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构筑Bi纳米粒子负载BiOCl纳米片欧姆结用于光催化CO_(2)还原
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作者 刘高鹏 李利娜 +7 位作者 王彬 单宁杰 董金涛 季梦夏 朱文帅 朱剑豪 夏杰祥 李华明 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第7期54-57,共4页
煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗,不仅导致不可再生能源逐渐枯竭,还使大气中的CO_(2)浓度显著上升,引发严重的能源危机和气候问题。因此,我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术,以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危... 煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗,不仅导致不可再生能源逐渐枯竭,还使大气中的CO_(2)浓度显著上升,引发严重的能源危机和气候问题。因此,我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术,以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危机。受到自然界光合作用的启发,光催化CO_(2)转化利用太阳能驱动,可以将CO_(2)和水转化为高附加值的化学品。经过多年的发展,人工光合作用已被认为是一种绿色、经济、可持续的方法,有望助力实现国家的碳中和发展目标。然而,现有的光催化剂存在着载流子分离效率低和活性位点不足的问题,从而导致CO_(2)光还原效率较低。为了应对这些科学问题,研究人员发现将金属纳米粒子负载到半导体材料上形成欧姆结,可以产生内建电场,有助于光生电子和空穴的分离。因此,本研究通过溶剂热法在BiOCl纳米片表面负载Bi纳米粒子,构建了Bi/BiOCl欧姆结光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析了光催化剂的成分和微观结构。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了催化剂的光吸收性能。通过瞬态光电流响应测试、电化学阻抗谱(EIS)和电子自旋共振谱(ESR)研究了光生电子和空穴的分离能力。由于Bi纳米粒子与BiOCl的功函数不同,二者形成的欧姆结具有优异的电荷转移特性,可以显著提高光生载流子的利用效率。此外,Bi纳米粒子还可以作为助催化剂,促进惰性CO_(2)分子的活化。光催化测试结果显示,经过300 W氙灯照射4 h后,具有最佳活性的复合材料(Bi/BiOCl-2)将CO_(2)还原为CO(34.31μmol·g^(-1))和CH_(4)(1.57μmol·g^(-1))的速率分别是BiOCl纳米片的2.55倍和4.76倍。同位素示踪实验证实,产物是CO_(2)和水分子经过光催化反应得到的。此外,根据原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)结果,发现在CO_(2)还原过程中形成了^(*)CHO、^(*)CH_(3)O、b-CO_(3)^(2-)、m-CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)、HCOOH、^(*)COOH和HCOO^(-)等中间体,并进一步提出了可能的光催化CO_(2)还原机制。经过25 h的CO_(2)光还,原反应后,CO和CH_(4)产量持续增加,同时结合XRD、XPS和TEM结果表明,制备的Bi/BiOCl-2材料具有良好的结构稳定性。这项研究为高效CO_(2)光还原催化剂的构建提供了有益的参考。 展开更多
关键词 biOCl纳米 bi纳米粒子 CO_(2)光还原 欧姆结 电子传输
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Bifunctional S-scheme g-C3N4/Bi/BiVO4 hybrid photocatalysts toward artificial carbon cycling 被引量:18
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作者 Quan Xie Wanmei He +3 位作者 Shengwei Liu Chuanhao Li Jinfeng Zhang Po Keung Wong 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期140-153,共14页
Although both the aerobic photocatalytic oxidation of organic pollutants into CO2 and the anaerobic photocatalytic reduction of CO2 into solar fuels have been intensively studied,few efforts have been devoted to combi... Although both the aerobic photocatalytic oxidation of organic pollutants into CO2 and the anaerobic photocatalytic reduction of CO2 into solar fuels have been intensively studied,few efforts have been devoted to combining these carbon-involved photocatalytic oxidation-reduction processes together,by which an artificial photocatalytic carbon cycling process can be established.The key challenge lies in the exploitation of efficient bifunctional photocatalysts,capable of triggering both aerobic oxidation and anaerobic reduction reactions.In this work,a bifunctional ternary g-C3N4/Bi/BiVO4 hybrid photocatalyst is successfully constructed,which not only demonstrates superior aerobic photocatalytic oxidation performance in degrading an organic pollutant(using the dye,Rhodamine B as a model),but also exhibits impressive photocatalytic CO2 reduction performance under anaerobic conditions.Moreover,a direct conversion of Rhodamine B to solar fuels in a one-pot anaerobic reactor can be achieved with the as-prepared ternary g-C3N4/Bi/BiVO4 hybrid photocatalyst.The excellent bifunctional photocatalytic performance of the g-C3N4/Bi/BiVO4 photocatalyst is associated with the formation of efficient S-scheme hybrid junctions,which contribute to promoting the appropriate charge dynamics,and sustaining favorable charge potentials.The formation of the S-scheme heterojunction is supported by scavenger studies and density functional theory calculations.Moreover,the in-situ formed plasmonic metallic Bi nanoparticles in the S-scheme hybrid g-C3N4/Bi/BiVO4 photocatalyst enhances vectorial interfacial electron transfer.This novel bifunctional S-scheme g-C3N4/Bi/BiVO4 hybrid photocatalyst system provides new insights for the further development of an integrated aerobic-anaerobic reaction system for photocatalytic carbon cycling. 展开更多
关键词 S-scheme Plasmonic bi nanoparticles Photocatalytic CO2 reduction Photocatalytic degradation of organic pollutants Carbon cycling
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甲苯的气相光降解动力学研究
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作者 丁鹏 唐艳茹 刘宝林 《长春师范学院学报(自然科学版)》 2009年第5期62-65,共4页
以Bi2O3纳米粒子为气-固光催化剂,研究了甲苯的初始浓度、氧气及光强等因素对其气相光催化氧化降解的影响;采用Langmuir-Hinshelwood动力学模型得到了甲苯光催化降解的反应速率常数和吸附常数;甲苯的初始反应速率随其初始浓度的增加而增... 以Bi2O3纳米粒子为气-固光催化剂,研究了甲苯的初始浓度、氧气及光强等因素对其气相光催化氧化降解的影响;采用Langmuir-Hinshelwood动力学模型得到了甲苯光催化降解的反应速率常数和吸附常数;甲苯的初始反应速率随其初始浓度的增加而增大,并最终趋于稳定;随着氧气含量的增加,甲苯的反应速率不断增大,氧量增至20%时,反应速率不再增加。甲苯的反应速率随着光强的增加而增大,光强增至2.5mW.cm-2时,反应速率趋于定值。 展开更多
关键词 甲苯 动力学 bi2O3纳米粒子
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