MOFs衍生含碳TiO_2的设计合成与光催化应用研究进展

TiO_2是一种典型的半导体光催化材料,因具有较高的光催化活性、稳定性和较低的成本,在光催化领域有着潜在的应用价值。绝大多数已报道的纳米TiO_2材料易团聚且光生电子空穴极易复合,大大限制了其在实际中的应用。MOFs高温下会使有机骨架热裂解,形成含大量的孔结构并暴露出活性位点的氧化物,用该方法制备的金属氧化物不仅比表面积较大,而且使金属氧化物高度分散在有机骨架裂解后的碳矩阵中,从而有效避免了纳米金属氧化物的团聚。重要的是,碳骨架可以传输光生电子,从而避免了光生电子和空穴的复合,大大提高了光催化效率。该文综述了近年来国内外对MOFs衍生制备TiO_2材料及其应用的研究报道,着重介绍了含碳TiO_2的设计合成与光催化应用研究进展,并对基于金属有机框架材料设计合成含碳氧化物及其光催化性能研究进行展望。     

氧化锌光催化剂的掺杂与复合研究进展

综述了近些年来提高ZnO光催化活性的研究方向,即过渡金属离子掺杂ZnO的制备,贵金属复合ZnO的制备和半导体复合ZnO的制备及光催化活性的研究,为拓宽ZnO的光响应范围,加速光生电子空穴对的分离以及提高光生空穴对的分离时间等提供了技术资料,并展望了ZnO基光催化剂的发展趋势。     

基于TiO2异质结在光电化学传感领域的应用

TiO2是一种常见的n型半导体材料,将TiO2与其他材料复合构成异质结能够拓宽TiO2光响应范围,减小光生空穴与光生电子重新结合的几率,提高整个体系的光电转换效率。主要对异质结作用于光催化的基本原理以及基于TiO2异质结在光电化学传感领域的应用做了相关综述。     

β-Ag_2MoO_4光催化剂的电子结构和光生载流子有效质量理论计算

利用第一性原理密度泛函理论计算β-Ag_2MoO_4的结构特征、能带结构、电子态密度和光生载流子的有效质量.结果表明,β-Ag_2MoO_4是带隙为2.0eV直接带隙半导体光催化材料,上价带主要由Ag 4d,O 2p和Mo 4d轨道组成,导带主要由Mo 4d,Ag 5s和少量的O 2p轨道构成;β-Ag_2MoO_4的光电子和空穴具有较小的有效质量,且光生电子与空穴的有效质量差异性较大,这非常有利于光生电子和空穴的有效分离、转移.研究有助于进一步揭示β-Ag_2MoO_4光催化材料反应机制,为光催化实验研究提供必要的理论支持.     

TiO2微粒的掺杂改性与催化活性

用混合溶胶-凝胶法制备了Fe3+,Zn2+,Pd,Co2+,Ni2+,Cr3+等金属离子掺杂的二氧化钛复合微粒.以四环素降解为目标反应,研究了所制备的复合微粒光催化活性与选择性.并用IR、XPS、Raman光谱等技术,探讨了影响复合微粒光催化活性的原因.结果显示掺杂Fe3+、Zn2+的二氧化钛复合微粒对四环素降解具有很高的催化活性与选择性;掺杂Pd的复合微粒催化活性也有所提高.而Co2+,Ni2+,Cr3+等金属离子掺杂的二氧化钛复合微粒的催化活性呈下降趋势.研究认为Fe3+、Zn2+促进二氧化钛微粒光催化活性的原因是由于这些金属离子高度分散在二氧化钛基质中,使基质晶型发生畸变并形成Ti-O-M桥氧结构;这种结构使复合微粒表面缺陷和活性比表面积增加,有利于光生载流子的转移.同时,Ti/Fe复合微粒中Fe抖有利于活性·OH基团的形成.这些活性·OH基团插入有机物的C-H键中,最终导致有机物的完全降解矿化.另一方面,由于Fe3+,Zn2+,Pd特殊的电子构型,有利于浅度捕获半导体的光生电子,使光生电子-空穴对有效分离.而Co2+,Ni2+,Cr3+金属离子的电子构型易深度捕获光生电子,结果可能形成了电子-空穴复合中心;导致半导体的量子效率和催化活性下降.     

