钴掺杂的铁酸铋催化PMS氧化单质汞的实验研究

采用酒石酸溶胶凝胶法制备了一系列的钴掺杂的铁酸铋催化剂(BiFe_(1-x)Co_xO_3,x=5%-20%,x为Co/CoFe物质的量比),借助于X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积(BET)、磁强振动计(VSM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行表征。在自制鼓泡反应器内,利用钴掺杂铁酸铋活化过一硫酸氢钾(PMS),开展了模拟烟气中单质汞脱除实验,获得反应的最佳条件。当钴掺杂量为10%,催化剂用量为0.5 g/L,PMS浓度为3.9 mmol/L,溶液初始pH值为8,反应温度70℃时,反应100 min内Hg^0的平均脱除效率达89.36%。以乙醇和叔丁醇为淬灭剂,证明了·OH和SO^(·-)_4为Hg^0催化氧化的活性物种,且SO^(·-)_4起主要作用,并结合XPS分析结果推测了脱汞反应机理。

复合光催化剂CoFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/电气石的超声-光催化研究

以电气石为载体,采用水热法原位生长BiVO_(4)、CoFe_(2)O_(4),得到CoFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/电气石复合光催化剂,利用XRD、SEM、EDS、UV-Vis DRS等方法对材料进行了表征,通过降解灿烂绿对样品的声光催化性能进行评价。结果表明,在60 min可见光下,BiVO_(4)对灿烂绿的降解率为33.5%,CoFe_(2)O_(4)(10%)/BiVO_(4)(45%)/电气石对灿烂绿的降解率为74%;在60 min可见光+超声下,BiVO_(4)对灿烂绿的降解率为61.5%,CoFe_(2)O_(4)(10%)/BiVO_(4)(45%)/电气石在声光作用下(12 min内)对灿烂绿的降解率高达99.2%。高效的降解率可能与复合结构的异质结有关,CoFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/电气石对可见光的吸收能力得到提高,促进了光生电子-空穴的分离,从而有效增强光降解性能。另外,从超声+光催化的效果可看出超声协同光催化降解效果显著。声光催化在有机污染物降解领域内的应用成为一个重要研究方向,如能结合彼此优点,可望开发出高效实用的催化材料。

铁掺杂氮化碳/BiVO_(4)构建Z型光催化全解水

采用气相挥发法在聚合物氮化碳(PCN)结构中引入了适量的铁(Fe)掺杂组分,成功制备出具有可调Fe掺杂浓度的PCN半导体光催化剂,其中0.55%(w) Fe掺杂的PCN析氢催化活性(410μmol·h^(-1))为原始PCN的2.6倍并通过XRD、UV-Vis、PL、XPS、SEM等表征阐明了Fe掺杂对PCN的影响和作用机理.同时调控钒酸铋的生长环境(配合剂、水热时间、pH)合成了具备不同形貌的钒酸铋(BiVO4),进一步成功合成了暴露{010}和{-121}晶面的十面体BiVO_(4).Z型体系中还原和氧化过程分离,可以在不同催化剂上分别进行氧化还原反应,能够有效抑制逆反应的发生,同时扩宽光催化材料的设计和选择的可能性.以PCN作为产氢端催化剂,十面体BiVO_(4)作为产氧端催化剂,以Fe^(3+)/Fe^(2+)作为离子对构建了Z型体系实现了光催化全解水.其中0.55%Fe掺杂的PCN-Fe/BiVO_(4)表现出了更优异的光催化活性,全解水的产氢性能比未改性的PCN/BiVO_(4)提升近一倍,进一步验证了气相挥发法掺杂Fe改性策略的有效性.这种基于催化剂(氮化碳)性质的掺杂改性方法对于催化剂的优化和设计以及构建Z型光催化全解水体系的探索具备一定的借鉴意义.

钴掺杂铁酸铋活化过硫酸盐降解水中四溴双酚A的研究

采用溶胶凝胶法制备了钴掺杂的铁酸铋(xCo-BFO),以此作为多相催化剂,活化过硫酸盐(PMS),产生硫酸根自由基,在水相降解溴代阻燃剂四溴双酚A(TBBPA).研究了钴掺杂量、催化剂用量、PMS初始浓度对降解反应过程的影响.结果表明,在xCo-BFO中Co掺杂量(Co/Fe摩尔比)为0.1,用量为0.5 g.L-1,PMS浓度为2.5 mmol.L-1时,60 min内对40 mg.L-1的TBBPA的去除率可达95%以上.所得催化剂在反应中稳定,反应60 min后Co溶出量仅占总Co的0.27%,经4次重复使用仍具有较高催化活性;具有磁性,回收方便,在污水处理领域具有良好的应用前景.

多铁性xBi_(0.9)Dy_(0.1)FeO_3-(1-x)CoFe_2O_4复合粉体的制备与表征

采用柠檬酸盐自燃烧法制备Bi0.9Dy0.1FeO3粉体,溶液法合成xBi0.9Dy0.1FeO3-(1-x)CoFe2O4复合粉体,得到了同时具有铁电性能和铁磁性能的铁酸铋基多铁性材料。研究了粉体的微观结构、铁电性能和铁磁性能。结果表明:当x从0.9减少到0.4,在最佳煅烧温度合成的Bi0.9Dy0.1FeO3-CoFe2O4复合粉体的磁极化强度和剩余极化强度都随着x先增大后减少。Bi0.9Dy0.1FeO3与CoFe2O4复合使铁电性能和铁磁性能均有所提高,当x=0.5时,在700℃的煅烧温度下,获得较好的铁电和铁磁性能,其中Vc=3 268.241Oe,Ms=37.05emμ/g。

