Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结可见光催化降解四环素

构建异质结能够有效抑制光催化剂中光生电子和空穴的快速复合。本研究采用水热法、煅烧法以及溶剂热法合成了Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结光催化剂,利用不同研究手段分析材料的组成、形貌以及光电化学性能。结果发现,复合材料的最佳组成为25%ABOBM(Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6)的质量比为1:4)。在可见光照射下25%ABOBM对四环素(TC)的降解效率可达85.6%,明显高于Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6),而且三次循环实验后仍具有良好的稳定性。25%ABOBM光催化性能的提高可归因于Ag_(2)O、Bi_(2)O_(3)以及Bi_(2)MoO_(6)之间异质结的构建和特殊形貌的形成。自由基捕获实验和电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,h+和·O2-在TC的降解过程中发挥着主要作用,而·OH和1O2发挥着次要作用。实验还探索了相关光催化机理,并利用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)对TC可能的降解路径进行了分析。本研究为双异质结光催化剂的制备及其在有机污染物降解应用方面提供了新的思路。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

碱性条件影响下的Bi_(2)O_(2)(BO_(2)OH)/BiOIO_(3)异质结

本文采用不同p H值下一步法合成Bi_2O_2(BO_2OH)/BiOIO_3复合材料,通过XRD、SEM、TEM、UV-vis等测试手段分析复合材料的结晶情况和形貌特征。通过紫外条件下降解模拟污染物罗丹明染料来测试复合材料的光催化活性。结果表明:Bi_2O_2(BO_2OH)/BiOIO_3复合材料能够成功合成,在制备条件为p H=7的情况下具有最高的光催化降解速率。复合材料优异的光催化性能是由于复合材料的不同组分有相互重叠的能带结构,从而抑制了载流子的复合。

调控Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结的费米能级和内建电场促进光生电荷分离和二氧化碳还原

近年来,卤化物钙钛矿材料由于具有合适的能带结构和良好的可见光捕获能力,被广泛应用于光催化还原CO_(2).然而,单一的卤化物钙钛矿的载流子辐射复合严重,导致其电荷分离效率较低,并且对CO_(2)的捕获能力较差,进而限制了其在光催化领域的实际应用.构建异质结被认为是解决单一半导体光催化剂光生载流子分离效率低等问题的有效策略.研究表明,S型异质结不仅可以实现光生载流子的有效分离,而且其独特的光生电荷传输路径还可以使异质结体系保留较强的氧化还原能力,利于光催化反应进行.本文以提高Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)钙钛矿量子点的载流子分离效率和CO_(2)吸附能力为目标,构建了Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)(CBB@V_(O)-In_(2)O_(3))S型异质结,并探究了氧空位在该异质结光催化还原CO_(2)中的作用.首先,将Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)钙钛矿量子点(PQD)嵌入到介孔In_(2)O_(3)基体中,构建了CBB@In_(2)O_(3)S型异质结.然后,将氧空位(V_(O))引入到异质结的还原型半导体(介孔In_(2)O_(3))中,增大了CBB和V_(O)-In_(2)O_(3)之间的费米能级(EF)差异,进而增强了CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结的内建电场.电子自旋共振谱、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等结果表明,In_(2)O_(3)中成功引入了氧空位.表面电荷密度和表面光电压测试结果表明,CBB@In_(2)O_(3)异质结的内建电场强度为单一CBB的4.07倍,而CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)异质结的内建电场强度比单一的CBB提升了11.69倍,进一步证明在In_(2)O_(3)中引入氧空位可以增大两种材料的费米能级差异及内建电场强度.密度泛函理论(DFT)理论计算结果表明,氧空位的引入能够使In2O3的费米能级向上移动,使In_(2)O_(3)和CBB之间的费米能级差异增大,与实验结果相一致.这种增强的内建电场为光生载流子的定向迁移提供了更强的驱动力,从而有效提高了该S型异质结的电荷分离效率.采用UV-visDRS,Tauc曲线和莫特-肖特基图谱等分析了In_(2)O_(3)和CBB的能级结构,发现两种材料的能级位置交错排列,有利于形成S型异质结.瞬态吸收光谱、光辅助开尔文力显微镜和原位XPS等结果表明,该异质结的电荷转移模式为S型.该S型异质结的内建电场促进了电荷的高效分离,使得CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)异质结表现出较好的光催化CO_(2)还原为CO的性能,其生成CO的产率为130.96μmolg-1h-1.此外,该CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结表现出良好的光催化稳定性,经过10次循环实验后,其催化CO_(2)还原的性能未发生明显的下降.通过原位漫反射红外傅立叶变换光谱研究了反应中间体和CO_(2)光转化途径.结合DFT计算发现,V_(O)-In_(2)O_(3)中的氧空位作为活性位点,能够优化反应中间体的配位模式,从而降低了光催化还原CO_(2)的活化能.综上所述,调控S型异质结的内建电场是提高异质结电荷分离效率、提升材料光催化性能的有效策略.本文构建了Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)(CBB@V_(O)-In_(2)O_(3))S型异质结,并探究了氧空位在该异质结光催化还原CO_(2)中的作用,为高效S型异质结光催化材料的设计提供了一种新思路,也为探索氧空位在S型异质结中的作用及人工光合成催化剂的制备提供一定参考.

