一种新型二元复合催化剂DiCoPc/BiOCl的合成与表征

通过水热法在BiOCl上负载DiCoPc,合成了一种新型二元复合催化剂DiCoPc/BiOCl,并通过X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),紫外、红外光谱,扫描、透射电子显微镜(SEM,TEM)对其进行了表征,证明了复合物的形成.

高效降解盐酸四环素的CdS/BiOCl复合光催化剂的制备及性能

采用水热法制备了BiOCl超薄纳米片,并将CdS纳米晶体沉积于BiOCl表面制备CdS/BiOCl复合光催化剂。XRD测试结果证明CdS的沉积不会改变BiOCl的晶体结构。XPS测试结果表明CdS/BiOCl复合材料已被成功合成。SEM及HRTEM测试结果证明,CdS纳米晶体均匀沉积在BiOCl的表面。荧光光谱分析数据表明CdS/BiOCl复合材料的电子-空穴分离效果得到有效提高,均优于纯BiOCl材料,且随着Cd(Ac)_(2)·2H_(2)O添加量的增加,复合材料的荧光光谱强度呈现先减弱后增强的现象。根据紫外可见漫反射光谱及XPS价带谱测试结果,计算出复合材料的价带与导带电位。以盐酸四环素作为模拟污染物评价光催化剂的活性,结果表明,CdS/BiOCl复合材料光催化活性更高,仅需经过5 min的可见光照射后,优选的CdS/BiOCl(CB-8)复合材料对盐酸四环素的去除率可达70.6%,为纯BiOCl的16.2倍。最终,根据XPS价带谱和活性物种捕获实验结果推测了CdS/BiOCl复合光催化剂的光催化反应机理。

四羧基苯基卟啉铜敏化BiOCl纳米片的制备及其增强光催化性能研究

以硝酸铋和氯化钾为反应物,采用一步水热法合成了氯化氧铋(BiOCl)纳米片.通过考察不同反应时间和反应温度下所得BiOCl样品的光催化降解罗丹明B(RhB)活性差异,确定最佳合成条件,并在此基础上,采用相同方法原位合成四羧基苯基卟啉铜(CuTCPP)敏化BiOCl复合光催化材料(BP).利用XRD,SEM,UV-Vis DRS,XPS,PL等手段表征了材料的结构、形貌及光学特性,通过RhB光降解实验考察了BP复合材料的光催化性能并讨论了光催化作用机理.结果表明,与纯BiOCl相比,BP的光催化活性明显增强,其中BP-0.2%样品的光催化活性最强,紫外光照射10 min即可将RhB完全降解,即使将光源改为模拟太阳光,在20 min内也可使染料分子完全降解.这种光催化性能的增强得益于CuTCPP作为光敏剂修饰BiOCl增强了该半导体的光吸收能力,并有效地提高了光生电子和空穴的产生和分离效率.

pH值对BiOCl光催化性能的影响

以Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O和KCl为原料,无水乙醇为溶剂,采用简单水热法在150℃、18 h条件下,通过浓氨水调节不同pH值制备出具有片状结构的光催化剂BiOCl.利用XRD、SEM、DRS等分析手段表征了样品,并以氙灯为光源,甲基橙(MO)为降解物,测试了不同pH条件下样品的光催化活性,结果表明:不同pH值对合成样品的物相、形貌、禁带宽度和光催化性能影响较大,在pH=7时合成的BiOCl光催化效果最佳,在60 min内对甲基橙降解率达到了97.47%,降解反应表现为一级动力学。

