“双一流”建设导向下国家重点实验室建设战略探讨

通过解释"双一流"的含义,阐述了国家重点实验室在高校开展"双一流"建设中的支撑作用,结合福州大学能源与环境光催化国家重点实验室支撑高校"双一流"建设的经验,探讨了"双一流"建设导向下的国家重点实验室建设战略。

微观形貌调控对g-CN光催化性能影响的综合实验设计

基于前沿课题和研究基础,设计了探究微观形貌调控对氮化碳(g-CN)光催化性能影响的化学综合创新实验。该实验涉及纳米片、纳米棒和纳米球形貌的g-CN材料制备,光催化降解甲基蓝染料性能测试的基本实验操作,以及利用XRD、FT-IR、SEM和紫外-可见分光光度计等仪器表征材料的结构和形貌,并使用Origin软件对数据进行处理和分析等。涵盖了半导体理论、光化学与催化反应以及材料的分子结构、晶体结构和微观结构分析等学科知识点。实验结果表明,g-CN纳米球的光降解性能最优,其对甲基蓝的降解率可达94.5%。

高效光催化金属有机框架(MOFs)的构筑策略

面对全球能源短缺和环境污染等问题,发展绿色、可持续的能源来替代传统的化石能源成为迫切需求.太阳能作为一种清洁可再生能源,其有效转化与利用受到了广泛关注.光催化将太阳能转化为化学能,其核心是新型高效的光催化材料.金属有机框架材料(MOFs),是一类由金属或金属节点与多齿有机配体相互连接而成的微介孔材料,具有独特的组成结构和特性,有望成为有应用前景的光催化材料.目前已有一些关于MOFs基光催化的综述,但考虑到该领域在过去几年迅速发展,为了研发高效的MOFs基光催化材料,非常有必要对已经报道的用于提高MOFs基光催化剂性能的策略进行总结.本综述重点总结了已报道的通过调控MOFs基材料的组成和结构的策略来提升其光催化性能的最新研究进展.首先,简要介绍了MOFs基材料的结构特点及其在光催化领域应用的优势,阐述了MOFs基材料光催化的基本原理,提出了影响其光催化性能的关键因素,包括光吸收能力、光生载流子的分离和迁移以及催化活性位点.其次,阐明不同结构调控策略通过优化关键因素进而提高光催化性能的原理,具体包括MOFs基材料中金属掺杂、配体功能化、超薄二维材料构筑以及缺陷工程策略.然后,通过总结典型案例,详细讨论了上述策略如何通过调控MOFs基材料的组成和结构来优化关键因素,从而提高MOFs基材料的光催化性能.最后,针对MOFs基材料光催化所面临的机遇、挑战及其发展趋势提出展望:(1)影响MOFs基光催化剂效率的因素是多方面的,因此将不同策略相结合有利于更好地提高MOFs基光催化剂的性能.除了本文总结的四种构筑策略,最近其它一些关于提升MOFs基材料光催化性能的结构调控策略也有零星报道,如微环境调控、晶面工程等,也值得进一步关注.(2)与无机半导体光催化剂相比,MOFs基材料的结构稳定性较差,因此应特别注意其在光催化条件下的稳定性,特别是MOFs基材料在水中的反应体系.(3)先进原位表征技术的发展和理论研究的深化对于高效MOF基光催化系统的设计及机理研究至关重要.(4)MOFs基材料的多功能性可以使其作为光诱导一锅多步反应的多功能催化材料,应大力开展研究.综上,本文系统地总结了通过调控MOFs基材料的组成和结构从而达到提升其光催化性能的不同策略,并就MOFs基材料光催化所面临的机遇、挑战及其发展趋势提出展望.希望本文能够为深入了解MOFs基光催化体系中组成-结构-性能关系以及从原子水平来设计研发高效的MOFs基光催化剂提供参考.