高催化活性2D/2D Ti_(3)C_(2)/Bi_(4)O_(5)Br_(2)纳米片异质结的构建及其可见光催化去除NO

本研究采用水热法构建出2D/2D Ti_(3)C_(2)/Bi_(4)O_(5)Br_(2)纳米异质结,在可见光下研究了该复合材料对NO的光催化去除能力。实验表明,15%Ti_(3)C_(2)/Bi_(4)O_(5)Br_(2)对NO的光催化去除效率相比纯Bi_(4)O_(5)Br_(2)显著提高:其降解效率达到57.6%,比Bi_(4)O_(5)Br_(2)高27.1%。同时,15%Ti_(3)C_(2)/Bi_(4)O_(5)Br_(2)具有很好的稳定性,经过5次循环催化,其催化率依然接近50.0%。研究发现,反应过程中主要的反应活性物质是e^(−)和·O_(2)^(−),光氧化产物主要为NO_(2)^(−)和NO_(3)^(−)。分析复合材料的光催化机制,发现光催化活性的提高主要得益于2D/2D Ti_(3)C_(2)/Bi_(4)O_(5)Br_(2)异质结提高了电子与空穴的分离率,从而提高了光催化效率。这项工作提供了一个制备2D/2D纳米复合材料用于光催化降解环境污染物的有效方法,在缓解能源紧张与环境污染方面有巨大应用潜力。

基于异质结的Bi_(2)WO_(6)/Bi_(2)O_(2)CO_(3)复合光催化剂的制备及其在抗生素废水处理中的性能研究

以Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O和Na_(2)WO_(4)·2H_(2)O为前驱体,采用溶剂热法合成了Bi_(2)WO_(6)/Bi_(2)O_(2)CO_(3)异质结,利用XRD、XPS、SEM、TEM、BET、FT-IR、UV-Vis、PL等对催化剂进行表征和分析。以环丙沙星和罗丹明B为目标污染物,在可见光下对污染物进行降解,并探究了材料的光催化活性。结果表明,Bi_(2)WO_(6)/Bi_(2)O_(2)CO_(3)复合材料的光催化活性远高于纯Bi_(2)WO_(6)和纯Bi_(2)O_(2)CO_(3),原因是Bi_(2)WO_(6)和Bi_(2)O_(2)CO_(3)之间形成了异质结,提高了电子空穴的传输速率,降低了载流子复合率。自由基淬灭试验发现,超氧自由基(·O^(2-))和空穴(h+)是主要的活性物种。同时对Bi_(2)WO_(6)/Bi_(2)O_(2)CO_(3)复合材料降解污染物的机理进行了探究。

Bi_(2)WO_(6)/Fe_(2)O_(3)光阳极材料的制备及其光电催化性能研究

通过滴涂法成功制备了Bi_(2)WO_(6)/Fe_(2)O_(3)复合材料,利用XRD、SEM等方法进行表征和一系列光电催化测试。结果表明,Bi_(2)WO_(6)/Fe_(2)O_(3)复合材料比纯相Fe_(2)O_(3)具有更好的催化活性,且滴涂10μL Bi_(2)WO_(6)前驱体溶液的Bi_(2)WO_(6)/Fe_(2)O_(3)光阳极具有最高的光电流密度(0.15 mA·cm^(-2)@1.23 V vs.RHE),是纯相Fe_(2)O_(3)(约4.4μA·cm^(-2)@1.23 V vs.RHE)光电阳极的34倍。复合材料的形成增加了吸收光谱范围,提高了对可见光的利用率,促进了界面电荷转移,抑制了光生载流子复合,从而提高了Fe_(2)O_(3)的光电催化活性。

