SrTiO_(3)基异质结光催化剂的研究进展

钛酸锶(SrTiO_(3))作为一种具有良好的物理化学稳定性、环境友好特性和较高氧化还原性质的光催化材料而受到广泛的关注。然而SrTiO_(3)较高的光生载流子复合率和较低的光响应范围又极大地限制其在光催化领域的应用。文章概述了SrTiO_(3)的光催化机理,重点介绍了通过构筑SrTiO_(3)基异质结构的改性手段以及几种常见的异质结种类,最后对SrTiO_(3)基异质结的发展前景进行了展望。

Ag_3PO_4/Co_3O_4异质结光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用简单沉淀法制备Ag_3PO_4、Ag_3PO_4/Co_3O_4异质结光催化剂,并研究两者的比例对异质结型光催化剂性能的影响。研究发现:加入Co_3O_4不会显著增强Ag_3PO_4的光催化活性;只有当Co_3O_4与Ag_3PO_4的摩尔比为1∶5时,其光催化性能最佳。此外,活性基团实验也表明:空穴在罗丹明B的光降解过程中发挥主要作用。

基于α-Fe_(2)O_(3)的Z型异质结光催化剂研究进展

基于2种及以上半导体材料合理构建异质结构,可以整合多种组分的优势,促进光生载流子分离,扩大光吸收范围并保留光催化剂的高氧化还原能力,在太阳能利用和转换过程中有巨大的潜在应用。赤铁矿(hematite,α-Fe_(2)O_(3))具有含量丰富、带隙合适和理论析氢效率高等多种优点,α-Fe_(2)O_(3)异质结构的构建一直是重要的研究方向。本文首先简要概述了光催化机理和异质结类型,尤其着重介绍了具有独特的光生载流子流动途径和优异光催化性能的Z型异质结;接着系统评述了近年来基于α-Fe_(2)O_(3)构建Z型异质结系统的热门光催化材料,并对未来有待进一步研究和解决的科学研究方向做一展望。

mpg-C3N4/BiVO4异质结光催化剂的制备及其降解复方磺胺甲恶唑的效果研究

采用水热合成法制备了典型的手里剑型钒酸铋晶体(BiVO4),利用硬模板法制备了介孔氮化碳材料(mpg-C3N4),运用超声分散的方法将二者复合,制得mpg-C3N4/BiVO4异质结光催化剂。文章考察了其在可见光条件下降解复方磺胺甲恶唑的效果,并探讨了影响降解效果的因素。

g-C3N4基异质结构光催化剂的研究

g-C3N4基异质结光催化剂由于有着独特的电子传导途径能显著提高载流子分离效率,降低光生电子-空穴复合率而成为近年研究的重要研究热点之一。本文综述了g-C3N4基异质结构光催化剂的设计及其特殊的光催化机理的研究进展。最后,阐述了g-C3N4基异质结构光催化剂当下的机遇和未来的挑战。

2D/3D AgIO_(3)/BaTiO_(3)Z型异质结光催化剂的制备及其降解罗丹明B性能研究

作为一种典型的钙钛矿结构半导体,BaTiO_(3)因其具有良好的物理化学稳定性及铁电极化电场,在光催化领域受到了广泛的关注.然而,纯相BaTiO_(3)的光吸收能力比较差并且其光生电荷的复合率仍较高.构建异质结被认为是一项促进载流子分离的有效策略.本文结合水热法及室温沉淀法制备了一系列不同摩尔比的2D/3D AgIO_(3)/BaTiO_(3)复合光催化剂,并以300 W氙灯照射下降解有机染料罗丹明B评价其光催化性能.结果表明,当AgIO_(3)与BaTiO_(3)的摩尔比为1时,样品具有最佳的降解效率,其降解反应速率是BaTiO_(3)的51.3倍,是AgIO_(3)的9.9倍.基于光电化学与荧光光谱的分析结果,这被归因为AgIO_(3)/BaTiO_(3)Z型异质结的形成提高了光生载流子的分离效率,有效抑制了光生电子-空穴复合,并且2D和3D的微观结构提供了丰富的活性位点,进一步促进了光生载流子的快速迁移.此外,循环实验表明随着循环次数的增加而降解性能有所提升并趋于稳定,这是由于复合光催化剂中的AgIO_(3)在光催化降解中被部分分解为Ag和AgI,Ag和AgI的生成进一步促进了光生载流子的分离以及光催化剂的光吸收能力,从而一定程度上改善了样品在循环后的光催化性能.本研究为设计和构筑高效异质结复合光催化剂提供了新思路.