量子限域纳米半导体上低碳烷烃的光助催化氧化

利用Sol-Gel及摸板技术定向合成了具有量子限域特征的ZnFe2O4纳米半导体催化剂（Q-ZnFe2O4）。分别采用XRD，DRS，FS，In situ EPR及光催化等手段对合成的纳米半导体的结构，表面化学物理特性，表面界面电荷转移特性及选择催化特性进行了深入研究。研究结果表明：采用定向合成技术可以在室温下合成具有尖晶石结构的Q-ZnFe2O4纳米晶半导体。DRS及FS结果证明样品呈现显著的量子限域效应及表面界面效应。原位辐射顺磁共振光谱结果表明：光生的电子和空穴可以分别在体相及表相Fe^3＋位置被同时俘获。临氧条件下，量子限域Q-ZnFe2O4纳米半导体受光激发后，光生电子可由表相Fe^3＋转移给四面体位置的Zn^2＋，即表相Fe^3＋可以作为光生载流子的生成中心；吸附的分子氧可以俘获迁移的电子形成高活性的羟基白由基。温和条件下，Q-ZnFe2O4纳米晶半导体可以高效活化分子氧实现低碳烷烃的光催化选择氧化，其中醇类羟基化舍物的选择性可接近60％。     

纳米ZrOx光催化剂的制备及性能

采用表面活性剂辅助水热法制备了高效微波辅助光催化水处理纳米ZrOx光催化剂．以XPS、XRD和UV—vis技术对催化剂进行了表征：纳米ZrOx具有单斜和四方两种晶型,晶粒尺寸约为8nm;纳米ZrOx中Zr元素以＋2、＋3、＋4三种价态共存于晶体中,多价态共存的状态使纳米ZrOx对微波具有更好的响应,纳米ZrOx具有比P25TiO2更大的禁带宽度,即紫外光照射纳米ZrOx产生的光生电子—空穴具有更强的氧化还原能力．以双酚A为目标物对样品的微波辅助光催化性能进行评价,结果表明,纳米ZrOx具有远高于P25TiO2的微波辅助光催化性能,而且纳米ZrOx光催化与微波场具有更好的协同效应．     

等离子体改性制备NiO-TiO2/SiO2及其对甲基橙的降解性能

以正硅酸乙酯、异丙醇、钛酸丁酯、硝酸镍为主要原料,采用等离子体改性法制备了负载型NiO-TiO2/SiO2复合半导体材料,利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对催化剂的性能进行了表征,并考察了催化剂对甲基橙溶液的光催化降解性能。实验结果表明,所制得的复合半导体材料具有较高的比表面积,NiO的加入促进了载体表面的分散程度,有效地抑制了光生电子与空穴的复合从而增强了对可见光的吸收性能,而催化剂经等离子体处理后在分散性、稳定性方面也有了一定提高,材料的光催化性能得到改善。     

碳量子点-半导体复合光催化剂研究进展

碳量子点(CQDs)作为碳纳米家族的新成员,具有独特的结构和物理化学性质,如较宽的吸光范围、上转换发光行为和良好的电子传输性能等,因而作为半导体光催化剂的复合材料,可用于拓宽半导体的光响应区间,增加光生电子-空穴对的数量,促进光生载流子的分离和转移,并增加对污染物的吸附量.本文综述了近年来CQDs与各种半导体光催化剂的复合,主要介绍了不同的制备方法及优缺点,尤其使光催化活性得以提高的机理,从各个角度进行了详细分类和深入剖析.     

TiO2/SiO2复合粉体的制备及催化性能的研究

文章采用XRD和FT-IR等方法对用Sol-Gel法制备的TiO2/SiO2复合粉体进行了表征,考察了原料组成和焙烧温度对复合物相变温度和晶型转变的影响,以及掺杂对甲基橙光催化降解的影响。研究表明,TiO2微粒以锐钛矿相高度分散在SiO2基质中,并与其形成了Ti-O-Si桥氧结构,提高了TiO2的表面积和表面缺陷,有利于有机物的吸附及半导体光生电子-空穴的分离,从而提高了半导体的光催化活性。     

石墨烯/ZnO复合材料光催化降解亚甲基蓝性能研究

利用水热法将通过hummer法制备得到氧化石墨烯包覆Zn O纳米颗粒,得到石墨烯/Zn O复合材料(简称Zn O@GR).对复合材料的结构、形貌和光催化性能进行研究.在光催化降解亚甲基蓝(MB)的过程中,Zn O@GR展现出了好于纯Zn O粉末的光催化效果.这主要是由于Zn O与石墨烯复合之后,在紫外光的照射下,Zn O材料中产生的光生电子—空穴对中的电子迅速迁移到石墨烯材料中,大大降低了光生电子—空穴的复合几率,因而使复合材料的光催化降解性能提高.     