BiO_(2-x)/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能的研究

采用简单的一步水热法制备得到片状结构的BiO_(2-x),然后通过溶剂热法将BiO_(2-x)与BiOCl进行复合,制备一系列BiO_(2-x)/BiOCl异质结复合材料。采取一系列测试的手段对所制备的BiO_(2-x)/BiOCl复合材料进行表征实验,对复合物的晶相构成、晶体形貌、稳定性进行研究。以罗丹明B(RhB)模拟作为难降解污染物,对所制备的BiO_(2-x)/BiOCl复合材料的光催化性能进行测试,结果表明一定比例的BiO_(2-x)/BiOCl复合物比纯的BiO_(2-x),BiOCl能够更快、更好、更彻底地降解有机污染物,具有更显著的光催化活性。同时经过5次循环实验及反应前后的XRD图谱表明所制备的材料具有优异的光化学稳定性,并且可以多次重复利用。基于自由基捕获实验,我们提出了可能的光催化机理。

电纺BiOCl@UiO-66-NH_(2)@TSPAN纳米纤维可见光催化还原Cr(Ⅵ)

为改善UiO-66-NH_(2)的光催化活性,以热氧化稳定处理的电纺聚丙烯腈(TSPAN)纳米纤维为载体,通过溶剂热法原位负载UiO-66-NH_(2)和Bi OCl晶体,设计构筑了柔性BiOCl@UiO-66-NH_(2)@TSPAN复合纳米纤维,并考察了其可见光催化还原Cr(VI)的性能.结果表明,UiO-66-NH_(2)和BiOCl可先后均匀负载于TSPAN纤维表面,且由于BiOCl的引入,形成了BiOCl/UiO-66-NH_(2)异质结构,提高了材料的可见光响应性,降低了光生电子空穴对的复合率,对Cr(VI)表现出增强的可见光驱动光催化还原活性,在120min内还原率达到100%,5次循环后,保持良好的稳定性,对Cr(VI)的光催化还原效率仍在90%以上.此外,该复合材料具有柔韧性,可以快速方便地从反应溶液中分离.

BiOCl/Bi_(4)O_(5)Br_(2)的制备及其光催化降解四环素的性能研究

本文针对四环素废水污染,通过对氯氧化铋(BiOCl)进行原位还原与氧化制备了BiOCl/Bi_(4)O_(5)Br_(2)复合材料,并通过光催化降解四环素(TC)探究了材料的光催化性能。光催化实验结果表明,BiOCl/Bi_(4)O_(5)Br_(2)对TC的去除效率达到了64%,接近于原始BiOCl的2.5倍。通过XRD、UV-vis漫反射吸收光谱和EIS等表征,探究了光催化性能增强的可能原因。结果表明,所构建BiOCl/Bi_(4)O_(5)Br_(2)复合材料具有较高的载流子的分离效率,在可见光区有较强的光吸收能力,光催化性能从而得到增强。

溶剂热法制备BiOI/BiOCl异质结及其光催化性能研究

以五水合硝酸铋、氯化钠、碘化钾为主要原料,以乙二醇为溶剂,采用一步溶剂热法制备了BiOI/BiOCl异质结光催化材料。研究了反应温度、反应时间、掺杂比例对材料光催化性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见分光光度计、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等测试手段对样品的形貌、物相组成、表面化学态、光催化性能进行了表征。结果表明当碘的含量为20%,在140℃的温度下反应3 h所制备的BiOI/BiOCl异质结光催化材料可见光催化降解罗丹明B的效果最好,120 min后达到了95.46%,是纯BiOCl的9.5倍。提出了S-型半导体光催化机理,该机理促进了光生电子空穴对的分离,保留了较高的氧化还原能力,提高了光催化性能。

溶剂热法制备La/BiOCl催化剂及其光催化性能

用水热法制备La^(3+)掺杂的BiOCl光催化剂,通过X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、X射线光电子能谱、氮气吸附-脱附和荧光光谱等手段对样品物相结构、光学吸收、表面化学状态、比表面积和光生电子-空穴复合率进行表征分析.结果表明,La/BiOCl_(0.05)的光催化活性最好,在光照60min后对20 mg/L甲基橙的降解率为100%,光催化动力学常数是纯BiOCl的3倍.自由基捕获实验表明,空穴是光催化过程中的主要活性物种,提出了La^(3+)掺杂BiOCl可能的光催化机理.