超薄ZnTi-LDH纳米片作为一种具有路易斯酸和布朗斯特酸的双功能光催化剂用于串联反应合成N-亚苄基苯胺

半导体光催化作为一种绿色可持续方法受到研究者的广泛关注.由于理论模型与实际催化剂存在较大差异,探究活性位点与光催化性能之间的关系一直是一个悬而未决的问题,需要寻找一种合适的材料深入了解该关系.超薄二维纳米材料因其活性位点占比较高,且活性位点种类相对简单而被认为是一种理想的模型.串联催化反应可以在单一体系中进行多步反应,避免了相对复杂的中间体分离和纯化,具有较大的经济和环保效益.在该过程中,独立的活性位点在不同的催化反应中起着重要的作用.目前已有一些关于光催化串联反应的研究报道,基于光催化过程,一般通过电子空穴分离效率或基于半导体价带理论来揭示,而活性位点与光催化性能之间的相互作用仍有待进一步研究.本文制备了两种不同厚度(1.4和4.0 nm)的超薄ZnTi-LDH纳米片用于光催化串联反应合成N-亚苄基苯胺,研究了该体系中的活性位点-催化性能的相互关系.X射线光电子能谱、红外光谱(FTIR)和电子自旋共振结果表明,减小ZnTi-LDH纳米片的厚度,可以暴露出更多的表面羟基和氧空位缺陷,形成配位不饱和Ti位点.紫外-可见光漫反射光谱和原位吸附FTIR光谱结果表明,在ZnTi-LDH纳米片上两种反应物(苯甲醇和硝基苯)能有效地化学吸附并活化.其中苯甲醇分子通过C-O···Ti的配位方式吸附并活化在配位不饱和Ti位点(L酸位点)上,而硝基苯分子以N-O···H-O的配位方式吸附并活化表面羟基的氢位点(B酸位点)上.在该体系中,光生空穴和光生电子能被有效利用,分别促进了苯甲醇选择性氧化为苯甲醛和硝基苯选择性还原为苯胺.阻抗和光电流实验结果表明,ZnTi-LDH纳米片厚度越薄,越有利于提高光生电子-空穴对的分离效率.由于其厚度的减小形成了氧空位,而氧空位作为电子的捕获中心,促进了光生电子-空穴对的分离.更薄的ZnTi-LDH纳米片具有更多的活性位点,不仅有利于反应物的活化,也有利于光生载流子的分离.因此,较薄的ZnTi-LDH纳米片实现了100%的高转化率和96%的高选择性.从分子水平上提出了该串联反应体系中分子活化协同光催化的机理.本文不仅为串联反应开发了具有独立活性位点的双功能催化剂,而且通过从分子水平上研究活性位点与催化性能之间的相互作用,对光催化机理提供了深入的认识.