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。

Ti_(3)C_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合光催化剂制备及其还原Cr(Ⅵ)性能研究

构建异质结复合光催化剂促进光生电荷的分离是提升半导体光催化活性的有效途径。本研究通过一步溶剂热法在NH_(2)-MIL-125(Ti)的合成过程中引入Ti_(3)C_(2)制得Ti_(3)C_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合光催化剂,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光谱图、光电流响应研究了催化剂的晶相结构、形貌及其光生载流子的分离效率,并考察了可见光光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。结果表明,制得的复合光催化剂在光照60 min后对Cr(Ⅵ)的去除率可达100%,是纯NH_(2)-MIL-125(Ti)的2.5倍。这归因于具有良好导电性的Ti_(3)C_(2)纳米片为光生载流子提供了一个快速通道,加速了复合材料中电子的传输和迁移。

一维Fe2O3/α-MoO3异质结的制备及其可见光光催化性能

利用沉积法获得了一维Fe_2O_3/α-MoO_3异质结光催化剂,通过XRD、SEM-EDS、STEM、XPS、UV-Vis-DRS等测试手段对其组成、形貌、光吸收性质进行了表征,同时在可见光区测试了光催化氧化降解罗丹明B溶液的性能。测试结果表明,Fe_2O_3修饰一维α-MoO_3纳米带可将其光响应扩展至可见光区域,提高光催化性能。1wt%Fe_2O_3/α-MoO_3异质结作为光催化剂时,光照40 min后罗丹明B降解率可达到99%,分别是纯α-MoO_3纳米带和纯Fe_2O_3的光催化活性的3.8倍和26倍。

MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)异质结的制备及其光致发光性能研究

二硫化钼(MoS_(2))是一种典型的二维材料,因其具备高电子迁移率、可调的带隙和高光吸收度等优异性能被广泛应用于光电子领域.二维硒化铋(Bi_(2)Se_(3))拥有随层数变化的特殊表面态.单层MoS_(2)和多层及少层Bi_(2)Se_(3)薄膜构筑成异质结构时,其光致发光性质可能发生显著改变.该文利用气相沉积法成功制备了单层MoS_(2)单晶和5层及较厚的Bi_(2)Se_(3)薄膜,并通过转移法成功构筑了基于5层及较厚的Bi_(2)Se_(3)薄膜的MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)垂直异质结.在此基础上,结合拉曼、光致发光(PL)测试技术,对两种异质结中的激子发光、界面间相互作用和电荷转移进行了研究,发现基于5层Bi_(2)Se_(3)的MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)异质结具有PL显著增强现象,而基于较厚的Bi_(2)Se_(3)的MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)异质结的PL却明显减弱.研究结果表明二维Bi_(2)Se_(3)随层数可变的表面态对MoS_(2)的光学性能具有显著的调制效应.

g-C_(3)N_(4)/Ag_(2)O复合光催化剂的制备及其近红外光催化性能

通过简易化学合成法制备了g-C_(3)N_(4)/Ag_(2)O_(p-n)异质结复合光催化剂,利用XRD、XPS、SEM、TEM、DRS等对所制复合材料的物相结构、微观形貌及光学性质进行表征,借助近红外光下催化降解罗丹明B(RhB)试验评价其光催化活性,重点探讨了g-C_(3)N_(4)/Ag_(2)O_(p-n)异质结复合材料的光催化降解机理。结果表明,当g-C_(3)N_(4)、Ag_(2)O质量比为1∶16时,所制g-C_(3)N_(4)/Ag_(2)O复合光催化剂具有最佳的近红外光催化性能且活性稳定;h+和·O-2活性自由基在近红外光催化降解过程中发挥了主要作用。

一步水热法制备MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)@NF析氧催化剂

采用一步水热法成功制备了MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)@NF异质结催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备电极的物相和微观形貌进行表征,表面粗糙的核壳MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)异质结均匀紧密地分布在镍网(NF)表面.在1 mol·L^(-1)的KOH电解液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)、计时电位和计时电流等方法对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试.结果表明,驱动10 mA·cm^(-2)电流密度,仅需134 mV过电势;其Tafel斜率为55.2 mV·dec^(-1);经过15 h计时电位测试,电流密度保持率高达93.5%.在300、400、500 mA·cm^(-2)电流密度连续测试45 h的结果耐久性表明,MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)@NF具有较好的大电流密度工作耐久性.

