Z型异质结Cu_(2)O/Bi_(2)MoO_(6)的构建及光催化降解性能

通过水热法制备出一系列Z型异质结Cu_(2)O/Bi_(2)MoO_(6)新型光催化剂。采用扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了催化剂的形貌、结构性质和光电化学性质,并以四环素(TC)为降解目标污染物,进一步探究了其催化效率。实验结果表明,Cu_(2)O的加入提高了复合催化剂的光催化性能,其中20%Cu_(2)O/Bi_(2)MoO_(6)复合催化剂(Cu_(2)O和Bi_(2)MoO_(6)的质量比为20%)降解效果最好,100 min内可降解95%的TC。Cu_(2)O与Bi_(2)MoO_(6)之间的协同作用使其可以吸收更多的可见光,所构建的Z型异质结改变了电子转移途径,提高了电子与空穴的分离效率,光催化活性显著提高。通过自由基捕获实验和能带结构,分析了Z型异质结Cu_(2)O/Bi_(2)MoO_(6)复合催化剂光催化降解TC可能的机理。

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。

板钛矿TiO_(2)/Cu_(2)O 异质结光催化CO_(2) 还原的综合性化学实验设计与教学实践

设计了板钛矿TiO_(2)(B-TiO_(2))/Cu_(2)O复合材料在光催化CO_(2)还原应用方面的综合性实验。分别合成了板钛矿TiO_(2)(B-TiO_(2))、Cu_(2)O及其B-TiO_(2)-Cu_(2)O复合材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对材料的组成、结构和光学性质进行分析,通过气相色谱法对复合材料光催化CO_(2)还原性能进行了定性定量分析,并且研究了B-TiO_(2)与Cu_(2)O界面p-n异质结的形成对光催化CO_(2)还原活性的促进作用。该综合性实验课与科学前沿紧密及社会生活紧密结合,激发了学生对实验探索的兴趣,锻炼了学生的文献调研和动手实践能力,可作为大学本科生应用化学三年级的综合实验教学内容,为毕业论文的教学工作开展奠定了基础。

n-ZnO/p-CuInSe_2多晶异质结薄膜太阳电池的光电流和转换效率的理论计算

用隧道 -复合模型对n-ZnO/p-CuInSe2 多晶异质结薄膜太阳电池的光电流和转换效率进行了理论计算 ,考虑到在多晶材料中的晶界复合损失 ,引入修正因子 ,并用Roth warf的晶界复合模型进行修正 .对晶粒半径R为 1 μm的电池进行计算 ,得到电池的短路电流密度为 35 .4mA/cm2 ,开路电压为 0 .42V ,转换效率为 1 0 .1 % .理论计算和实验结果基本一致 .

CeO_(2)-Cu_(2)O_(2)D/3D S型异质结界面促进有序电荷转移以实现高效光催化析氢

快速的本征载流子复合严重限制了CeO_(2)基催化材料的光催化活性。在这里,提出了一种异质结界面工程策略,合理地进行界面调节。构建了具有强电子相互作用的2D/3D S型异质结。合成了一种用于固定在2D CeO_(2)边缘的3D Cu_(2)O颗粒的复合光催化剂。密度泛函理论(DFT)第一性原理计算和实验结果表明,CeO_(2)和Cu_(2)O之间形成强耦合的S型异质结电子传输界面,实现了高效的载流子分离和传输。复合催化剂的光催化析氢活性在以三乙醇胺为牺牲剂的体系中得到大幅提高,是CeO_(2)的48倍。此外,CeO_(2)-Cu_(2)O光催化剂还具有高度稳定的光催化氢活性。这为在新型纳米复合结构中构建独特界面提供了一种通用策略。

Cu_(2)O/MnCo_(2)O_(4)异质结纳米光催化剂还原CO _(2)的研究

Z型异质结光催化剂具有导带和价带电荷分离能力强、氧化还原能力强等优点,被光催化研究者所青睐。采用水热法制备了Z型Cu_(2)O/MnCo_(2)O_(4)异质结纳米光催化剂,并对其物理化学性质进行了详细表征,评价了其光催化CO_(2)还原性能。结果表明:Cu_(2)O/MnCo_(2)O_(4)异质结纳米光催化剂相比MnCo_(2)O_(4)纳米颗粒,改善了可见光吸收性能,降低了带隙,有效延缓了电子-空穴对的复合,降低了电子-空穴对转移运动电阻,从而提高了催化剂的光催化活性;15%(w)Cu_(2)O含量的异质结纳米光催化剂具有最优的光催化CO_(2)还原性能,CO产率为98.6μmol g,CH 4产率为68.4μmol g,重复使用6次后其催化活性基本无变化。