具有可控载流子动力学的烯烃连接的共价有机框架用于高效太阳能光催化制氢

太阳能光催化水直接制氢被认为是未来解决全球能源危机和环境污染问题的有效途径之一.COFs是一类新兴的有机结晶多孔聚合物光催化剂,具有巨大的发展空间.当前研究最多的是亚胺键连接的COFs光催化剂,其骨架的π-共轭程度相对较低,且亚胺键上的氮容易受到质子攻击,会影响光化学过程和光催化性能.烯烃(C=C键)连接的COFs是全π-共轭的,具有促进的载流子迁移率和超高的化学稳定性,是极具潜力的光催化反应平台.然而,由于C=C键的不可逆特性,成功构筑具有高结晶度和孔隙率的烯烃连接的COFs仍极具挑战.构建D-A结构被认为是提升其光催化活性的有效策略之一,但目前具有D-A结构的烯烃连接的COFs光催化研究较少.本文提出了一种简单的分子工程策略来调控烯烃连接COFs的D-A相互作用以实现高效的光催化产氢.将2,4,6-三甲基1,3,5-三嗪(TM)分别与对苯二甲醛(TA)、2,5-二甲基对苯二甲醛(MA)和3,3’-二甲基-4,4’-二醛基联苯(DMA)通过Knoevenagel聚合反应制备三种D-A型烯烃连接的COFs,即TM-TA-COF,TM-MA-COF和TM-DMA-COF,系统考察了引入甲基和苯环等较弱电子给体对光催化析氢性能的影响.结果发现,当将电子基团锚定在框架中时,可提供不同程度的D-A相互作用力,从而精准调控COFs光催化剂的激子解离效率、电荷传输行为、光响应能力和HOMO-LUMO水平,优化COFs的光催化产氢活性.傅里叶红外光谱、固体核磁和X射线光电子能谱证明了三种COFs材料的成功合成.粉末X射线衍射和氮气吸脱附结果表明,三种COFs具有良好的结晶性和高孔隙率(比表面积分别为911,747和1021 m^(2)g^(-1)).光物理测试结果表明,三种COFs都具有可见光响应能力和合适的导带位置以驱动可见光光催化分解水产氢,且光生载流子的复合程度和激子结合能随着给体共轭程度的增强而降低,其中TM-DMA-COF具有最优的载流子分离能力.光催化分解水产氢结果表明,TM-DMA-COF具有最高的产氢活性,可达4300μmolh^(-1)g_(cat)^(-1),高于大多数COFs光催化剂的析氢性能,与预测结果一致.光(电)化学测试结果表明,TM-DMA-COF表现出最高产氢催化活性,这与其具有最佳的电荷转移动力学以及最强的与Pt助催化剂相互作用力有关.理论研究结果表明,D-A相互作用随着给体共轭程度的提高而增强,这有利于载流子动力学以及降低H_(2)形成的能量势垒,最终提升光催化活性.综上,本文制备了三种具有高结晶度和孔隙率的D-A型烯烃连接COFs,以阐述甲基和苯环等相对较弱的给电子基团在COFs光催化剂结构设计中的价值,为调节COFs的光催化性能提供了一种新的简单有效的策略.

外置式太阳能热电烟囱通风及其对室内热环境的影响

太阳能烟囱(solar chimney,SC)是热压驱动室内自然通风的重要手段之一,提高其太阳能利用率和通风性能具有重要意义。结合离散热源强化烟囱通风理念,提出了一种外置式太阳能热电烟囱并探讨了烟囱通风特性及其对室内环境影响。首先基于流动传热与热电能量转换理论,建立了太阳能热电烟囱二维非稳态模型。其次分析了不同热电发电机(thermoelectric generator,TEG)位置,如烟囱出口处(TEG-outlet),烟囱中部处(TEG-mid),烟囱入口处(TEG-inlet),烟囱通风性能与室内环境流动分布规律,并进一步讨论了热电发电性能。最后比较了外置式离散热电烟囱(solar chimney integrated with TEG,TEG-SC)与传统烟囱的各项通风、发电性能的差异,阐明TEG-SC的优势。结果表明:随着光照强度增大,热电放置在入口处相对于放置在出口处和中部处下的出口速度和每小时换气率量(air changes per hour,ACH)最大,此时,每个位置TEG的发电功率差别不大,但是随着光照强度的增大,热电放置出口处的发电功率会逐渐增大。与此同时,TEG-SC的出口速度相对于单个TEG较大,总的发电功率增加近3倍,并且TEG-SC相对于传统SC的通风量有所提高,其中出口速度相对于传统SC平均提高了18.5%。所提出的外置式太阳能热电烟囱系统将为强化室内自然通风和提高太阳能利用率提供坚实的理论基础和技术指导。

碳包覆Pd/TiO_(2)光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺

负载型金属纳米催化剂由于其优异的光催化性能,被广泛应用于光催化产氢协同胺类氧化偶联合成高附加值亚胺体系。但在反应过程中,金属表面对H原子和亚胺表现出较强的吸附能力,导致了亚胺易于发生自氢化反应而生成仲胺,显著降低了亚胺的选择性。在本文中,我们证实了在Pd/TiO_(2)表面构建超薄碳层(Pd/TiO_(2)@C)是一种解决上述问题的有效策略。在Pd/TiO_(2)表面构筑的超薄碳层可以有效调控H原子和亚胺在其表面的吸附行为,避免了光催化氧化偶联过程中亚胺的自氢化。因此,Pd/TiO_(2)@C光催化剂在光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺体系中展现出优异的亚胺选择性。本研究提供了一种便捷有效的策略推动负载型金属纳米催化剂在光催化产氢协同合成高附加值产物体系中的应用。

