浅谈LaNiO3/ZnIn2S4异质结光催化剂的原位合成法制备、表征及其光解水产氢性能测试综合实验

通过简单原料(硝酸镧、硝酸镍、聚乙烯吡咯烷酮和甘氨酸)利用溶剂热法制备出LaNiO3纳米棒,并在水热法合成ZnIn2S4的过程中引入LaNiO3,从而原位合成LaNiO3/ ZnIn2S4异质结光催化剂。并通过XRD、SEM和DRS表征催化剂的晶型结构、微观形貌和光吸收性能。以光解制得的水制水制取的氢气为模式,对其可见光催化活性进行评估。利用这个试验,可以让学生对在可控备的过程中,常见的水热方法和现场制备方法进行比较,同时,还可以对产品进行结构表征与光催化活性的测试,这有助于深化学生对于光催化材料的结构与性质的认识。能更好的锻炼学生综合实验的操作技能,培养学生的研究兴趣和提升创新思维能力。

WO_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结复合光催化剂的构筑及其光催化还原六价铬的性能研究

通过两步水热法合成了一系列不同WO_(3)掺杂含量的新型WO_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结复合光催化剂,并且应用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气物理吸附-脱附(BET)等表征仪器对光催化剂样品进行表征。在金卤灯光源的照射下,以20 mg/L的Cr(VI)溶液为目标污染物进行评价其光催化性能。实验结果表明,WO_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结复合光催化剂的光催化性能明显高于单纯的WO_(3)和ZnIn_(2)S_(4)。当WO_(3)与ZnIn_(2)S_(4)物质的量之比为0.20即0.20-WO_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结复合光催化剂表现出最高的光催化还原Cr(VI)性能。光催化性能增加的主要原因可能是由于WO_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的形成可以有效地抑制光生电子和空穴对的复合,并有效促进光生电子和空穴对之间的分离。

ZnIn2S4/g-C3N4异质结光催化剂的制备及可见光降解甲硝唑的研究

本研究以甲硝唑为污染底物,分析ZnIn2S4/g-C3N4光催化剂的光催化降解性能、降解动力学和反应催化机理.采用水热和超声相结合的方法将ZnIn2S4负载到g-C3N4上,通过改变ZnIn2S4负载量得到不同ZnIn2S4含量的ZnIn2S4/g-C3N4异质结光催化剂.利用多种表征手段分析样品的结构、组成、形貌和光吸收等.实验结果表明ZnIn2S4/g-C3N4的结构是分层异质结构,当ZnIn2S4负载量为30%时,ZnIn2S4/g-C3N4催化剂的催化活性最佳,氙灯下2 h对甲硝唑的光催化降解率达到了90%.

漂浮型Bi_(2)WO_(6)/C_(3)N_(4)/碳布S型异质结光催化材料用于高效净化水体环境

近年来,水污染成为人类生存面临的巨大危机,如何治理水污染,特别是如何有效去除水体中的抗生素和重金属存在着很多挑战.采用先进、绿色且高效的光催化技术可有效去除水污染,因而受到科研工作者的广泛关注,但粉末状光催化剂易团聚、难分离回收等问题限制了其工业应用.近年来,人们发现将粉末状光催化剂固定在柔性大表面积且电荷传导性能良好的碳布上可以有效克服上述缺点.g-C_(3)N_(4)具有高光还原活性、高稳定性和低成本的优点,因而在环境净化领域具有突出的应用潜力.但单一组分的C_(3)N_(4)/碳布仍存在氧化能力弱、光生载流子分离效率低等问题.将其与高光催化氧化活性且能带位置匹配的Bi_(2)WO_(6)共同构筑具有强内建电场和保留最大氧化还原能力的S型异质结,是一种有效策略,有望开发出高效、可回收的可见光光催化体系.本文以柔性、大的碳布为基底,通过热聚合-溶剂热法将C_3N4和富含氧空位的Bi_(2)WO_(6)原位生长在碳纤维上,制备出了富含氧空位的S型Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂,并用于可见光照射下高效光催化降解抗生素和还原Cr(VI).宏观图像、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等结果表明,富含氧空位的Bi_(2)WO_(6)和C_(3)N_(4)纳米片均匀地生长在碳纤维上形成了2D/2D/1D分级易回收的布状结构.X射线光电子能谱(XPS)结果表明了Bi_(2)WO_(6)上氧空位、低价氧化态Bi^((3-x)+)和W^((5-x)+)的生成.与C_(3)N_(4)/CF(Bi_(2)WO_(6)CF)相比,Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF在可见光照射下的光催化降解盐酸四环素和还原六价铬的效率分别提高了0.5(1.1)倍和30.2(19.8)倍.系统实验证明Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂较好的光催化性能归因于三个方面:(1)碳纤维编织而成的分级Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布结构可以暴露丰富的活性位点、促进污染物的富集以及加强界面电荷转移和空间分离;(2)缺陷工程协同S型光生载流子分离路径促进了电子和空穴的高效分离;(3)柔性可漂浮的布状结构赋予了其良好的易回收性和可循环利用性.此外,该布状光催化剂具有较好的环境普适性和毒性缓释作用,可以在不同影响因素下保持良好的光催化活性且降解中间产物毒性减弱.XPS结果中电子结合能的变化和功函数分析进一步确认了其S型光生载流子分离路径,并通过自由基捕获实验和电子自旋共振波谱仪系统研究了光催化反应机理:Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂通过S型光生载流子分离路径促进了超氧自由基和羟基自由基的生成,在降解盐酸四环素的过程中空穴和超氧自由基为主要活性物种,而在还原六价铬过程中电子和超氧自由基为主要活性基团.综上,本文采用缺陷工程结合碳布基底的S型异质结构筑策略,开发出高性能、易回收、稳定的漂浮型光催化体系,为高效净化水体环境提供了新思路.