Chem-E-Car竞赛驱动的化学综合实验设计——以“Ca3MnCoO6-MnCo2O4异质结纳米纤维的制备及锌-空气电池应用”为例

为了构筑兼备ORR/OER催化活性和稳定性的锌-空气电池电极,通过静电纺丝技术制备Ca3MnCoO6-MnCo2O4异质结纳米纤维,通过XRD、SEM、TEM等对纳米纤维进行物性表征,通过极化曲线测试其在碱性电解液中的ORR/OER性能,通过Chem-E-Car小车的实际应用判断锌-空气电池的应用潜力。研究结果表明:Ca3MnCoO6-MnCo2O4材料具有纺锤形貌,随着前驱体溶液中PVP/DMF浓度的增加,纳米纤维的直径均存在不同程度的粗化。复合催化剂对ORR和OER均表现出可观的电催化活性,在ORR过程中可以提供0.61@1600 rpm的极限电流密度 (20wt% Pt/C: 0.63@1600 rpm),在OER过程中可以提供1.65 V@10 mA cm-2的过电势 (RuO2: 1.60 V@10 mA cm-2)。本综合实验技术路线简单可行、效率高,可以有效提高学生的综合实践能力和科研创新能力。以此研究成果制造的新能源小车可以提供稳定的运行速度(0.2m/s)并持续至30m,成功在第7届全国大学生Chem-E-Car竞赛中取得性能二等奖的成绩。

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.

BiOCl/Bi_2O_3异质结复合光催化剂的制备和光催化性能研究

以五水硝酸铋、硝酸、氢氧化钠、盐酸为原料,用盐酸浸渍法制备了盐酸与氧化铋物质的量比分别为0.3∶1、0.5∶1、0.7∶1、1∶1的BiOCl/Bi2O3异质结新型复合光催化剂。用X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对材料进行了表征。250 W高压汞灯照射下,用光催化降解罗丹明B反应来测试催化剂的光催化活性,结果表明BiOCl/Bi2O3复合光催化剂的性能明显优于单体Bi2O3。当盐酸与氧化铋物质的量比为0.7∶1时,BiOCl/Bi2O3催化剂的光催化活性最佳。最后研究了抑制剂对BiOCl/Bi2O3复合光催化剂降解罗丹明B的影响,发现三乙醇胺和碘化钾都有一定的抑制作用。

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。

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p^+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p^+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.

Bi_2Ti_2O_7/TiO_2异质结对盐酸四环素的光催化降解效果评价

采用溶剂热法通过控制溶剂比获得3种不同形貌的Bi_2Ti_2O_7/TiO_2异质结(BT-0、BT-5、BT-10).采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、低温氮气吸附-脱附(BET)、Zeta电位仪和循环伏安实验等对催化剂的晶型结构、形貌和性能进行表征.研究了异质结对盐酸四环素(TC)的吸附和光催化降解性能,考察了溶液的初始p H、盐酸四环素的初始浓度和催化剂投加量对盐酸四环素光催化降解效率的影响.实验结果表明,橄榄球状Bi_2Ti_2O_7/TiO_2异质结具有更大的比表面积和较多孔型,对盐酸四环素的吸附去除率更大.在异质结加入量为0.1 g/L,250 W金卤灯下反应180 min,BT-0、BT-5和BT-10异质结对浓度为0.05 g/L初始pH为8.9的盐酸四环素去除率分别为92.4%、99.8%、97%.异质结对盐酸四环素的光降解反应符合拟一级动力学规律.

ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列制备及光催化性能

利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列(ZnO NRAs),以此为衬底,采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu_2O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征,用甲基橙(MO)模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约为80~100 nm,长约2~3μm,棒间距约100~120 nm。立方晶系的Cu_2O颗粒直径约为100~300 nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上,构成ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列(ZnO/Cu_2O HNRAs)结构。与纯ZnO NRAs和Cu_2O相比,ZnO/Cu_2O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强,吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu_2O HNRAs的载流子传递界面的电荷转移速度快,有效促进了光生电子和空穴的分离。在紫外-可见光照射65 min后,ZnO/Cu_2O HNRAs的降解效率为94%,分别是纯ZnO NRAs和Cu_2O的18倍和1.7倍。

WO_3-Fe_2O_3异质结的制备及光催化活性

利用新型燃烧法和水热法分别制得α-Fe2O3及六方晶系无水WO3,再用溶剂分散法制得WO3-Fe2O3异质结.采用XRD,TEM,BET比表面积、紫外-可见漫反射谱(DRS)等技术对WO3-Fe2O3进行了表征,并以罗丹明B的光催化降解为探针反应,评价了其光催化活性.结果表明,复合氧化物WO3-Fe2O3的粒子形态均为棒状,粒径约为80nm,比表面积为46.91m2/g;在可见光区有强吸收,带隙估算为2.4eV;对多种染料具有光催化降解活性,其中0.1gWO3-Fe2O3(ω(Fe2O3)=5%)在可见光作用下,100mL10mg/L的罗丹明B降解率可达到97.73%,表现出明显的可见光降解活性.通过计算半导体能带位置,讨论了光催化反应活性提高的机理.