BiOCl/CdSe复合材料的制备及可见光催化性能研究

异质结的构建是提高光催化剂性能的有效途径.通过两步法,以BiOCl为基底原位生长CdSe纳米颗粒成功制备了一系列BiOCl/CdSe复合材料.利用XRD、SEM、TEM等对材料进行表征,结果证明CdSe在BiOCl表面均匀分布,并且BiOCl与CdSe之间成功构建了有效的异质结.在可见光照射下,与纯BiOCl和CdSe相比,复合材料在光催化降解四环素方面表现出优异的性能.其中,BC-1在1h内可有效降解81.7%的四环素.更重要的是,通过循环套用证明,该复合材料重复使用4次后仍有较高的稳定性.自由基捕获实验证明,空穴(h+)和超氧自由基(·O_(2)^(-))在降解过程中起着主要作用.

ZnO/BiOCl/GO/PVDF复合膜去除水溶性污染物性能研究

本文通过浸没沉淀相转换法制备了具有整体式结构的氧化锌/氯氧化铋/氧化石墨烯/聚偏氟乙烯(ZnO/BiOCl/GO/PVDF)复合膜,以亚甲基蓝(MB)、罗丹明(RhB)和四环素(TC)为目标污染物验证了复合膜的光催化降解性能,通过XRD、SEM等测试方法对复合膜进行测试。结果表明,氯氧化铋(BiOCl)的薄片结构提供更多的活性位点,氧化石墨烯(GO)的褶皱状结构有利于ZnO的结合,有助于光催化效果的提升。同时ZnO与BiOCl形成p-n异质结,扩大复合材料的可见光响应范围,在可见光照射下,180 min时对RhB的去除率达95.5%,140 min时对TC的去除率达93.1%以上,能够基本去除污染物;循环使用5次后,复合膜对MB的降解率仍达97.8%。在“双碳”背景下,本文制备的具有整体式结构的ZnO/BiOCl/GO/PVDF复合膜可作为一种环保、稳定、经济的光催化剂,用于去除MB等水溶性污染物,该复合膜在整体式结构催化剂降解水溶性污染物废水中具有广阔的应用前景。

具有主导晶面的BiOIO_(3)/BiOCl异质结制备与光催化性能

分别以乙二醇/去离子水为溶剂,通过溶剂热/水热法分别制备了具有不同主导晶面的BiOIO_(3)/{110}BiOCl和BiOIO_(3)/{001}BiOCl异质结。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散谱和紫外可见漫反射光谱对制备的BiOIO_(3)/BiOCl光催化剂进行了表征。在可见光照射下,通过对罗丹明B和苯酚水溶液的光催化降解,考察了BiOIO_(3)/BiOCl异质结的光催化活性。结果显示25%BiOIO_(3)/{110}BiOCl异质结具有最高的光催化效率。BiOIO_(3)/{110}BiOCl较好的光催化性能是由于其在可见光区较强的光吸收,以及异质结结构和BiOCl所具有的(110)主导晶面有利于光生载流子的分离。超氧自由基(·O2-)和空穴(h^(+))是光催化过程中的主要活性物质。此外,根据实验结果探讨了光催化性能增强的机理。

BiOCl/TiO_(2)/蒙脱石复合材料光催化降解刚果红研究

采用水解法和煅烧法,以钠基蒙脱石为基质材料,钛酸四丁酯为钛源,Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O为铋源,制备了BiOCl/TiO_(2)/蒙脱石复合材料(BCTM),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射仪(UV-Vis DRS)等手段对其晶体结构、形貌、化学成分和吸光特性进行了表征。研究了不同Bi/Ti摩尔比对刚果红的光催化降解,并通过自由基掩蔽实验探究了光催化降解机制。结果表明:在光催化反应过程中起主要作用的活性物质是羟基自由基和超氧自由基。在BCTM的禁带宽度为2.83eV,在Bi/Ti摩尔比为25%,刚果红初始浓度为30mg/L,BCTM投加量为50mg,吸附30min,光催化120min条件下,BCTM对刚果红溶液的降解率达到93.75%。