环境温差能采集自供电装置发电性能研究

随着智慧建筑的发展,无线传感器等物联网(IoT)设备供电成为了关注热点。针对传统电池供电寿命短、更换难以及环境污染等不足,提出了一种基于相变蓄热技术与热电发电技术的环境温差能采集自供电装置。分析在不同温度周期与几何结构下该装置的发电性能,并开展环形与平板型热电系统性能对比,以获悉其优势同自供电潜力。研究结果表明:系统输出功率与温度变化率、热电臂角度成正比,最大可达到10.31μW,满足不同传感器供电需求;发电量为29.327 W/m^(3),较传统平板型结构提高85.4%,提高空间利用率和降低材料成本,可有效适应多节点、小空间低能耗设备供电需求。

太阳能光伏光催化Trombe墙发电与净化优化研究

为实现太阳能的充分利用,提出光伏光催化Trombe墙多参数多目标优化模型,对系统进行热力学分析和动力学分析,并构建其数学模型,分析不同流道高度和流道宽度对系统性能的影响,研究系统的主要性能指标得热量、空气净化量、发电效率及其耦合指标随不同参数的变化情况,同时利用简化共轭梯度法对系统参数进行多目标优化,通过仿真计算得出在不同室内温度下系统运行性能最佳时的结构参数。结果表明,在室内温度分别为18、20、22℃时,系统运行性能最佳时的耦合指标与初始结构耦合指标相比分别降低6.78%、6.85%、6.90%。研究将为太阳能建筑综合利用与室内环境净化耦合优化和提升提供理论和基础。

PdS修饰的ZnIn_(2)S_(4)复合材料用于可见光催化硫醇偶联制备二硫化物同时产氢

二硫化物及其衍生物是生物、医药和工业合成的重要中间体,不仅在蛋白质功能化和药物传递系统中发挥着重要作用,而且在橡胶硫化剂、农药和抗氧化剂的生产中广泛应用.在传统合成策略中,有毒或昂贵的试剂通常被用于硫醇的偶联,且该过程存在反应条件苛刻、选择性低和反应时间长等问题.相比之下,光催化技术能够通过S-S偶联,将硫醇选择性地转化为二硫化物同时产氢,构建一种由光催化析氢和选择性有机合成相结合的光氧化还原体系.该双功能光催化反应体系能够充分利用光生电子和空穴的能量,同时获得绿色的清洁燃料和高价值的精细化学品,从而满足经济和社会可持续发展的目标.本文采用简便的水热法和原位沉积法成功合成了PdS助催化剂修饰的ZnIn_(2)S_(4)复合光催化剂.在可见光照射下,二元PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料可以高效地催化硫醇进行选择性脱氢偶联,充分利用高能电子和空穴,同时获得清洁的氢能源以及增值的二硫化物.研究表明,PdS作为一种高效的氧化型助催化剂,不仅可以有效地从ZnIn_(2)S_(4)半导体中捕获光生空穴,促进光生载流子的分离和转移,而且能作为硫醇氧化的活性反应位点,从而显著提高ZnIn_(2)S_(4)的光催化性能.3%PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料具备最佳的光催化活性,其双(4-甲氧基苯基)二硫化物和氢气的产量分别是ZnIn_(2)S_(4)的8.4和10.7倍.此外,二硫化物在该光催化反应过程中表现出优异的选择性(>99.0%).循环活性实验以及催化反应前后的X射线光电子能谱结果表明,二元PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料具有良好的光催化稳定性.PdS-ZnIn_(2)S_(4)可以有效地催化多种具有不同取代基的硫醇的脱氢偶联,生成相应的S-S目标产物,说明了二元PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料在光催化硫醇转化中的普适性.此外,原位傅里叶变换红外光谱揭示了反应物在催化剂表面的动态变化.通过电子顺磁共振光谱技术对反应过程中的自由基中间体进行原位监测,确认了硫中心自由基是硫醇氧化偶联过程中关键的自由基中间体.综上,本文为以绿色可持续的方式同时获得清洁太阳能燃料和具有高附加值的化学品提供了参考.

