纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.     

氧空位调控BiVO4纳米片的制备及光解水制氧性能

采用水热和烧结方法制备了氧空位调控的BiVO₄纳米片。通过X射线衍射仪、电子自旋共振谱仪、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪和光解水制氧系统研究了不同氧空位含量(O_V)BiVO₄纳米片的结构和光解水制氧性能。通过对氧空位含量的调控,实现了对BiVO₄纳米片的光吸收和光电性能的优化,极大提高了BiVO₄纳米片的光解水制氧效率。结果表明:引入氧空位后,BiVO₄纳米片在可见光区的光吸收明显增强,并且随着氧空位含量的增加,样品的吸收边发生明显红移。适量氧空穴的引入显著提高了光生电子和空穴的分离,从而提高光生电子的利用率。BiVO₄-O_V2纳米片的光催化产氧速率约433 μmol/(h·g),约为BiVO₄纳米片的10倍。     

CuO包覆ZnO颗粒的光催化性能

在水热法制备的ZnO颗粒上复合CuO进行对甲基橙的光催化实验,研究了ZnO表面氧空位的存在对CuO包覆的ZnO颗粒光催化性能的影响.结果表明:经过真空热处理后ZnO表面的氧空位显著增加,氧空位的存在为CuO在ZnO表面的附着提供了更多的活性位点,对CuO的形核与生长起着积极的作用.数量更多的CuO更加稳定地附着在ZnO表面,形成了稳定的复合结构,提高了电子空穴对的分离效率,减少了载流子的复合.光催化实验结果表明该复合结构较纯ZnO颗粒展现了更为优越的光催化性能.     

C/Cr掺杂氧化钛粉体的制备与氧空位调控

采用球磨法合成碳、铬掺杂的氧化钛材料,碳、铬掺杂用于调节材料的氧空位缺陷度.应用X射线衍射仪、紫外—可见分光光度计、荧光分光光度计等表征手段测试了样品的结构和光学性能.结果表明:碳、铬掺杂使材料的氧空位缺陷发生不同程度的改变.此外,对碳、铬掺杂的氧化钛的可见光吸收增强的来源作了相应解释.     

具有氧空位的TiO_2纳米结构光催化固氮性能研究

采用溶胶凝胶法制备了小尺寸的高比表面积TiO_2纳米结构,并通过固相热还原工艺实现了氧空位的引入.通过X射线衍射(XRD)、固体紫外漫反射(DRS)和透射电子显微镜(TEM)对所得样品进行了表征,XRD结果证明了采用溶胶凝胶法制备的样品和还原后实现氧空位引入的样品均为锐钛矿纯相,TEM显示样品为小尺寸球状结构,固体紫外漫反射(DRS)结果证实了氧缺陷的存在,通过光催化N_2固定效率评价了光催化剂的光催化性能,结果表明固相热还原后实现氧空位引入的TiO_2纳米结构光催化还原N_2制氨效果得到显著提高.     

不同的合成条件对八面体铁酸锌光催化性能的影响

以柠檬酸钠为添加剂,采用水热法一步合成了八面体ZnFe_2O_4纳米材料,所合成的材料尺寸在10~15 nm之间.实验表明该材料的禁带宽度为1.7 eV,可被可见光激发.将所制备的ZnFe_2O_4纳米材料用于可见光催化降解工业染料罗丹明B(Rh B),并研究了不同的合成条件对光催化降解性能的影响.结果表明,ZnFe_2O_4对Rh B有很好的光催化降解性能,且水热温度和时间、pH值和柠檬酸钠的用量对光催化性能有较大影响.最佳的水热温度和时间为180℃,15 h.随着p H值的增大,光催化性能增加,但随着柠檬酸用量的增加,光催化降解性能大幅降低,最佳用量为0.5 mmol.     

不同的合成条件对八面体铁酸锌光催化性能的影响（英文）

以柠檬酸钠为添加剂,采用水热法一步合成了八面体ZnFe_2O_4纳米材料,所合成的材料尺寸在10~15 nm之间.实验表明该材料的禁带宽度为1.7 eV,可被可见光激发.将所制备的ZnFe_2O_4纳米材料用于可见光催化降解工业染料罗丹明B(Rh B),并研究了不同的合成条件对光催化降解性能的影响.结果表明,ZnFe_2O_4对Rh B有很好的光催化降解性能,且水热温度和时间、pH值和柠檬酸钠的用量对光催化性能有较大影响.最佳的水热温度和时间为180℃,15 h.随着p H值的增大,光催化性能增加,但随着柠檬酸用量的增加,光催化降解性能大幅降低,最佳用量为0.5 mmol.     