Ti掺杂BiOCl纳米片的制备及其压电光催化性能研究

采用一步水热法制备了Ti掺杂的BiOCl纳米片,并利用XRD、SEM和PFM以及其他分析测试技术对所制备催化剂的晶体结构和形貌进行测试。以四环素(TC)为目标污染物,在模拟太阳光和超声作用下,研究了Ti-BiOCl的压电光催化性能。结果表明,Ti-BiOCl材料由厚度为25~250 nm的纳米片组成,具有良好的晶体结构和较高的压电响应能力。在光(300 W)和超声(45 kHz,100 W)协同作用下,Ti-BiOCl在20 min内可以去除94.79%的TC。室温下一级反应速率常数达0.168 min-1,显著优于单独光催化或单独压电催化过程。

Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结应用于光催化CO_(2)还原的理论计算研究

光催化CO_(2)还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO_(2)还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO_(2)的活化需要较高的能垒。对此,研究人员作出了许多改进以提高CO_(2)还原性能。例如,发展S型异质结可以增强载流子的分离和光催化剂的氧化还原能力,引入金属单原子助催化剂可以优化反应热力学。因此,协同利用S型异质结和金属单原子修饰将能同时促进载流子的转移和CO_(2)还原反应过程。本文构建了由单原子Pt负载的g-C_(3)N_(4)和BiOCl组成的Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结模型。用密度泛函理论计算研究了其光催化性能,包括几何结构和电子性质的探索、CO_(2)转化过程的模拟。差分电荷密度结果表明g-C_(3)N_(4)中的电子转移至BiOCl,这是由于g-C_(3)N_(4)的费米能级比BiOCl的费米能级高。由此在g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结的界面处形成了由g-C_(3)N_(4)指向BiOCl的内建电场。在光照下,g-C_(3)N_(4)/BiOCl复合物中载流子的转移路径符合S型机制。具体而言,BiOCl导带的光生电子与g-C_(3)N_(4)价带的光生空穴复合,而g-C_(3)N_(4)导带的电子与BiOCl价带的空穴得以保留。在g-C_(3)N_(4)的空隙中添加Pt原子后,g-C_(3)N_(4)的功函数减小,由此增大了g-C_(3)N_(4)和BiOCl的费米能级差异。结果,有更多的电子从Pt-C_(3)N_(4)转移至BiOCl,内建电场的强度增大。这有利于Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结的电荷转移。此外,反应自由能计算结果表明,g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结上CO_(2)还原反应的限速步骤是CO_(2)氢化生成COOH,其能垒为1.13 eV。Pt原子修饰后,限速步骤变为CO氢化生成HCO,其能垒为0.71 eV。这些结果表明Pt单原子的引入能够增强界面电场、降低能垒,从而提高CO_(2)还原活性。本工作为构建金属原子修饰的S型异质结光催化剂以实现高效的CO_(2)还原提供了理论指导。

具有氧空位的OV-α-Fe_(2)O_(3)/BiOCl催化剂的制备及其电化学合成氨性能

通过简单水热反应合成了α-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒,用磁力搅拌合成了α-Fe_(2)O_(3)/BiOCl复合物,将该复合物在氩气条件下进行热处理,成功制备出具有氧空位的OV-α-Fe_(2)O_(3)/BiOCl。利用X射线光电子能谱证明OV-α-Fe_(2)O_(3)/BiOCl中含有丰富的氧空位,用恒电位法研究了该催化剂的电化学合成氨性能。结果表明,当前驱体中铁铋的物质的量比为0.67,OV-α-Fe_(2)O_(3)/BiOCl催化剂在0.1 mol/L KOH电解质溶液中具有最佳NRR性能,其氨产率和法拉第效率分别为12.31μg·h^(-1)·mg^(-1)和11.4%,具有良好的循环稳定性,有望用于电催化固氮体系。