一维S型异质结W_(18)O_(49)-SiC海胆状复合催化剂增强光催化CO_(2)还原

光催化转化CO_(2)与H_(2)O反应生成燃料或化学品是一种可持续太阳能存储和CO_(2)利用的理想策略.由于CO_(2)还原和H_(2)O氧化的高电位和多重电子传递要求,CO_(2)+H_(2)O反应过程在动力学上是一个缓慢的过程,并且光催化剂仍存在可见光响应范围窄、载流子分离效率低的问题.因此,开发可见光光催化剂实现有效的CO_(2)还原转化仍然极具挑战性.构建异质结是提高光催化剂CO_(2)还原性能的重要途径.单一光催化剂之间以颗粒-颗粒、层-层和核-壳等多种纳米结构进行复合,这样形成的异质结通常以三维(3D)或二维(2D)的结构模型存在于两组分催化剂界面.目前,复合光催化剂的一维(1D)异质结的研究较少.理论上,光催化剂的一维(1D)异质结具有突出的优势,反应物分子能够充分接触到一维(1D)异质结界面的所有原子以提供更多的反应和吸附活性位点,还可以增强异质结效应对光生电子和空穴的高效率分离,从而有效提高光催化性能.本文采用简单的溶剂热法将W18O49纳米片原位生长在SiC纳米空心球笼上,构建了具有海胆状形貌的S型异质结光催化剂.扫描电镜证明成功合成了海胆状形貌的异质结.N_(2)吸附-脱附和接触角测试结果表明,W18O49纳米片在SiC纳米球笼表面的生长不仅可以增强复合催化剂材料的CO_(2)吸附性能,还可以改变SiC纳米球笼表面的润湿性能,提高其对反应物H_(2)O分子的亲和力.X射线光电子能谱、开尔文探针力显微镜和紫外-可见光谱等表征结果表明,SiC和W18O49之间存在着紧密接触的S型异质结界面,内建电场有助于光生载流子的分离和迁移,从而增强光催化CO_(2)还原性能.该结构催化剂不仅为光催化剂与反应物分子的接触提供了更大的表面积,而且缩短了电子和空穴的扩散路径.这些优势加速了CO_(2)和H_(2)O分子在SiC-W18O49复合光催化剂表面的反应动力学过程.复合光催化剂上快速的H_(2)O分子氧化形成更多的质子,有利于质子参与CO_(2)还原过程.与单一SiC光催化剂主要将CO_(2)还原为CO相比,SiC-W18O49复合材料不仅光催化活性大大提高,而且产物选择性发生了从CO向多质子产物CH4和CH3OH转变的显著变化.SiC-W18O49复合材料的光催化CO_(2)还原生成CO+CH4+CH3OH产物,总产物生成速率可达21.87μmolg^(-1)h^(-1).综上,复合光催化剂的异质结电子结构和维度结构对光催化CO_(2)还原性能具有重要影响,这对设计高效CO_(2)还原的异质结光催化剂具有重要参考意义.

可见近红外光响应直接Z型异质结光催化剂LaNiO_(3)/CdS的产氢性能

通过冷凝-回流方式制备可见近红外光响应直接Z型LaNiO_(3)/CdS纳米复合物,在对其进行物理化学表征后将其应用于光解水产氢反应。在可见光照射下,LaNiO_(3)/CdS光催化剂在5 h的H_(2)产量达到737μmol,其H_(2)产量是CdS的4.3倍(172μmol)。光电化学测试证实,LaNiO_(3)/CdS之间异质结的构筑能有效地促进光生载流子在界面的迁移、分离,从而促进其光解水产氢效率和稳定性的提高。同时随着近红外光的引入,其产氢活性提高至996μmol。在上转换荧光测试中,LaNiO_(3)在808 nm光激发下在406和628 nm显示出发射荧光,这表明其能在近红外光照射下产生光生载流子,从而进一步提高其光解水产氢效率。

