微波法制备光催化纳米材料的应用及其性质研究

微波法作为纳米材料合成的一种新策略,不仅具有加热均匀、反应速度快,而且还具有高灵敏和高选择性等特点。因此,首先简要介绍了微波理论和微波加热机理,然后总结了单一催化材料、不同元素的掺杂材料以及构建纳米复合材料的微波合成策略,并剖析了微波法对催化剂的微观结构以及结晶度的影响,为高效、低能耗合成具有高性能的半导体光催化剂提供新思路。最后,本文也提出了微波合成光催化材料在实际应用中所面临挑战以及未来发展的前景。

羟基锡酸锌作为光催化剂的研究进展

羟基锡酸锌(ZnSn(OH)_(6))是一种具有多变价态和特殊电子结构的过渡金属锡酸盐。其禁带宽度较大,价带和导带位置使其具有较高的氧化还原电势,因而呈现出良好的光催化活性和较强的稳定性。在这篇综述中,首先概括了ZnSn(OH)_(6)光催化剂的晶体结构。其次,介绍了ZnSn(OH)_(6)基光催化剂的合成方法和改性策略。最后对ZnSn(OH)_(6)基光催化剂的未来发展进行了展望。

ZnSn(OH)_(6)基纳米材料在环境光催化中的应用

本征ZnSn(OH)_(6)具有较宽的带隙(约4.0eV),价带和导带位置使其具有较高的氧化还原电势,有利于驱动光催化氧化还原反应,在环境净化和能源开发等领域展现出良好的应用前景。本文从ZnSn(OH)_(6)物理和化学性质出发,介绍了ZnSn(OH)_(6)晶体结构和表面结构,分析了制备方法对光催化性能的影响;基于ZnSn(OH)_(6)在光催化方面的应用研究,总结了ZnSn(OH)_(6)的改性策略,包括引入缺陷、元素掺杂、构建异质结、晶面调控;最后,重点概述了ZnSn(OH)_(6)基光催化材料在能源(产氢、二氧化碳还原)和环境领域(污水治理、空气净化)的应用。同时指出ZnSn(OH)_(6)基光催化剂在实际应用研究方面仍处于初步阶段,需要进一步探究改性策略对ZnSn(OH)_(6)应用需求的精准性,拓展其应用场景,为后续研究工作提供方向和思路,加速其工业化应用的进程。

光催化的氟效应

半导体光催化因有望可持续地解决日益严峻的环境与能源问题而得到国内外学者的广泛关注.但是,以TiO2为代表的半导体光催化材料,存在光响应范围窄和光生载流子容易复合的问题,导致其光催化效率不高.为了提高半导体光催化效率,科学家们采取了许多策略对本征半导体光催化剂进行修饰改性,如表面敏化、贵金属沉积、元素掺杂和半导体复合等,以拓展光吸收范围和促进光生载流子分离.近来,高能面TiO2纳米晶的报道为高性能半导体光催化材料的设计提供了新的思路.在所有对TiO2进行修饰改性的元素里面,氟因其独特的性能而对TiO2光催化产生了深远影响:(1)(在酸性溶液里面)氟离子与TiO2强烈的配位作用(化学吸附)会改变TiO2光催化材料表面的化学结构,生成氟化钛(≡Ti-F),进而影响污染物在催化剂表面的吸附(反应式(1));≡Ti-OH+H++F-→≡Ti-F+H2O(1)(2)吸附在TiO2表面的氟离子,很难被空穴氧化成氟自由基(EθF·/F-=3.6 V vsNHE),只能将溶剂水氧化成羟基自由基(·OH).与本征TiO2空穴氧化产生的表面吸附态羟基自由基(·OHbounded)不同(反应式(2)),表面氟修饰后空穴氧化溶剂水产生的羟基自由基(反应式(3)),是可以脱离催化剂表面(在溶液中自由扩散的),也就是游离态羟基自由基(·OHfree).≡Ti-OH+h+→≡Ti····OH (·OHbounded)(2)≡Ti-F+H2O+h+→≡Ti-F+·OHfree+H+(3)本文主要从以下几个方面综述了氟效应对半导体光催化的影响:(1)TiO2光催化的表面氟效应,包括游离自由基效应、表面电子结构效应和电子清除剂效应;(2)TiO2光催化的氟掺杂效应,包括氟离子掺杂、氟离子与非金属离子共掺杂、以及氟离子与金属离子共掺杂;(3)TiO2的氟离子形貌控制效应,包括空心结构TiO2、高能面TiO2和介晶TiO2.此外,我们也将氟效应拓展到其它非TiO2半导体上,包括Bi2WO4, BiPO4, Fe2O3, SrTiO3和g-C3N4.本文还总结了氟效应在半导体光催化领域的应用,包括(1)化学品的光催化选择性氧化;(2)污染物的光催化选择性降解;(3)光催化分解水产氢;(4)光催化还原二氧化碳;(5)制备高热稳定性TiO2.最后总结了氟效应的优缺点,并对氟效应的前景进行了展望.现在仪器表征技术(特别是原位表征技术)的快速发展,为半导体光催化氟效应的深入研究提供了新的武器.将氟效应与其它方式的耦合,如表面等离子体效应、晶体缺陷和单原子催化,来进一步提高半导体光催化性能,是未来氟效应研究的发展方向.

锡酸锌基光催化材料研究进展

在各类半导体光催化材料中,反尖晶石结构的锡酸锌(Zn_(2)SnO_(4))因传导率良好、电子迁移率高、物化性质稳定且无毒而成为研究热点。近年来,随着研究的不断深入,人们采用(微波)水热法合成出具有不同形貌结构的Zn_(2)SnO_(4)。但因合成条件对Zn_(2)SnO_(4)形貌的影响很大,且缺乏系统性总结,因而本文概述了(微波)水热合成方法中水热时间、合成温度以及原材料、矿化剂与表面活性剂类型和浓度对Zn_(2)SnO_(4)晶体构型、表面电子结构、形貌特征、粒径尺寸及催化性能的影响,以期指导Zn_(2)SnO_(4)特定形貌的可控合成。此外,本文还介绍了提升Zn_(2)SnO_(4)光催化活性的改性策略,即元素掺杂、构建异质结、单质负载(贵金属沉积)、形貌调控和缺陷工程,系统总结了各种改性策略对能带结构、光吸收、光生载流子分离迁移、表面催化反应和光催化性能的影响。最后,展望了Zn_(2)SnO_(4)基半导体光催化材料在各类光催化应用中所面临的挑战与机遇。