S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)的构筑及光催化还原CO_(2)性能

通过在WO_(3)纳米片表面负载ZnFe_(2)O_(4)纳米颗粒,构建了一系列S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3),并研究了其光催化CO_(2)还原性能。在没有助催化剂和牺牲剂的条件下,所制备的ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)复合材料可对CO_(2)与水蒸汽进行光催化反应。优化后的材料光照5 h后CO_(2)还原产物CO和CH_(4)的产量分别为7.87和4.88μmol·g^(-1)。相对于单相组分,CO和CH_(4)的产量明显提高。光催化活性的提高,归因于ZnFe_(2)O_(4)和WO_(3)异质结的形成以及光生载流子的S型电荷传输模式。

构建MnFe_(2)O_(4)/Bi_(2)MoO_(6)异质结构光催化剂活化PMS降解苯酚

采用水热法成功合成MnFe_(2)O_(4)/Bi_(2)MoO_(6)复合材料光催化剂用于活化过硫酸盐(PMS)降解苯酚。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等一系列测试方法,对光催化剂的元素组成和微观形貌进行了分析。实验结果显示,二者在微观层面建立了联系,形成了异质结结构,促进光载流子的迁移,降低电子和空穴的重组率。紫外-可见吸收光谱显示MnFe_(2)O_(4)/Bi_(2)MoO_(6)复合材料对光的响应范围扩大,对光的利用率提高。实验探究了MnFe_(2)O_(4)和Bi_(2)MoO_(6)的最佳复合比例,其中MnFe_(2)O_(4)-10/Bi_(2)MoO_(6)具有最佳降解效果,60 min内苯酚的去除率为92.6%。自由基捕获实验结果显示,OH,SO_(4)^(·-),·O_(2)^(-)和h^(+)为光催化反应的活性物种。通过DFT理论计算分析了苯酚分子的电子结构信息,推断了反应活性位点。

富含氧空位的Bi_(4)O_(5)Br_(2)超薄纳米片用于高效压电催化生成过氧化氢

过氧化氢是一种重要的化工原料,广泛应用于工业和生活中的多个领域.然而,目前工业上主要采用蒽醌法生产过氧化氢,该过程存在高污染和高能耗等问题.为解决上述问题,研发人员一直致力于开发新的、环保的过氧化氢生产方法.近年研究发现,压电催化生产过氧化氢是一种有前途的过氧化氢生产策略,但较低的能量转换效率阻碍了其进一步应用.Bi_(4)O_(5)Br_(2)材料因具有独特的层状晶体结构,高的化学稳定性,良好的可见光吸收及合适的能带结构被认为是具有较好应用前景的光催化材料.虽然Bi_(4)O_(5)Br_(2)的非中心对称结构赋予其独特的压电性能,但该特性往往被研究者忽视,导致其压电潜力未被充分利用.特别是,关于缺陷工程如何影响Bi_(4)O_(5)Br_(2)的压电性能仍存在许多未知之处,需要深入挖掘和探明.本文通过调节水热过程中乙二醇和水溶剂的比例构建了含有不同浓度氧空位的超薄Bi_(4)O_(5)Br_(2)(≈5 nm)纳米片,并研究其在纯水体系中的压电催化生成过氧化氢性能.X射线粉末衍射和高分辨率透射电镜结果证明Bi_(4)O_(5)Br_(2)催化剂的成功合成;X射线光电子能谱和电子顺磁共振(EPR)结果证明氧空位的成功构建.不同气氛下的催化性能实验、活性物种EPR测试和捕获实验结果均表明,过氧化氢的生成主要通过氧还原反应,同时需要水氧化反应的协同作用.此外,旋转环盘电流测试和捕获实验结果进一步表明,过氧化氢的生成主要通过两步单电子的氧还原反应.同时,压电力显微镜和多物理场仿真软件有限元模拟结果表明,超薄结构和氧空位共同增强了所制样品的压电响应和压电电势,因此促进了压电诱导的电荷分离和转移,进而产生更大的压电电流响应和更小的电化学阻抗.差分电荷和Bader电荷研究结果表明,氧空位的存在增强了催化剂与氧气之间的电荷传输和相互作用.密度泛函理论计算结果表明,氧空位增强了催化剂对氧气的吸附和活化能力,并大幅降低反应过程的吉布斯自由能.具有最优氧空位浓度的Bi_(4)O_(5)Br_(2)超薄纳米片表现出很好的催化生成过氧化氢性能,在纯水体系中过氧化氢的生成速率为620μmol g^-(1)h^(-1)(是不含氧空位Bi_(4)O_(5)Br_(2)的2.54倍),在牺牲体系中的生成速率为2700μmol g^-(1)h^(-1),催化性能优于大多数已报道的压电催化剂.综上,本文揭示了Bi_(4)O_(5)Br_(2)作为新型压电催化剂在高效合成过氧化氢中的潜力,丰富了压电催化合成过氧化氢的材料体系,同时为探索缺陷工程和纳米结构协同增强材料压电催化活性提供了参考.

