溴掺杂石墨相碳化氮对Cr(Ⅵ)光催化还原性能的提高

半导体光催化技术不仅可将太阳能转化为化学能,还能直接降解和矿化有机污染物,在解决能源短缺和治理环境污染等方面具有广阔的应用前景.然而传统的TiO2光催化剂具有较大的禁带宽度(3.2 eV),使得材料只能吸收紫外光(仅占太阳光的4%)且量子产率较低.因此,研究和开发新型的本身具有可见光响应的光催化材料在实际应用中具有重要的指导意义.g-C3N4作为一种非金属有机聚合物n型半导体,因具有合适的禁带宽度、独特的电子结构和良好的化学稳定性,迅速成为光催化领域的研究热点.但是,由于g-C3N4本身存在比表面积小、可见光响应范围狭窄和光生电子-空穴对分离效率低等缺陷,极大限制了其光催化实际应用.为了解决该问题,人们进行了很多尝试来改善石墨相氮化碳光催化材料的光催化活性.研究表明,非金属元素掺杂是一种有效且常用的提高g-C3N4光催化性能的方法.例如,通过高温煅烧三聚氰胺和氧化硼混合物可制备掺B的g-C3N4,g-C3N4结构中的H元素被B取代, B的掺杂大大提高了g-C3N4的光催化活性;利用氟化铵和三聚氰胺合成F掺杂的g-C3N4, F原子与g-C3N4中心或边缘的C键合,将部分sp2杂化的碳原子转化为sp3杂化,降低了材料的平面性,从而使材料的析氢性能和催化苯氧化生成苯酚的能力有了明显提高;使用氯化铵和双氰胺作为前驱体制备Cl掺杂的g-C3N4, Cl元素的引入使g-C3N4晶格变形,带隙变窄,电荷迁移效率提高,光催化效率显著改善.基于上述结果,并考虑到原子的电负性和大小等因素的影响,我们采用简单的一步法合成了系列Br掺杂的g-C3N4光催化剂CN–BrX.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电子显微镜(SEM、TEM)等手段对材料的结构进行了表征,并结合元素分析(EA)和光电子能谱(XPS)研究了其形成机理.采用光催化还原Cr(VI)效率、光催化产双氧水浓度以及光催化氧化NO能力评价了CN–BrX的光催化活性,并进行了光催化反应过程动力学拟合和循环实验.通过理论计算(DFT)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)、光电流(PC)和比表面积(BET)等测试分析了材料的光催化活性增强机理,并通过活性物种捕获实验深入探究了其光催化还原Cr(VI)的反应机理.结果表明, CN–BrX(CN–Br30除外)保留了g-C3N4的基本骨架,其中Br元素以取代碳氮杂环中N原子的形式均匀分布于g-C3N4结构中.引入的Br元素可以明显降低材料的禁带宽度,拓宽其可见光响应范围,加快光生载流子的分离效率,并增大其比表面积,从而使得改性材料具有更高的光催化氧化还原活性.此外,在Cr(VI)光催化还原过程中,光生e-,·OH和H2O2均起着重要作用.

纳米钛酸锶的结构、光学性质及其光催化还原CO_2性能

采用水和乙二醇作为热溶剂合成了纳米钛酸锶,以X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),氮气吸附(BET)等对其结构表征,表明采用乙二醇作为热溶剂得到的块状钛酸锶具有多孔结构,比表面积可达191 m2/g。通过紫外可见漫反射吸收(UV-vis)、荧光光谱(PL)、光电流等方法对样品的光学性质进行测试,程序升温化学吸附仪(TPD)对样品的CO2化学吸附进行测定,在氙灯照射下钛酸锶对CO2进行光催化还原。结果表明,以乙二醇作为热溶剂得到的钛酸锶其光催化还原CO2的效率是以水作为热溶剂得到的钛酸锶的2倍。

TiO_(2)光催化选择性还原氮氧化物的应用研究进展

氮氧化物是空气污染物中的主要成分,目前通过以V_(2)O_(5)为主的催化剂进行选择性催化还原来控制烟气中氮氧化物的排放,该催化剂具有脱硝效率高、适用范围广的特点,但是低温活性低、运行能耗高。二氧化钛(TiO_(2))光催化选择性还原技术是一种可在中低温下将氮氧化物转化为氮气的绿色方法,具有广阔的应用前景。综述了TiO_(2)光催化技术在还原氮氧化物领域的现状及发展动态,以及增强TiO_(2)光催化材料体系光催化效率的途径,并对目前光催化选择性还原氮氧化物技术的研究方向提出了可行性建议。