Z-scheme V2O5-Ag2O/g-C3N4异质结制备及其可见光催化性能

采用原位生长法制备V2O5,并将其与Ag2O/g-C3N4水热复合制备V2O5-Ag2O/g-C3N4复合光催化剂.利用XRD、FT-IR、SEM和UV-Vis DRS等方法对样品的形貌结构及光学性质进行表征.结果表明,V2O5成功掺杂在Ag2O/g-C3N4上,与Ag2O/g-C3N4相比,复合材料对可见光的吸收范围增大;在可见光照射180min后,V2O5掺杂量为15%的复合材料对亚甲基蓝(MB)的降解率达到99.10%.经过3次循环降解后,复合材料对MB的降解率保持85%以上,表明其具有良好的稳定性.通过掩蔽实验推测,空穴(h^+)是光催化体系中主要的活性物质,其光催化性能增强的机理是Ag2O与g-C3N4复合界面形成p-n异质结,并与V2O5之间的复合过程符合Z-scheme可见光驱动机制,有效阻碍了光生电子-空穴对的复合,促进活性物质的产生.

2D WO_(3)/Ag:ZnIn_(2)S_(4)Z型异质结复合物的构筑及可见光催化性能

通过水热法原位构筑了2D WO_(3)/Ag:Zn In_(2)S_(4)Z型异质结复合物,采用XRD、XPS、UV-Vis DRS、N2吸附-脱附、PL对其进行了表征和光电性能测试。采用可见光照射评价了2D WO_(3)/Ag:Zn In_(2)S_(4)Z型异质结复合物光解水制氢和光降解甲基橙(MO)的催化性能。结果表明,在2D WO_(3)/Ag:Zn In_(2)S_(4)Z型异质结复合物中,随着Ag:Zn In_(2)S_(4)质量分数的增加,光催化性能呈先增加后减小的趋势。当Ag:Zn In_(2)S_(4)的质量分数为35.0%时,制得的WO_(3)/35.0%Ag:Zn In_(2)S_(4)的比表面积、孔体积和孔径分别约为WO_(3)纳米片的2.4、2.6和1.0倍,表现出最佳光催化性能,制氢速率[158.93μmol/(g·h)]与MO降解速率(0.18 min^(-1))均优于WO_(3)纳米片,这主要归因于原位负载Ag:Zn In_(2)S_(4)形成了独特的Z型异质结结构,延长了光生电荷的传输途径,阻碍了光生电荷的复合,从而增强了光生载流子的氧化还原能力。

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。

双Z型异质结BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)的构建及其光催化性能研究

通过简单的溶剂热法将半导体MoO_(3)、BiOI与g-C_(3)N_(4)复合,构建双Z型异质结BiOI(x)/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)(x=6.25%、12.50%、18.75%、25.00%,x为BiOI的质量分数)三元复合材料,从HRTEM结果可知样品出现了2种间距分别为0.28 nm和0.33 nm的晶格条纹,结合XRD表征结果可知分别属于BiOI(110)和MoO_(3)(021)晶面,且g-C_(3)N_(4)是非晶态物质,由此表明BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料成功复合。UV-Vis DRS分析表明复合样品的带隙变窄,光学响应范围增强,PL和光电化学测试表征说明异质结的存在有效延缓了电子和空穴的复合,在模拟太阳光条件下对染料甲基橙(MO)进行降解并研究其光催化活性,BiOI(18.75)/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)具有较优异的光催化性能和光学稳定性,120 min对30 mg/L MO的降解率达94%,是纯g-C_(3)N_(4)的3.6倍。ESR表征说明BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)光催化降解的主要活性物质组分为·OH和·O_(2)-,并通过计算BiOI、MoO_(3)和g-C_(3)N_(4)的价带和导带位置,表明3种物质是能带交错结构,推测出三元复合物形成双Z型异质结。BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)可作为一种有效应用于有机染料污染物降解的可见光响应催化剂,具有应用前景。

基于g-C3N4光催化剂缺陷设计的改进策略

类石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种共轭聚合物半导体,独特的π共轭结构使其具有良好的光催化活性,成为光催化领域的研究热点。虽然g-C3N4具有化学稳定性高、制备方法简便、成本低等优点,但是由于其具有可见光吸收不足、光生载流子分离效率低、比表面积不足等缺点,使其在实际应用中受到较大限制。因此通过不同的方法对g-C3N4进行改性修饰成为近年来的该领域的研究重点。本文综述了近年来有关通过构建异质结、元素掺杂、形貌改变、碳材料负载等方法提高g-C3N4的光催化活性的研究,阐述了相关杂化材料的增强光催化机理,并对今后的研究进行了展望。