溶剂热法合成NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒及其光催化降解亚甲基蓝实验

本文以3种溶剂合成了不同形貌特征的尖晶石型NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒,并利用紫外-可见分光光度计测试了其对工业标准染料亚甲基蓝(MB)的降解效率。结果表明,使用乙二醇为溶剂合成的NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒,催化剂用量为4g·L^(-1)、亚甲基蓝初始浓度为20mg·L^(-1)、pH值为2~4、温度为50℃、H_(2)O_(2)投加量为20mL·L^(-1),在紫外光源照射60min左右时,超过95.4%的亚甲基蓝染料被降解。表征结果表明,使用乙二醇为溶剂合成的NiFe_(2)O_(4)有着轮廓清晰的纺锤体性质,伴随着多孔性以及高透明度,可以有效地对紫外光进行吸收,更快地形成电子-空穴对,对亚甲基蓝进行分解。通过自由基淬灭实验对制备的NiFe_(2)O_(4)纳米粒子的光催化机理进行了研究,并通过重复循环实验研究了制备的NiFe_(2)O_(4)纳米粒子的稳定性。

CuBi_(2)O_(4)/Bi_(2)WO_(6)Z型异质结用于光电类芬顿体系下高效降解环丙沙星

针对目前水环境中抗生素污染严重的问题,使用简单的溶剂热法制备了CuBi_(2)O_(4)/Bi_(2)WO_(6)(CBWO)Z型异质结催化剂.扫描电子显微镜分析结果表明,其结构为棒状和纳米片状.能量色散元素图谱显示,Cu,W,Bi和O元素均匀分散在CBWO-60中;使用X射线衍射和傅里叶变换红外光谱探究了催化剂的晶体结构和化学键、官能团组成;BET表征结果证明,CBWO-60具有较高的比表面积.X射线光电子能谱(XPS)证明Cu^(+)和Cu^(2+)共存,促进了芬顿(Fenton)反应的循环进行,XPS结合能的位移证明了异质结中CuBi_(2)O_(4)和Bi_(2)WO_(6)之间具有强的电子相互作用,而不是物理混合;使用紫外⁃可见漫反射光谱和价带-X射线光电子能谱分析了异质结的能带结构;利用光致发射光谱、电化学阻抗谱和瞬态光电流响应谱探究了催化剂的电荷转移情况.在该系列催化剂中,CBWO-60在光电类芬顿(PEF-like)体系中对环丙沙星(CIP)的降解效率最高,90 min时,降解效率为98.0%.同时,溶液初始pH在2~6范围时,体系始终能够维持有效的CIP去除效率,与传统芬顿体系相比,该体系的pH应用范围得到了有效拓宽.在PEF-like体系中,CBWO-60对喹诺酮类、磺胺类和四环素类抗生素均表现出较强的降解能力,充分证明了CBWO-60的普适性.CBWO-60在连续5次循环实验后,对CIP仍保持87.8%的降解率,并且反应后催化剂的晶体结构没有发生改变.根据高效液相色谱⁃质谱的结果,提出了CIP降解的5种可能途径.