空心微球BiOCl/BiOI复合材料的制备及光催化降解性能及机理研究

采用溶剂热法制备了具有Z型异质结构的BiOCl/BiOI新型空心微球复合材料,并将其应用于可见光催化降解盐酸四环素(TCH)。结果表明,复合材料在静电场及表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)的共同作用下,通过纳米片的自组装最终形成空心球结构,并具有较强的可见光响应;光催化结果表明,30%BiOCl/BiOI对TCH的降解率最高,达87.4%,催化活性均优于单独的BiOCl和BiOI。自由基捕获实验表明,光催化降解TCH的活性物种主要是·O_(2)^(-),并由此推测了光催化降解机理。

MOF-808/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能

将高稳定性的MOF-808与BiOCl结合,采用简便的水热法制备出新型MOF-808/BiOCl复合异质结材料。以环丙沙星(CIP)为污染物,探究复合材料MOF-808/BiOCl对CIP的光催化性能。发现含有10%MOF-808的复合材料(MOF-808/BiOCl-10%)表现出最佳的光催化活性。在紫外光照射20 min内,MOF-808/BiOCl-10%对CIP的光催化降解效率高达94.7%。通过X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱、荧光光谱、紫外可见漫反射光谱、光电流、电化学阻抗等表征技术来考察材料的物相组成、形貌以及光电化学性质。紫外可见漫反射光谱的结果表明,MOF-808/BiOCl-10%材料光吸收范围得到提高。同时进行了自由基捕获实验。基于以上实验数据,提出了MOF-808/BiOCl复合材料可能的光催化机理。

RuO_(2)/BiOCl复合光催化剂的制备及其固氮性能研究

BiOCl在光催化固氮领域中有着广阔的应用价值,但其光生电子-空穴对的快速复合限制了其应用和发展。本文首先采用水解法制备了一种具有丰富氧空位的新型RuO_(2)/BiOCl复合光催化剂,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱、电子顺磁共振等对其进行了表征,采用300 W氙灯为模拟太阳光源,评估了其光催化固氮性能。结果表明:当复合催化剂中RuO_(2)负载量达到0.2%(质量分数)时,RuO_(2)/BiOCl具有更好的固氮活性,在光照1 h后其最佳活性达到了131.9μmol/L。相较纯BiOCl催化剂,其固氮性能提升了3.5倍。最后,本文对催化剂的反应机理进行了相关探索,为制备具有更高固氮活性的光催化剂提供参考。

高效率BiOCl纳米盘光催化剂的溶剂热合成

BiOCl是一种新型半导体光催化剂,在光催化降解有机污染物、光催化制氢等领域受到广泛关注。采用溶剂热合成法制备BiOCl纳米结构,结合XRD,SEM,UV-Vis DRS等表征以及光催化性能检测,研究了氯源、表面活性剂对BiOCl纳米结构的微观形貌、结构和光催化性能的影响。结果表明,以NH_(4)Cl为氯源时,有利于提高BiOCl中的光电子迁移率及其光催化活性。表面活性剂是影响BiOCl纳米结构形貌和光催化活性的重要因素。以乙二醇-水混合溶液为反应介质、PVP K30为表面活性剂时,合成的BiOCl纳米盘自组装成三维结构的纳米花,纳米花直径约为200 nm;以柠檬酸为表面活性剂时,形成厚度为10 nm、直径约为100 nm的BiOCl纳米盘。在紫外光辐照4 min时,BiOCl纳米盘对Rh B的降解率为99.36%;辐照40 min时,该纳米盘对Phenol的降解率为96.95%,其光催化活性远高于P25。