g-C_(3)N_(4)/SnS_(2)复合型催化剂制备及其光催化性能

以石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))为研究对象,采用高温煅烧技术和溶剂热法构建了g-C_(3)N_(4)/SnS2异质结以提高其催化活性。通过XRD、DRS、SEM、瞬态荧光光谱等表征研究改性后复合样品的晶体结构、光学性质、形貌、载流子分离能力。将有机染料罗丹明B作为目标污染物,考察降解率来评价其光催化性能。与纯g-C_(3)N_(4)相比,g-C_(3)N_(4)/SnS2具有更广的可见光吸收范围,产生更多的光生载流子,有效抑制了电子与空穴的复合,因此其光催化性能明显优于纯g-C_(3)N_(4)。SnS2质量分数为1.5%的复合样品光催化性能最佳,40 min内降解率达到98%,并且具有良好稳定性。

Bi_(2)S_(3)/BaTiO_(3)复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究

由于BaTiO_(3)(BTO)面临着太阳能利用率低、光生载流子快速重组和稳定性差的问题,严重限制其在可见光下降解有机污染物。以BaTiO_(3)为基体采用简单的水热法在其周围制备了不同物质的量比的Bi_(2)S_(3)/BTO p-n异质结,以改善BaTiO_(3)的光催化性能。分别采用XRD、SEM、EDS、TEM、XPS、PL、UV-Vis DR、EIS、瞬态光电流响应等表征手段对样品的结构、形貌、表面价态以及光电性能进行分析。以RhB为模拟污染物,测试了复合材料的光催化活性和稳定性。结果表明,与单组分催化剂相比,Bi_(2)S_(3)/BTO复合材料的催化性能得到了显著提升。在可见光下照射150 min后,对RhB的降解率高达98.7%;经5个循环,降解率仍为86%。通过对光催化剂的机理研究表明羟基自由基、超氧自由基、光生空穴均在光催化反应中起作用,并提出了一种可能的p-n异质结光催化机理。

一步溶剂热法合成Bi_(2)S_(3)/BiOBr多级异质结及其增强可见光光催化去除RhB的研究

近年来,随着工业的高速发展,环境污染问题日益加剧。光催化作为一种节能环保、应用前景广阔的技术,已成为环境污染治理领域的研究热点。早期光催化剂以TiO_(2)为主,但TiO_(2)的活性只有在紫外光照下才能被激发,因此国内外逐渐发展了众多可见光可激发的光催化剂。其中,溴氧化铋(BiOBr)作为一种新型的层状结构光催化剂,因具有独特的光学性质和特殊的电子结构,近年来受到越来越多的关注。然而,纯BiOBr在可见光范围内的吸收能力并不理想,这极大地限制了它的实际应用。目前,与其他具有优异可见光吸收能力的半导体耦合是提升BiOBr光催化活性的一种有效方法。本研究首次采用硫化钠作为硫源,通过简单的一步溶剂热法合成了二元三维Bi_(2)S_(3)/BiOBr多级异质结球状光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了样品的结构与形貌。结构测试分析表明纳米花状的Bi_(2)S_(3)/BiOBr三维球体被成功制备,且二组分间形成了紧密的界面连接。对罗丹明B(RhB)的可见光光催化降解试验结果表明Bi_(2)S_(3)/BiOBr复合材料的催化性能高度依赖于Bi_(2)S_(3)的含量。12.5%-Bi_(2)S_(3)/BiOBr样品表现出对RhB最大去除能力。对降解效率进行了准一级动力学研究,拟合结果显示12.5%-Bi_(2)S_(3)/BiOBr的降解效率分别是纯BiOBr和纯Bi_(2)S_(3)的4.2倍和39.6倍。采用光致发光测试、光电流测试、电化学阻抗测试以及紫外可见光漫反射测试对降解机理进行了研究,Bi_(2)S_(3)/BiOBr复合材料光催化性能增强的主要原因是组分间形成了有效异质结结构,使得载流子分离效率提高,可见光吸收范围扩大。活性物种的淬灭实验表明RhB的降解主要来自空穴的氧化作用,其次是超氧基自由基的作用。通过能带计算及实验分析发现超氧自由基的形成与染料敏化有关。重复使用试验研究表明经多次循环降解后12.5%-Bi_(2)S_(3)/BiOBr样品仍表现出良好的稳定性和可重复使用性。因此,Bi_(2)S_(3)/BiOBr光催化剂还有望用于降解其他类型的有机污染物,在废水净化和环境修复领域有着潜在应用。