氧载体NiFe_(2)O_(4)与褐煤的化学链燃烧反应特性实验研究

本实验制备了氧载体NiFe_(2)O_(4),并通过热重分析试验系统研究了其对褐煤的氧化还原性能。使用扫描电镜、比表面积和X射线衍射实验表征了表面结构,与NiO和Fe_(2)O_(3)相比,NiFe_(2)O_(4)中Ni的存在增大了比表面积和孔隙体积,提高了褐煤化学链燃烧过程中的反应活性和氧传递能力。此外,循环实验证实了NiFe_(2)O_(4)高反应活性的稳定性。

TiO_(2)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)复合光阳极的制备及光电化学性能研究

合成了钛酸铋/二氧化钛(TiO_(2)/BTO)复合纳米棒阵列,并研究了其光电催化性能。通过水热法制备了TiO_(2)纳米棒阵列,采用凝胶-溶胶法在TiO_(2)纳米棒阵列表面复合Bi_(4)Ti_(3)O_(12)(BTO)薄膜获得TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列。结果表明,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列形貌均一、结晶良好。光电催化测试表明,由于BTO对可见光吸收的增加以及与TiO_(2)间形成的半导体异质结,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列的光电化学性能均高于纯的TiO_(2)纳米棒阵列,最优TiO_(2)/BTO复合光阳极的光电流密度达0.6 mA·cm^(-2)。

S型异质结Bi_(4)O_(5)Br_(2)/CeO_(2)的制备及其光催化CO_(2)还原性能

光催化CO_(2)还原技术的关键是开发高效光催化剂,而构建具有紧密界面结构的异质结是增强界面电荷转移,实现高效光催化活性的有效途径。本研究采用静电纺丝技术结合水热法,将Bi_(4)O_(5)Br_(2)纳米片镶嵌在CeO_(2)纳米纤维表面,制得Bi_(4)O_(5)Br_(2)/CeO_(2)纤维光催化材料(B@C-x,x对应反应物的加入量)。利用不同方法表征其微观结构、形貌和光电性能。结果表明,适当Bi_(4)O_(5)Br_(2)含量的Bi_(4)O_(5)Br_(2)/CeO_(2)异质结可以显著提高CeO_(2)纳米纤维的光催化性能。与纯Bi_(4)O_(5)Br_(2)和CeO_(2)相比,B@C-2在模拟太阳光下表现出最佳光催化活性,不使用任何牺牲剂或共催化剂的条件下,CO生成速率达到8.26μmol·h^(–1)·g^(–1)。这归因于Bi_(4)O_(5)Br_(2)和CeO_(2)之间的界面结合紧密以及构建的S型异质结,使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。本研究为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种简便有效的方法,为清洁能源转换探索了可行的途径。

CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)梯型异质结增强PMS活化性能用于高效抗生素去除

利用光催化剂中产生的光生电荷活化过一硫酸盐(PMS)用于抗生素等污染物的去除,由于结合了光催化反应和PMS活化的独特优势,近年来引起了广泛的关注。然而,对于单一光催化剂,严重的光生电子空穴对的复合限制了其活化PMS的效率。于此,本文构建了CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)光催化剂,通过梯型异质结促进电荷分离,实现高效PMS活化。通过X射线衍射仪技术(XRD)、高分辨透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见漫反射光谱(UVVis)等分析手段对所制备催化剂的形貌和结构进行了详细的表征。另外,通过在可见光照射下降解四环素(TC),系统地研究了CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)的催化活性。结果发现,与CuWO_(4-x)和Bi_(12)O_(17)Cl_(2)相比,CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)表现出了明显增强的四环素降解活性:在加入微量的PMS及可见光照射30分钟后,对四环素的降解效率达到了94.74%。X射线光电子能谱以及捕获实验结果表明,CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)复合材料遵循梯型异质结电荷迁移机制。得益于梯型异质结的构建,CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)光催化剂中电子和空穴的传输与分离效率得到显著提高,同时还能保持复合材料最佳的氧化还原能力。此外,对比反应前后样品的X射线光电子能谱结果,发现铜离子和氧空位也参与PMS活化,这将促进反应中活性自由基的产生,从而进一步提高了TC的降解效率。本研究为合成可高效活化PMS和降解抗生素的梯型异质结光催化剂提供了新的思路。