可见光响应氧化物光催化材料制备和性能研究

半导体光催化技术因其能够在清洁能源制备和环境净化方面有很好的应用前景而倍受关注.开发可见光响应光催化材料是半导体光催化领域的研究热点之一.本文围绕可见光响应金属氧化物光催化材料体系的光物理和光催化性能展开论述,主要包括:(1)Ag盐氧化物光催化材料体系;(2)复合光催化材料体系;(3)锑酸光催化材料体系.主要通过改善制备方法、形成复合材料以及氮掺杂等手段提高光催化材料的光催化性能.     

TiO2光催化剂在污水处理领域中应用

分析了TiO2光催化技术研究现状,探讨了光催化反应机制,并讨论了影响TiO2光催化反应活性的主要因素：（1）贵金属沉积可以提高催化剂表面光生载流子的分离效率,有利于生成更多的.OH;（2）金属离子掺入TiO2晶格中可能引起晶格位置缺陷或改变结晶度,抑制了电子与空穴的复合,延长载流子的寿命,从而使光催化的性能得以改善;（3）半导体复合可以提高系统的电荷分离效果,扩大对光谱的吸收范围;（4）晶粒尺寸小,光生电子和空穴从TiO2体内扩散到表面的时间短,它们在TiO2体内的复合几率减小,光催化活性高.     

CNTs负载核壳结构Ag@TiO_2的制备及其光催化性能测试

TiO2只能吸收利用太阳光谱中的紫外光部分,且光生电子和空穴复合很快,从而影响TiO2的光催化效率。为了提高TiO2的光催化能力,研究者致力于TiO2的掺杂修饰,本文引入了碳纳米管(CNTs)和金属银纳米粒子,旨在提高TiO2的分散性,阻止光生电子和空穴的复合。首先通过溶剂热方法成功制备了单分散且大小均一的核壳结构Ag@TiO2纳米材料,随后采用浸渍法将酸化处理的CNTs引入Ag@TiO2核壳结构的体系中,制备了CNTs修饰的Ag@TiO2纳米复合材料(CNTs-Ag@TiO2)。紫外光降解的实验结果表明,该复合材料具备增强的TiO2光催化性能,在光催化分解水与光催化降解污染物方面具有很好的应用前景。     

氟掺杂纳米二氧化钛制备及其光催化性能研究进展

 氟离子掺杂能够改变TiO2的光生载流子传输、比表面积、孔道结构、表面酸度等本征性质,从而影响光生电子-空穴派对的复合和对母体化合物的吸附,因此氟离子掺杂能够显著提高TiO2的光催化活性,尤其是紫外光下的光催化活性。氟掺杂纳米TiO2在制备过程中,容易受到制备技术、热处理温度、前躯体种类和化学计量等的影响,而使纳米TiO2的晶体结构和表面性质发生变化,这些变化主要体现在如金红石相形成、生成Ti3+、量子产率增加以及改变吸附性（如表面极性）等方面。本文综述了氟修饰TiO2的制备及光活性,主要包括催化剂制备方法、相变过程和母体化合物的矿化。     

NiOx改性的层状Fe/K2La2Ti3O10催化剂光解水制氢

采用溶胶-凝胶及浸渍法制备得到NiOx负载的新型光催化剂NiOx-Fe/K2La2Ti3O10,研究了所制得的新型催化剂的光解水制氢活性,并利用扫描电镜、X射线衍射、紫外-可见漫发射光谱、X光电子能谱等技术对其进行表征和分析.结果表明:制得的催化剂具有层状结构,对可见光有响应,NiOx的负载使催化剂活性得到提高,反应6 h累积产氢量达477.3μmol/g;相比于未负载的催化剂Fe/K2La2Ti3O10,NiOx-Fe/K2La2Ti3O10的光吸收带边蓝移、直接禁带能隙变宽、电子-空穴对的氧化-还原能力增强;化合物中La是主要的电子给体,NiOx的负载提供了更多的反应物吸附活性位,表面的NiO形成自由电子捕获阱,促进H+在催化剂表面的还原,体相中被还原的金属Ni成为光生电子捕获阱,并将光生电子及时向表面转移,减少电子和空穴的复合几率.     