Ce掺杂Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)异质结的制备及其光电性能

采用旋涂法与水热法在掺氟二氧化锡(FTO)上制备了Ce掺杂Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)(Ce-Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3))异质结,对样品的组成、形貌及其光电性能进行了研究分析。结果显示,Ce-Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)的X射线衍射(XRD)图谱中各衍射峰位与Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)相似,无新的相产生,但在2θ为24.92°(130)与28.65°(211)的衍射峰强度有所降低,而在2θ为35.65°(110)时有所增强;在Ce-Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)的X射线能谱(EDS)中发现了Ce元素。光电性能测试结果表明,在模拟太阳光的照射下Ce-Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)的光电压为0.347 V,比Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)(0.281 V)提高了23.5%;光电流密度达到2.31 mA·cm^(-2),比Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)(0.53 mA·cm^(-2))提高了约3.36倍;电化学阻抗谱(EIS)显示,在光照下Ce-Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)具有最低的界面阻抗,表明Ce-Bi_(2)S_(3)/Fe_(2)O_(3)中的载流子被更有效地分离和转移。

Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(7)O_(9)I_(3)异质结的制备及其光催化性能

本工作采用一步法合成了Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(7)O_(9)I_(3)异质结材料,并采用多种手段表征异质结材料的形貌结构、化学组成和光电性能,研究了该异质结材料吸附和光催化降解环丙沙星(CIP)的效果。结果表明,与Bi_(2)MoO_(6)单体相比,Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(7)O_(9)I_(3)复合异质结材料提高了对可见光的吸收能力,减小了其带隙宽度,从而同时提高了其作为催化材料吸附和可见光下降解CIP的活性。研究发现该复合材料中Bi_(2)MoO_(6)与Bi_(7)O_(9)I_(3)摩尔比为7:3时对CIP的去除效果最好,其中吸附去除率为82.6%,光催化降解率为94.7%。而在相同条件下,Bi_(2)MoO_(6)、Bi_(7)O_(9)I_(3)吸附去除和催化降解环丙沙星的效率分别仅为57.4%,66.4%和35.2%,43.6%。自由基捕获实验表明Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(7)O_(9)I_(3)光催化降解环丙沙星的过程中主要活性物种为h^(+)和·O_(2)^(-)。

新型Bi_(2)O_(3)/ZnFe_(2)O_(4)光阳极的制备及其光电催化降解有机物性能

采用化学水浴法制备Bi2O3薄膜,并通过电沉积结合后退火工艺在其表面负载ZnFe2O4进行改性,通过XRD、SEM、Raman、XPS、UV-vis等对Bi2O3样品及Bi2O3/ZnFe2O4复合薄膜进行表征。以制备的薄膜作为光电极,研究其光电化学性能,并首次报道其在光电催化降解有机污染物中的应用。结果表明:ZnFe2O4的复合拓宽Bi2O3的吸光范围,提高光吸收系数,抑制光电化学反应过程中光生载流子的复合,从而使Bi2O3/ZnFe2O4复合薄膜在Na2SO4溶液中的光响应电流密度是纯相材料的4倍左右,AM1.5光照下的光电降解亚甲基蓝性能相比于Bi2O3有明显提高。

Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)异质结的构筑及其光催化合成H_(2)O_(2)性能研究

通过燃烧法和水热法制备了一种新型的S型异质结催化剂Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱对所得样品进行了表征和测试。通过光催化实验和光电化学测试,表征了样品的光催化合成H_(2)O_(2)性能,提出了光催化反应机理。结果表明随着水热温度的升高,样品中Bi_(2)O_(2)(OH)Cl的含量越高,当水热温度为120℃时,复合材料表现出最佳的光催化活性。在模拟太阳光照射下,H_(2)O_(2)的生成效率达到571.43μmol·h^(-1)·g^(-1),分别是Bi/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)O_(2)(OH)Cl的47.8倍和3.6倍。其高效的光催化性能归因于复合材料中异质结界面电场的形成,提高了光生电子-空穴的分离效率。自由基淬灭实验表明Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)光催化生成H_(2)O_(2)反应的主要活性物种为超氧自由基和单线态氧。