Fabrication of g-C_(3)N_(4) nanosheet/Bi_(5)O_(7)Br/NH_(2)-MIL-88B(Fe)nanocomposites:Double S-scheme photocatalysts with impressive performance for the removal of antibiotics under visible light

Novel graphitic carbon nitride(g-C_(3)N_(4))nanosheet/Bi_(5)O_(7)Br/NH_(2)-MIL-88B(Fe)photocatalysts(denoted as GCN-NSh/Bi_(5)O_(7)Br/FeMOF,in which MOF is metal–organic framework)with double S-scheme heterojunctions were synthesized by a facile solvothermal route.The resultant materials were examined by X-ray photoelectron spectrometer(XPS),X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM),energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX),transmission electron microscopy(TEM),high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM),photoluminescence spectroscopy(PL),Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR),UV-Vis diffuse reflection spectroscopy(UV-vis DRS),photocurrent density,electrochemical impedance spectroscopy(EIS),and Brunauer–Emmett–Teller(BET)analyses.After the integration of Fe-MOF with GCN-NSh/Bi_(5)O_(7)Br,the removal constant of tetracycline over the optimal GCN-NSh/Bi_(5)O_(7)Br/Fe-MOF(15wt%)nanocomposite was promoted 33 times compared with that of the pristine GCN.The GCN-NSh/Bi_(5)O_(7)Br/Fe-MOF(15wt%)nanocomposite showed superior photoactivity to azithromycin,metronidazole,and cephalexin removal that was 36.4,20.2,and 14.6 times higher than that of pure GCN,respectively.Radical quenching tests showed that·O_(2)-and h+mainly contributed to the elimination reaction.In addition,the nanocomposite maintained excellent activity after 4 successive cycles.Based on the developed n–n heterojunctions among n-GCN-NSh,n-Bi_(5)O_(7)Br,and n-Fe-MOF semiconductors,the double S-scheme charge transfer mechanism was proposed for the destruction of the selected antibiotics.

BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合过一硫酸盐光催化处理渗滤液尾水

采用超声辅助室温原位沉淀法合成BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)光催化剂,在可见光下对比了TiO_(2)体系、BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)体系以及BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合过一硫酸盐(PMS)体系处理渗滤液尾水的效果。考察了BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合PMS体系中PMS投加量和反应时间的影响,通过紫外可见光谱、三维荧光图谱分析渗滤液尾水有机物成分。结果表明:BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合PMS体系对腐殖质的去除效果较另外两体系的效果优异,BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)对COD、腐殖质(A_(254))、色度(CN)的去除率分别为13.07%、12.74%、52.19%,BOD_(5)/COD从0.08提升至0.18。BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合PMS体系中,0.1 g BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合0.20 g PMS体系对渗滤液尾水有机物有良好的降解效果,尤其在反应开始的前0.5 h作用效果明显,1.5 h后降解效率不再明显增加。BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)耦合PMS体系对TOC的最大去除率为30.5%,较BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)体系提高16.5%;对腐殖质的最大去除率为53.97%,较BC/Bi_(4)O_(5)Br_(2)体系提升41.5%。紫外可见光谱、三维荧光图谱表明渗滤液尾水以类腐殖质为主。研究结果可为非均相耦合过一硫酸盐光催化处理渗滤液尾水提供一定参考。

氢化增强暴露{111}晶面NiFe_(2)O_(4)八面体的气体传感性能及其传感机理

以六水合氯化铁、六水合氯化镍、氢氧化钠和乙二醇为原料,在200℃下水热合成10 h,制得暴露{111}晶面的NiFe_(2)O_(4)八面体。将该产物用于甲醇和三乙胺的传感反应中均表现出良好的气敏活性。通过加氢去除表面的—OH和Cl-离子后,其气体传感性能得到进一步提高。传感性能的增强是由于表面Cl-离子和—OH基团的去除,导致NiFe_(2)O_(4)表面3配位不饱和Fe原子数量增加。以不饱和金属原子作为传感反应的活性位点,提出了一种原子和分子水平的气体传感机制。此传感机制对于设计和制备先进的气体传感器具有重要意义。