半导体光催化剂光腐蚀的机理及抑制策略

综述了半导体光催化剂发生光腐蚀的机理,并总结了抑制光腐蚀的策略,包括调控半导体光催化剂的晶粒大小、形貌结构、结晶度等物理性质,以及掺杂杂原子、构建异质结结构、半导体复合、与碳基材料耦合、调节反应条件等方面,旨在深入揭示光腐蚀的发生途径和作用原理,为有效解决半导体光催化剂的光腐蚀问题提供指导意见。最后,总结和展望未来光催化剂光腐蚀的抑制策略。

金属有机骨架材料吸附去除环境污染物的进展

金属有机骨架材料(MOFs)具有超高的比表面积、较高且可调的孔隙率、结构组成多样性、开放的金属位点和化学可修饰等优点,近年来在选择性吸附领域中的应用受到人们的广泛关注。本文综述了MOFs在液相吸附去除各种环境污染物方面的应用进展,包括吸附去除水中的有机污染物、重金属离子以及吸附去除燃油中的有机含硫化合物和有机含氮化合物;讨论了不同MOFs及改性MOFs对环境污染物的吸附性能及吸附机理,指出MOFs的孔结构、开放的金属位点、静电吸附作用、π-π键合作用、氢键作用、酸碱吸附作用等是影响MOFs吸附过程的重要参数或机理,而通过对MOFs进行有目的的功能化改性可以提升MOFs对目标污染物的吸附性能;最后展望了MOFs吸附去除环境污染物今后的研究热点。

异质结构AgCl/Bi_2WO_6微米球制备、表征及其光催化性能（英文）

首先利用水热法制备了由纳米片组装的粒径为1.5–2μm的Bi2WO6微球,然后在微球表面沉积了不同含量的AgC l(5 wt%,10 wt%,20 wt%,30 wt%),制备了异质结构Ag Cl/Bi2WO6微球光催化剂.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射吸收等手段对所制的光催化剂进行表征,并以紫外光和可见光分别为光源,罗丹明B为降解对象测试了其光催化活性,考察复合不同含量的AgC l对Bi2WO6光催化剂的性能影响.结果表明,沉积AgC l对Bi2WO6的晶体结构、表面性能和光吸收性能没有产生明显影响,但大幅度提高了Bi2WO6的紫外和可见光催化活性.当复合20 wt%Ag Cl时,AgC l/Bi2WO6光催化活性最佳,紫外光下比纯Bi2WO6提高了2.2倍,可见光下提高了1倍.这主要是由于形成的Ag Cl/Bi2WO6异质结能有效抑制光生电子和空穴的复合,从而提了其光催化性能.

GO/Ag_3PO_4复合光催化剂的制备、表征及光催化性能

以石墨粉为原料,采用Hummers氧化法合成氧化石墨烯(GO).然后在超声作用下,将不同含量的Ag3PO4沉积在GO上,制备了一系列4%(w,质量分数)GO/Ag3PO4、8%GO/Ag3PO4、16%GO/Ag3PO4和32%GO/Ag3PO4复合光催化剂.对所制备的光催化剂运用N2物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段进行了表征,并在可见光下考察了GO含量对Ag3PO4光催化降解甲基橙(MO)的性能.结果表明,GO能够和Ag3PO4实现均匀复合.复合GO提高了催化剂的比表面积,改善了催化剂的吸附性能.复合16%GO使Ag3PO4光催化活性提高最显著,120 min内对MO的降解率达到83%,是纯Ag3PO4光催化活性的7.5倍.GO能提高催化剂的比表面积,促进光生电子-空穴(e–/h+)的分离,产生更多活性自由基,从而提高Ag3PO4光催化的活性和稳定性.