嵌入TiO2微球中的CoO八面体有效增强可见光下光催化全分解水性能研究

光催化全解水制氢是一种绿色、环保、清洁的可再生能源转换技术.为此,开发高效稳定的光催化剂一直是该领域的重要课题.通过简单的水热途径将CoO八面体涂覆在TiO2微球表面上制备了CoO/TiO2异质结光催化剂.在可见光照射下,制备的CoO/TiO2异质结在不添加任何牺牲剂或助催化剂情况下,直接光催化分解水产生H2和O2的物质的量比约为2:1.当CoO/TiO2异质结中CoO含量为3％时,光催化活性最高,H2和O2的析出速率分别为0.095μmol/h和0.045μmol/h.研究表明,CoO/TiO2异质结上光催化整体水分解活性的增强归因于CoO的引入,其不仅可以扩大TiO2的光吸收范围,还可以抑制光生电子和空穴的复合.     

Cu2O/CPAN/SiO2复合材料的制备及光催化还原性能的研究

为了提高材料的比表面积和光生电子-空穴的分离效率,以具有高比表面积的多孔SiO_2为载体,以价带相匹配的Cu_2O和CPAN(环化聚丙烯腈)为催化剂,通过溶液浸渍和原位热处理法制备了Cu_2O/CPAN/SiO_2复合光催化材料。利用TEM,SEM,XRD,FTIR,BET和EDS等方法对复合物的形貌、组成和结构进行了表征,通过UV-vis, DRS,PL,EIS和光电流等方法分析了复合微粒的光电性能,并以对硝基苯酚还原反应为模型,考察了Cu_2O/CPAN/SiO_2复合微粒的可见光催化性能。结果表明,多孔SiO_2载体大大提高了Cu_2O/CPAN的比表面积;Cu_2O为八面体晶型,与CPAN构筑的异质结均匀分布于SiO_2表面,显著提高了对可见光的吸收及光生电子-空穴对的分离效率。当Cu_2O的质量分数为2%、热处理温度为260℃、热处理时间为3 h时,制备得到的Cu_2O/CPAN/SiO_2复合微粒表现出最佳的光催化活性。研究结果为制备高效复合催化剂提供了方法依据。     

Fe2O3半导体中光生电荷分离和传输研究进展

 利用自然界丰富的太阳能光电催化分解水制氢是解决能源问题的理想方法之一,也是光催化领域最具挑战性的课题之一。Fe₂O₃半导体由于其禁带宽度窄,具有优异的可见光吸收性能,而且对环境友好、来源丰富、价格低廉,有望成为未来光催化领域的重要材料。但Fe₂O₃半导体中光生电子-空穴的复合速率很快,导致其光化学能转化效率很低。综述了近年Fe₂O₃半导体中光生电荷分离和传输的研究进展,从杂原子掺杂、半导体复合、Fe₂O₃半导体微观形貌控制3个方面分析了影响Fe₂O₃半导体光催化剂光电转化效率的因素,提出有效抑制光生电子-空穴的复合是提高Fe₂O₃半导体光电催化分解水活性的关键。论述了Fe₂O₃半导体光催化剂的构成原理、设计思想、目前效果以及存在问题,展望了Fe₂O₃半导体光催化剂研究的发展趋势。     

Ag/RGO@DE复合微粒的制备及光催化还原对硝基苯酚

为了有效还原污染水中的硝基化合物,采用原位法制备了具有高效催化活性的纳米银/还原氧化石墨@硅藻土(Ag/RGO@DE)复合微粒。利用SEM,XRD,XPS和FTIR等测试方法对所制备复合微粒的形貌、微观结构和组成进行了表征,采用UV-vis DRS,PL和光电流等测试分析了复合微粒的光电性能,以对硝基苯酚还原作为模型反应,考察了不同银和RGO负载量对Ag/RGO@DE复合微粒光催化性能的影响。结果显示,RGO为片层结构,纳米银颗粒分散于RGO和硅藻土DE表面及片层间,为面心立方晶型;纳米银的引入显著提高了RGO基体对可见光的吸收及其光生电子-空穴对的分离效率;当银质量分数为2.5%,RGO质量分数为26.6%时,Ag/RGO@DE表现出最佳的光催化还原活性。因此,Ag/RGO@DE复合微粒具有良好的光催化稳定性,对4-NP的还原反应具有高效催化活性。