Bi_(4)O_(5)Br_(2)制备及其对罗丹明B的光催化降解性能

采用室温原位沉淀法制备Bi_(4)O_(5)Br_(2),以罗丹明B(RhB)为目标污染物,研究所制备催化剂的可见光光催化性能。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、氮气吸附-脱附、瞬态光电流等对催化剂的结构、形貌、元素价态、比表面积和催化反应过程中光生载流子分离效率等进行表征分析。可见光照射时,样品产生了明显的光电流,说明样品具有可见光响应,催化剂合成成功并可应用于可见光催化反应。可见光照射30 min后,Bi_(4)O_(5)Br_(2)对20 mg/L RhB的去除率为89.76%,反应速率常数k值为0.069 min^(-1)。合成的催化剂Bi_(4)O_(5)Br_(2)由微纳米片状结构组成,存在纳米团簇现象。催化剂的孔径分布主要集中在5~10 nm,比表面积为32.52 m^(2)/g。Bi_(4)O_(5)Br_(2)禁带宽度值约为2.31 eV,载流子的平均寿命为40.44 ns。

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷的制备与结构:水浴合成中H_(2)SO_(4)/Gd_(2)O_(3)摩尔比的影响

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷以其明亮的绿色发光、高能量转换效率和高中子俘获截面而广泛应用于中子成像和工业无损检测等领域,但Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中存在的Gd_(2)O_(3)第二相影响其闪烁性能。本工作以H_(2)SO_(4)和Gd_(2)O_(3)为原料,采用水浴法合成Gd_(2)O_(2)S:Tb前驱体,研究了H_(2)SO_(4)与Gd_(2)O_(3)的摩尔比(n)对前驱体和Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体性能的影响。前驱体的化学组成随n增大而变化:2Gd_(2)O_(3)·Gd_(2)(SO_(4))_(3)·xH_(2)O(n<2.00)、Gd_(2)O_(3)·2Gd_(2)(SO_(4))_(3)·xH_(2)O(2.25≤n≤2.75)和Gd_(2)(SO_(4))_(3)·8H_(2)O(n=3.00),经过空气煅烧和氢气还原后,所有的粉体均形成Gd_(2)O_(2)S相。Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体的形貌与前驱体的相组成密切相关,随着n增大,Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体的XEL强度增加呈现出两个阶段,对应前驱体的相转变阶段。采用真空预烧结合热等静压烧结制备了Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷,相较于n为2.00、2.25、2.50,其他n制备的Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷都达到了较高的相对密度和XEL强度,不同n制备的陶瓷中都存在Gd_(2)O_(3)第二相,n增大有利于减少陶瓷内部的第二相,为进一步消除Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中的第二相提供了思路。

不同反应物制备NiFe_(2)O_(4)类芬顿催化剂催化性能比较

该文以NiCl_(2)·6H_(2)O和FeCl_(3)·6H_(2)O、NiCl_(2)·6H_(2)O和FeCl_(2)·4H_(2)O、NiSO_(4)·6H_(2)O和FeSO_(4)·7H_(2)O为3组反应物,NaOH为沉淀剂,采用共沉淀法制备催化材料NiFe_(2)O_(4)催化剂,比较3组反应物制备出的NiFe_(2)O_(4)催化剂对活化SPS降解RhB染料废水的效果,并对材料进行表征。结果显示,以NiCl_(2)·6H_(2)O和FeCl_(3)·6H_(2)O为反应物制备出的材料催化性能、形貌结构最优。以NiCl_(2)·6H_(2)O和FeCl_(3)·6H_(2)O为反应物,通过单因素实验研究固化温度、固化时间、煅烧温度、煅烧时间对NiFe_(2)O_(4)催化剂催化降解RhB性能的影响。经实验得出,NiFe_(2)O_(4)催化剂的最优制备条件为:固化温度80℃、固化时间2 h、煅烧温度500℃、煅烧时间3 h,在此条件下,120 min内RhB的降解率可达到88.30%。

基于分等级中空微球结构Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料的制备及对H_(2)S的气敏性能

