与光催化性能之间的关系。最后,对金属性光催化剂的未来发展趋势及研究方向进行了展望。

稀土掺杂氧化物纳米光催化剂的研究进展

当前,环境污染已经成为人类社会的比较严重的问题,光催化剂的出现为这一问题的解决提供了廉价方便的解决途径。20世纪60年代晚期,人们首先发现了二氧化钛光催化剂,随后各种光催化剂相继出现。目前氧化物光催化剂仍然是现在一种重要的催化剂。常见的氧化物光催化剂包括二氧化钛、氧化锌等。氧化物光催化剂本身有着优良的光催化效能,掺入稀土离子后,降低光催化剂吸收光子能量的门槛,促进光催化剂电子空穴的电荷分离,同时带来杂质能级,有效的提高了光催化剂的催化效能。