Z型Ag-Cu_(2)O/BiVO_(4)光催化剂的光催化还原CO_(2)性能

利用简单的化学还原沉积法将Cu_(2)O纳米球和Ag纳米颗粒均匀包裹在十面体BiVO_(4)表面,成功构建了一种具有高效电荷载流子分离/转移特性的Z型异质结光催化剂Ag-Cu_(2)O/BiVO_(4)。Ag-Cu_(2)O/BiVO_(4)在可见光下光催化CO_(2)还原为CO的产率可达5.37μmol·g^(-1)·h^(-1),分别是纯BiVO_(4)和Cu_(2)O的35.8倍和6.25倍。通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光(PL)光谱、瞬态光电流响应(TPC)和电化学阻抗谱(EIS)对Ag-Cu_(2)O/BiVO_(4)的晶体结构、形貌、组成、能带结构和吸光能力等进行了系统表征分析,并提出了其光催化体系还原CO_(2)的催化机理。

简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料开放实验设计

构建一种简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料的开放式实验教学模式.利用开放实验平台,使用简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料,采用扫描电子显微镜及能谱仪对材料的形貌及成分进行表征,并在可见光条件下对其进行光催化降解罗丹明B实验.实验结果表明:ZnO/Cu_2O复合材料的光催化性能要优于纯ZnO的光催化性能.新的教学模式以学生为中心,可充分调动学生的科研兴趣,培养学生的实践能力、自主思考能力和创新能力.

ZnFe_2O_4/ZnO/Ag异质结的制备及光催化性能研究

首先通过水热法制备ZnFe_2O_4纳米粒子,然后包覆ZnO,最后沉积贵金属Ag,成功制备了ZnFe_2O_4/ZnO/Ag异质结。利用X-射线衍射仪(XRD)、振动磁强计(VSM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)、N_2吸附-脱附仪分别表征了ZnFe_2O_4/ZnO/Ag异质结的晶型、比饱和磁化强度、形貌和孔结构,并研究了其对RhB模拟废液的脱色效果。结果表明,ZnFe_2O_4/ZnO/Ag异质结的比饱和磁化强度为40.0emu·g^(-1),为介孔结构,孔径为17nm,BET比表面积高达97.541 4m^2·g^(-1)。光催化RhB模拟废液脱色实验表明,可见光下照射初始浓度为20 mg·L^(-1)的RhB模拟废液90min,ZnFe_2O_4/ZnO/Ag异质结对RhB的脱色率达到95%。ZnFe_2O_4/ZnO/Ag异质结是一种性能优异的光催化剂。

Er2O3单晶薄膜的生长及Er2O3/Si异质结的能带偏移

利用分子束外延方法在p型Si(001)和Si(111)衬底上,在700℃0.93mPa的条件下实现了Er2O3单晶薄膜的生长.薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压.较低的温度和氧气压下在薄膜内易生成硅化铒,薄膜也趋于多晶化.还利用光电子能谱对Er2O3/Si异质结的能带偏差进行了初步的研究.

Sb_2O_3/α-Fe_2O_3纳米异质结的制备及其光催化性能

以Fe(NO3)3·9H2O和Sb Cl3为原料,采用水热法和浸渍法制备了Sb2O3/α-Fe2O3纳米异质结复合可见光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UVVis DRS)等测试手段表征了试样的结构和性能。结果表明:Sb2O3与α-Fe2O3的复合使α-Fe2O3吸收带边红移,在可见光区的吸收增强;Sb2O3只存在于α-Fe2O3的表面,未改变α-Fe2O3的晶体结构;二者形成的异质结,能高效转移光生载流子,并实现电子-空穴的高效分离;以甲基橙为目标降解物考察了催化剂的可见光催化降解性能,结果显示,Sb2O3/α-Fe2O3的可见光催化活性优于纯α-Fe2O3;当Sb2O3的复合含量为1.5%时,光催化活性最佳。

恒电流法制备Cu_2O/TiO_2复合纳米管阵列异质结光电极

通过在含F-离子的电解液中阳极氧化Ti薄片基底制备了TiO2纳米管阵列,随后通过恒电流沉积的方法在在TiO2纳米管阵列顶部原位电沉积了Cu2O纳米颗粒。场发射电子扫描显微镜显示TiO2纳米管这列被成功制备,通过恒电流电化学沉积后,TiO2纳米管阵列顶部出现大量纳米颗粒物质,并且随着沉积时间的延长,可以控制沉积物的量。通过X-射线衍射谱的特征衍射谱图我们可以发现TiO2锐钛矿的衍射峰以及相对较弱的Cu2O衍射峰,这说明Cu2O晶体的结晶度不高。在能谱(EDS)图中我们可以发现Ti、Cu、O三种元素,结合XRD以及FE-SEM结果我们可以指出,通过恒电流法确实可以在TiO2纳米管阵列顶部原位沉积Cu2O纳米颗粒。