棒状结构Pt/PbWO_4微米晶的合成、表征及其高光催化性能（英文）

Pb WO4是一类重要的半导体,广泛运用于高能物理领域无机闪烁晶体.它具有许多独特的物理性能,如衰减时间短(10 ns)、能量密度高(8.28 cm3)、低光产率(300 photons/MeV)、短辐射长度(0.9 cm)和高抗辐照损伤等.Pb WO4纳米晶体的激子荧光、热荧光和其它光学性能主要取决Pb WO4晶体的形貌和微观结构.目前已经合成了不同结构的Pb WO4纳米/微米晶体,如四角双锥微米晶、微米球、纳米棒、纳米纺垂体等.近年来,Pb WO4的光催化性能也引起人们的重视.研究发现,Pb WO4晶体的光催化性能和其形貌、微观结构密切相关.如在不同形貌的十四面体、三维多尺度微米球和纳米颗粒中,PbW O4微米球表现了极高的光催化活性.此外,Pb WO4微米球由于密度大,非常容易分离,从而有利于其回收利用,在循环使用时具有很高的稳定性.因此,合成具有特殊形貌的PbW O4纳米/微米晶体具有重要的理论和现实意义.此外,合成贵金属/半导体复合纳米结构是提高光催化性能的另一有效策略.在贵金属/半导体复合纳米结构中,光生电子(e–)和(h+)的复合可以在很大程度上得到抑制,因为光生e–可以快速地迁移至贵金属颗粒中心,从而加速e–和h+的分离.本文利用水热结合焙烧法首先合成了长度大于1μm的棒状Pb WO4微米晶.然后利用光化学沉积法,在PbW O4微米晶表面沉积不同含量(0.5 wt%,1 wt%,和2 wt%)的Pt纳米粒子.利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、光致发光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对所制PbW O4和Pt/Pb WO4进行了表征.表征结果表明,合成的PbW O24和Pt/Pb WO4的比表面积很小(1.5–1.9 m/g),沉积的Pt纳米粒子为金属态.UV-Vis DRS测试表明,沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进可见光的吸收.另外,PL的结果则证实Pt纳米粒子的存在还可抑制PbW O4晶体在光照下产生的光生e–和h+的分离.而XRD和高分辨TEM分析表明Pb WO4微米棒的晶体生长方向为(–102)晶体方向.电子选区衍射表明,棒状PbW O4微米晶具有极高的结晶度.以氙灯为光源进行了光催化降解染料酸性橙II的光催化性能测试.结果表明,当沉积1–2 wt%Pt纳米粒子时,可使光催化活性提高2倍左右.另外,Pt/Pb WO4微米棒的密度较大,非常容易进行离心分离催化剂及其循环使用.在第一次使用时酸性橙II的降解率为93%,而在第四次使用时酸性橙II的降解率仍维持在88%,表现出很好的光催化稳定性.Pt/Pb WO4具有很高的光催化活性的原因,一方面是由于其具有很高的结晶度和独特的棒状结构,另一方面是由于沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进了可见光的吸收和光生e–与h+的分离.

研磨-焙烧法制备La_2O_3/BiOCl复合光催化剂及其对高浓度染料降解性能

首先利用沉淀法合成了BiOCl纳米片,然后利用研磨-焙烧法将La2O3纳米颗粒复合到BiOCl纳米片中,制备了一系列La2O3/BiOCl复合光催化剂（La2O3：1wt%、2wt%、4wt%、8wt%）。运用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和光致发光（PL）谱等对样品的晶相、光吸收和表面性能等进行了表征。以紫外灯（λ=254 nm）为光源,评价了所制备样品光催化降解高浓度染料酸性橙II（40×10-6）的活性。结果表明,经过研磨-焙烧后该系列催化剂均具有较好的结晶性能,同时2~5 nm的La2O3纳米粒子粘附在BiOCl纳米片表面。200℃焙烧制备的1wt%La2O3/BiOCl催化剂具有丰富的表面羟基,对染料表现出较强的吸附性能。该催化剂表现了最高的光催化活性,活性为纯BiOCl的2.4倍。另外,La2O3/BiOCl中的La3＋提供的氧化-还原势阱可能捕获光生电子,从而阻止了光生电子（e–）和空穴（h＋）的复合,有利于光催化活性的提高。