多缺陷碳纳米管的制备及其光催化性能研究

低温合成的碳纳米管在纯化后进行高温煅烧(真空),X射线光电子能谱(XPS)和比表面积(BET)分析显示,O/C原子比下降,比表面积增大.拉曼光谱和透射电子显微镜(TEM)进一步证实,该热处理的碳管呈现较多的缺陷.光催化测试显示此种多缺陷碳管具有明显的光催化性能.这主要是因为,大部分化学吸附的氧原子将被解吸,很容易使局部晶格重新排布,形成大量的拓扑学缺陷和空位缺陷.由此在碳管的能隙间形成缺陷态能级,以致可以被可见光激发,即表现出光催化特性.     

SDS对所制备的TiO2可见光催化活性的影响

十二烷基磺酸钠(SDS)辅助TiCl4水解,成功地制备了纯二氧化钛光催化剂(TPC),利用透射电子显微镜、X射线衍射、紫外-可见光谱及氮气吸附/脱附对所有的TPC进行了表征.光催化活性测试结果表明:所制备的样品可见光催化降解甲基橙的活性均好于P25,且随着TiCl4与SDS物质的量比增大,催化降解效率提高.SDS的存在有助于通过调控颗粒间的作用强度来调控高能氧桥键的分布,从而调控可见光催化活性;活性晶面的暴露也利于光催化活性的提高.使用TiCl4与SDS物质的量比为51.2的TPC4,在可见光(35 W普通民用光源)下照射3h,甲基橙降解率高达74.4%,预示其在光催化自清洁内墙涂料方面具有潜在的应用前景.     

BiOI-TiO2复合材料光催化降解双酚A的研究

采用 Triton X-100/正己醇/环己烷/水的微乳体系合成了一系列BiOITiO2的纳米材料，分析了其晶体结构、表面结构和光谱特征，探讨了可见光光催化降解双酚A废水的可行性.结果表明: BiOI-TiO2的分散性能好、比表面积大.光催化结果表明，复合材料中BiOI与TiO2的摩尔比对光催化性能影响很大且比值达到75%时效果最好，光催化降解机理符合一级动力学方程，反应速率常数（kobs）与催化剂投加量及初始pH值有关.催化剂重复多次使用的降解效果稳定.     

Al掺杂ZnO纳米颗粒的光催化性能

溶胶-凝胶法合成ZnO和Al掺杂ZnO(AZO),通过降解甲基橙(MO)评价纳米颗粒的光催化性能.与纯ZnO相比,Al掺杂使ZnO晶粒尺寸减小,比表面积增加.此外,Al掺杂诱发高浓度缺陷,从而调整ZnO晶体的能带结构.电子从导带跃迁到低能态的缺陷能级,能量差与可见光的能量吻合,从而大幅提高光催化过程中对可见光的利用率.AZO样品在可见光范围内都表现出优异的光催化性能,并且a(Al)=3%掺杂的ZnO表现出最佳的光催化性能,60 min降解效率为94%.     

TiO2光催化转化NOx的研究进展

对光催化转化氮氧化物的研究进展进行了综述.着重介绍了可见光下对NOx去除的研究进展及固定化光催化剂在光催化转化NOx中的应用.并对一种新型的光催化反应器—流化床光催化反应器去除NOx进行了介绍.     

掺杂稀土元素La对TiO2纳米粉末光催化制氢性能的影响

为了改善TiO_2体系的光催化制氢性能,以La元素为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂La的TiO_2纳米粉末,并研究了掺杂La对光催化制氢性能的影响。结果表明:La离子的掺入导致TiO_2体系吸收边红移,禁带宽度减小;随着La离子的掺入,样品的制氢性能呈现先增大后减小的趋势。当La离子掺杂的摩尔分数为3%时,体系具有最优光催化制氢性能,光催化3 h的制氢量达到577.5μmol/g,比未掺杂的TiO_2纳米粉末性能增强了4.1倍,且经5次循环利用后仍表现出良好的光催化稳定性。研究同时发现,La离子具有调节TiO_2体系表面氧空位浓度的作用。氧空位有利于光生电子的俘获,实现光生载流子分离,从而有利于增强TiO_2体系的光催化制氢性能。     

锐钛矿型TiO_2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究.本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况.分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2.6 eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0.25 eV的杂质能级.结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是p型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质.     