硫化钴装饰BiVO_(4)光阳极提升其光电化学水分解性能

太阳能驱动的光电化学(PEC)水分解可以有效地将太阳能转化为化学能,作为解决环境排放和能源危机最具前景的途径之一,已经引起了科学界的广泛关注.PEC水分解系统由两个半反应组成:在光阳极上的析氧反应(OER)和光阴极上的析氢反应(HER).PEC系统的太阳能转化效率主要由光阳极/电解质界面的OER过程所决定,这是一个非常复杂且涉及质子偶联的多步四电子转移过程.钒酸铋(BiVO_(4))是应用于PEC水分解的典型且具有实际应用前景的光阳极材料之一.然而,由于不良的表面电荷转移、电荷在光阳极/电解质结面处的表面复合以及缓慢的OER动力学等因素,导致BiVO_(4)的PEC性能受到严重限制.本文开发了一种新颖有效的解决方案,以低成本、高电导率和具有快速电荷转移能力的硫化钴装饰来提升BiVO_(4)光阳极的PEC活性,X射线多晶衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征,研究结果表明CoS成功装饰于BiVO_(4)表面.采用紫外-可见吸收光谱(UV-VisDRS)研究了BiVO_(4)和复合光阳极CoS/BiVO_(4)的光学性质,结果表明,与纯的BiVO_(4)相比,CoS/BiVO_(4)光阳极在可见光范围内光吸收能力有所增强.将制备的BiVO_(4)和CoS/BiVO_(4)光阳极应用于PEC分解水实验中,结果表明,相对于1.23 V可逆氢电极,在光照下,CoS/BiVO_(4)光阳极的光电流密度显著提升,可高达3.2 m Acm^(-2),是纯BiVO_(4)的2.5倍以上.与纯BiVO_(4)相比,CoS/BiVO_(4)光阳极的起始氧化电位显示出负向偏移0.2 V,表明析氧过电势得到有效减小.入射光子转换效率(IPCE)测试结果表明,CoS/BiVO_(4)光阳极的入射光子转换效率在500 nm之前的可见光范围内得到明显提升,其中,CoS/BiVO_(4)的IPCE值在380 nm处达到最大.此外,由于CoS的装饰作用,CoS/BiVO_(4)光阳极的电荷注入效率和电荷分离效率均得到较大的提升,分别达到75.8%(相较于纯BiVO_(4)光阳极的36.7%)和79.8%(相较于纯BiVO_(4)光阳极的66.8%).电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,通过CoS的装饰,CoS/BiVO_(4)光阳极的界面电荷转移电阻得到有效降低,证明其界面电荷转移动力学得到有效提升.光致发光光谱测试结果表明,CoS的装饰显著提高了BiVO_(4)的光生电子-空穴对的分离效率,进一步证明BiVO_(4)表面的CoS装饰在其PEC分解水中起着非常积极的作用.本文为通过表面修饰设计应用于PEC水分解的有效的光阳极提供了新思路.

ZnFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/C的水热制备及白光LED下的光催化研究

本文采用水热法制得碳球(C),再原位生长BiVO_(4)和ZnFe_(2)O_(4),得到BiVO_(4)/C、ZnFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/C复合光催化剂,利用XRD、SEM、EDS、UV-Vis DRS等方法对材料进行了表征。在白光LED光源下,通过降解罗丹明B对样品的光催化性能进行评价。结果表明,在60分钟可见光下,BiVO_(4)对罗丹明B的降解率为31.7%,BiVO_(4)(50 wt%)/C对罗丹明B的降解率为55.6%,ZnFe_(2)O_(4)(15 wt%)/BiVO_(4)(50 wt%)/C对罗丹明B的降解率高达94.1%。高效的降解率可能与复合结构的异质结有关,碳球提高了BiVO_(4)对可见光的吸收,ZnFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)促进了光生电子-空穴的分离,从而有效增强光降解性能。

金属元素掺杂对BiVO_(4)光催化性能的影响

采用五水硝酸铋、柠檬酸、偏钒酸铵、浓硝酸,以N-N二甲基为溶剂,采用溶剂热煅烧法制备BiVO_(4),通过掺杂不同比例的Ag^(+)对BiVO_(4)降解亚基蓝效率的影响,同时研究除Ag^(+)以外Zn^(2+)、Fe^(3+)掺杂对BiVO_(4)光催化活性的影响。采用XRD、漫反射、紫外-可见分光光度计等检测仪器对合成试样的物相组成、微观形貌及光催化性能进行了表征。结果表明,Fe_(0.1)/Bi_(0.9)VO_(4)对亚甲基蓝光催效率最优。

Co-BiVO_4异质结光催化剂的制备及其性能

采用一步水热法合成具有高效光催化活性的Co-BiVO_4纳米复合材料。该材料通过Co氧化物包覆在钒酸铋表面构成p-n型异质结结构。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)等对所制备的纳米光催化剂进行形貌、结构、组成及光电性能表征分析。发现Co是以氧化物的形式负载在BiVO_4的表面,并且复合材料的可见光吸收带发生了红移。利用亚甲基蓝(MB)作为目标污染物,以可见光作为光源考察不同材料的光催化性能。结果表明,Co-BiVO_4复合光催化剂的催化活性明显高于纯BiVO_4。当Bi和Co的复合比为2∶1时,Co-BiVO_4的光催化活性最高,与纯BiVO_4相比光催化反应速率提高了4倍。本研究完善了铋系异质结和过渡金属提高光催化活性的相关机理。