MOFs光催化材料的设计和调控（英文）

环境污染和能源短缺是制约当今社会发展的重大问题.光催化技术可直接利用太阳能驱动一系列重要的化学反应,具有能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点,是解决这一问题的有效途径.实现这个过程的关键在于寻找设计高效的光催化剂.目前,光催化材料主要由无机半导体组成,其结构的改造和修饰难度很大,难以根据实际需要来控制其大小、形状以及物理化学特性.而有机化合物具有优良的分子剪裁与修饰的功能,但它们却在坚固性与稳定性等方面具有明显的缺点.因此如果能发展既具有无机化合物的稳定性又具有有机化合物的可剪裁与修饰性的新型光催化材料,无疑将促进光催化的发展和应用.金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)正是这样一类结合了无机物的稳定性和有机物的可修饰性的杂化材料.MOFs是一类以金属阳离子为节点、有机配体为连接体的多孔配位聚合物的总称.这类材料不仅拥有超高的比表面积、丰富的拓扑结构,而且其结构兼具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,在气体吸附储存、分离、传感等领域都有广泛的应用.在催化领域MOFs也显示出巨大的应用前景:(1)比表面积大,有利于对反应底物的吸附,促进催化反应的进行;(2)组成多样,结构具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,通过对其金属单元或者配体进行改变修饰,可以实现对MOFs结构和性能的调变;(3)MOFs中金属-氧单元之间由有机配体隔开,相当于分立的半导体量子点,在反应中不易发生团聚.并且各个分立的金属-氧单元之间可能存在协同效应,有利于保持催化剂的稳定性和产生高的催化活性.因此,MOFs材料是一类非常有潜力的异相催化剂.光催化是一类典型的多相催化技术,与传统半导体光催化材料相比,MOFs由于具有可在分子水平进行灵活调控的优点,在光催化领域的应用更有优势.此外,MOFs结构上的确定性为研究催化剂的界面电荷迁移和光催化机理提供了便利条件,通过对其构-效关系的研究和光催化反应机理的探索反过来有助于我们从微观尺度上进一步认识光催化的本质.MOFs材料在光催化领域已经有了初步的研究.越来越多的MOFs材料被成功应用于光催化降解染料、选择性转化有机物、光解水制氢和CO2还原等反应.典型的有MOF-5、Ui O-66和MIL-125系列等.近年来,已有少量的文献综述了MOFs这类材料在光催化领域的研究.这些文献主要围绕MOFs在光催化过程中所起到的作用,比如作为催化剂、助催化剂或载体来展开;或者是从MOFs的光催化应用领域,比如污染物降解、产氢、二氧化碳还原、有机物转化来分类展开.本文围绕如何设计合成高效的MOFs光催化剂,综述了近年来国内外关于提高MOFs的光催化性能而开展的相关研究工作,包括理论研究MOFs的能级结构及化学性质、在MOFs配体上修饰官能团调变其能带结构、染料或者金属化合物光敏化MOFs提高其光吸收性能、负载金属/碳材料及半导体复合提高光生载流子的分离效率等.最后,本文对MOFs光催化剂的未来发展趋势进行了展望,强调开发新型的MOFs光催化剂,并加强对MOFs光催化机制的研究,有助于指导现有MOFs催化剂的改良和设计新型光催化剂.

声化学辅助溶剂热合成高光催化性能的BiOCl光催化剂

以五水硝酸铋和氯化钠为原料,乙二醇(EG)和水作溶剂,通过声化学辅助溶剂热法合成了系列BiOCl纳米晶光催化剂。应用氮气物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)和光电流等测试手段对所制备的光催化剂进行了表征。在汞灯和氙灯照射下,以苯酚和甲基橙为水体模型污染物,系统考察了超声辐射时间和醇水比(VEG/VH2O)对BiOCl光催化剂性能的影响。结果表明,当超声辐射时间为60 min,VEG/VH2O=1/4时,合成的BiOCl表现出最佳的光催化活性,为常规沉淀法制备的BiOCl的3.3倍。活性提高的主要原因是,适当时间的超声波辐射和醇水比有利于催化剂比表面积的提高,同时可以丰富催化剂表面羟基(-OH)的数量和提高光生电子和空穴的分离效率。