通过简单的水热法合成了由纳米颗粒自组装而成的分等级中空微球结构WO_(3)和Co_(3)O_(4)/WO_(3)材料,整个实验过程中不添加任何的表面活性剂和模板剂,符合绿色化学发展理念。对样品的形貌、结构、化学成分和气敏性能进行了表征。结果表明,Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料成功构筑p-n异质结并呈中空微球结构。在气敏性能测试中,Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料传感器在最佳工作温度50℃下对体积分数为1×10^(-5)的H_(2)S气体的响应值为42.1,约为WO_(3)传感器的3.37倍,响应时间仅为8 s。本实验还进行了1×10^(-8)~5×10^(-5)不同体积分数的H_(2)S气体连续循环检测,检测下限低至1×10^(-8)。同时,所制备的传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性。此外,还详细分析了Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料用于H_(2)S气体检测的传感机理。

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.

PO_(4)^(3-)掺杂Bi_(2)O_(2)CO_(3)/Bi^(0)的制备及其可见光催化性能

构建氧空位以及附着金属单质Bi(Bi^(0))是增强半导体材料光吸收性能、促进半导体光生载流子分离的有效方法。通过简单的共沉淀法及氢气热还原成功制备了PO_(4)^(3-)掺杂Bi_(2)O_(2)CO_(3)附着Bi^(0)(Bi-P-BOC)的可见光催化剂,并对其在可见光下催化降解氧氟沙星(OFX)的性能及机理进行了研究。材料表征结果表明BOC随着PO_(4)^(3-)的均匀掺杂,可见光吸收能力增强,表面缺陷增多,比表面积增大。而随着氢气热还原,BOC表面形成Bi^(0)的同时也原位构建了大量的氧空位。可见光催化性能测试表明,Bi-P-BOC可以在180 min内降解约85%的OFX,降解速率为0.013 0 min^(-1),是BOC降解速率的8倍。Bi-P-BOC光催化降解机理表明其具有更好的可见光吸收能力,Bi^(0)以及氧空位的存在促进了光生载流子的分离,h+是其光催化降解过程中的主要的活性氧物种(ROS),此外,^(1)O_(2)和·O_(2)-也对降解有一定贡献。

磁性NiFe_(2)O_(4)负载Ru催化5-羟甲基糠醛选择性氧化合成2,5-呋喃二甲酸

采用水热-煅烧法制备了磁性镍铁尖晶石载体NiFe_(2)O_(4),再采用浸渍-还原法在载体上负载Ru纳米粒子制备Ru/NiFe_(2)O_(4)催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测试对催化剂进行表征分析。结果表明,Ru/NiFe_(2)O_(4)催化剂表面氧物种丰富,相较于载体,负载Ru后催化剂比表面积和表面酸量增加,Ru与载体存在相互作用,这可能是催化剂高活性和高稳定性的关键。将催化剂用于5-羟甲基糠醛(HMF)的选择性氧化,负载Ru后,催化剂催化活性显著提升。对反应条件进行优化,在添加0.08 g KHCO3,氧化剂O2压力为1 MPa,反应温度为80℃,使用0.1 g Ru/NiFe_(2)O_(4)催化剂,在水溶液中反应12 h HMF能完全转化,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)产率为98.1%。Ru/NiFe_(2)O_(4)循环使用5次后仍能保持较高的活性,催化剂上活性组分Ru不易浸出,并且催化剂具有磁性能便于与反应溶液分离。为今后工业化催化HMF高效选择性氧化合成FDCA提供参考。

纳米磁性Ag_(2)S/CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)的制备及其光催化性能研究

采用水热合成法制备了纳米CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)尖晶石催化剂,在制备Ag_(2)S的过程中采用简单的化学方法制备了异质结Ag_(2)S/CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)复合光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)对所制备Ag_(2)S/CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)进行结构和形态的表征。在可见光照射下降解甲基橙(MO)水溶液,考察制备的光催化剂的光催化活性。结果表明,Ag_(2)S/CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)降解甲基橙水溶液的一级动力学常数分别是Ag_(2)S和CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)的2.87倍和4.39倍。此外,通过外加磁场可快速从溶液分离出Ag_(2)S/CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)复合材料。循环降解实验表明,Ag_(2)S/CoFe_(1.95)Y_(0.05)O_(4)复合材料在光降解过程中具有稳定的降解能力和晶体结构,可循环利用并高效降解有机污染物。