核壳结构氧化锌/石墨烯的光催化性能及机理研究

采用一步法制备了还原氧化石墨烯(RGO)包覆ZnO纳米颗粒(NPs)的准核壳结构ZnO@RGO光催化复合材料.光催化实验表明,石墨烯的包覆使得ZnO@RGO对有机染料亚甲基蓝(MB)的光催化效率较ZnO NPs提高了10倍左右.透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表明,ZnO@RGO是由纤锌矿ZnO和石墨烯组成,且石墨烯包覆了颗粒尺寸约为6nm的ZnO.X射线光电子能谱(XPS)和拉曼谱(Raman)表明,石墨烯在ZnO中引入了应力及氧空位(VO).光致发光谱(PL)进一步表明,与ZnO纳米晶相比,ZnO@RGO的带间发射强度降低了约80%,并且出现了对应于VO的绿光发射峰.最后,根据上述实验结果提出了ZnO@RGO光催化活性增强的机理:石墨烯纳米片和界面应力作用所产生的氧空位对光生电子的高效协同俘获作用是导致ZnO@RGO具有高效光催化活性的内在原因.     

ZnO中氧空位缺陷形成能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnO在富氧和富锌条件下氧的单空位、双空位和三空位缺陷的形成能.结果表明:在富氧和富锌条件下,随着氧空位浓度的增加,氧空位形成能变大,说明ZnO中不容易产生多空位氧缺陷;随着氧空位浓度的增加,氧空位对应的吸收光谱红移;分散型氧双空位的形成能低于聚集型氧双空位,说明ZnO中不容易产生氧空位聚集,由此可解释ZnO的抗辐照能力;在富锌条件下,聚集型氧双空位的形成能大于分散型氧三空位的形成能,说明在此条件下聚集型氧双空位更难形成.     

表面缺陷对CdS(100)面能带排列影响的理论研究

采用基于第一性原理的方法，研究了表面空位缺陷（Cd、S空位）对CdS(100)面能带排列的影响．对空位缺陷体系的几何结构进行优化，发现Cd、S空位的引入分别会产生负电荷中心和正电荷中心，从而引起缺陷周围原子的结构发生弛豫．一定程度的晶格结构扭曲将有利于光生载流子在表面的定域，从而促进光生电荷的分离．另外，能带位置计算结果表明，Cd空位的存在会引起CdS(100)面的价带顶位置下移，导带底位置上移，从而禁带宽度变宽．但是，S空位的引入会导致能带位置呈现出相反的变化趋势，从而禁带宽度变窄．因此，形成S空位缺陷不仅可以提高光生载流子的分离，而且可以有效拓宽CdS对可见光的吸收范围，从而改善其光催化活性．     

3DOM-TiO_(2-x)的制备及其光催化降解性能

将模板法制得的三维有序大孔TiO_2(3DOM-TiO_2)置于H_2中还原,得到具有氧空位的3DOM-TiO_(2-x)(x为氧空位值)。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)和电化学工作站等对产物的结构和性能进行表征。通过固定床反应器中模拟太阳光催化降解罗丹明B(RhB),对3DOM-TiO_(2-x)的光催化活性进行评价,并对光催化活性提高的原因和反应机制进行分析。结果表明:3DOM-TiO_(2-x)具有较高的光催化活性源于3DOM结构和氧空位的协同作用,3DOM结构通过提高比表面积增加氧空位的生成量,从而增强光催化的活性,同时,3DOM结构有利于光的穿透,提高了光催化效率。·OH、空穴(h~+)和·O~-_2在罗丹明B的降解中均起着重要作用,它们对罗丹明B降解的贡献度由大到小的顺序为·O~-_2、·OH、h~+。3DOM-TiO_(2-x)具有较好的稳定性,采用周期性注入清水清洗的方法可以去除吸附在3DOM-TiO_(2-x)表面上的罗丹明B,以保证反应过程稳定进行。     

含氧空位立方HfO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究（英文）

利用基于第一性原理密度泛函理论框架下的平面波超软赝势法,研究了含氧空位立方HfO_2的几何结构、电子结构和光学性质。计算结果表明,氧空位缺陷对晶格参数的影响不明显。能带结构和态密度结果表明在-0.216 eV处出现了氧空位缺陷能级。通过对比纯立方HfO_2的光学吸收边,由于氧空位缺陷能级的出现,含氧空位立方HfO_2的光学吸收边向低能方向移动。此外,氧空位的出现导致了静态介电常数的增加。     

缺陷对TiO_2纳米棒催化活性的影响

采用水热法实现了将氧缺陷引入TiO_2,这一方法可使TiO_2纳米棒的表面或内部具有均匀分布的缺陷.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对所得样品进行了表征,XRD结果证明了所合成的样品为纯相且结晶性良好,SEM、TEM显示样品为棒状结构,固体紫外漫反射(DRS)结果证实了氧缺陷的存在,通过光催化产氢效率评价了注入氧缺陷后样品的光催化性能,结果表明具有缺陷的TiO_2纳米棒的光催化产氢性能明显提升.