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.     

光催化剂NH2-MIL-125(Ti)的制备及其催化去除NOx性能影响研究

光催化作为一种绿色、可持续、低耗费的催化技术,在有效净化大气中低浓度NOx(ppb级),保证空气质量、区域和全球气候方面具有极大的应用潜力。针对现有的无机半导体光催化剂存在的吸附容量小、对低浓度的NOx的吸附速率低和光生电子-空穴易复合导致光催化效率低等问题,本研究提出合成具有超高比表面积及孔隙率的有机金属框架作为光催化剂去除大气中低浓度NOx,通过改变催化剂制备时间,采用溶剂热法合成不同反应时间的NH2-MIL-125(Ti)晶体,探究制备时间对催化剂的光催化性能影响。采用XRD、SEM、FTIR、PL、EPR和BET等实验表征手段对不同NH2-MIL-125(Ti)晶体结构、形貌表征及光催化性能分析,并进一步探究其对NOx催化性能与催化制备时间的关系。研究结果表明,制备时间对NH2-MIL-125(Ti)的结晶度、表观形貌、光生电子-空穴复合效率、表面超氧自由基产生量都有一定的影响,对表面官能团种类、光吸收范围、晶格晶面没有影响。 制备时间为24小时、48小时、72小时NH2-MIL-125(Ti)对NOx的净化效率分别为38.22%、42.24%、32.04%,得出结论：当制备时间为48小时NH2-MIL-125(Ti)对NOx的催化性能最好,净化效率最优。     

EDTA对BiOI结构及光催化性能的影响

以Bi(NO₃)₃·5H₂O为Bi源、KI为碘源、乙二胺四乙酸二钠为添加剂,利用化学沉淀法制备出花状BiOI.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱等手段对样品进行表征,测试添加乙二胺四乙酸(EDTA)制备的BiOI对罗丹明B的光催化降解活性.结果表明,添加EDTA的BiOI吸收边发生蓝移,带隙能由1.74 eV增加到1.80 eV,提高了催化剂对可见光的吸收能力.利用300 W的氙灯作为光源,添加量为8%(质量分数)时, 40 min罗丹明B的降解率为95.6%.捕获剂实验证明,·O^-₂和h⁺是罗丹明B降解的主要活性物种.     

立方相硫化镉纳米材料的制备与光催化性能研究

近年来,随着纺织业的迅速发展,染料废水已成为水体的重要污染源之一,废水处理问题引起了人们的广泛关注.本文利用氯化镉和硫化钠为原料,利用水热合成方法制备了立方CdS纳米材料.对样品进行了X射线粉末衍射（XRD）和透射电镜（TEM）测试,分析了CdS样品对罗丹明B溶液的光催化降解效果.实验结果表明,聚乙二醇的加入影响着硫化镉的分散程度和形貌,进而影响硫化镉的光催化活性;降解体系的pH值对罗丹明B的降解效果有较大影响.     

Bi12O17Cl2/BiOI复合光催化剂及光催化活性研究

以五水硝酸铋、氯化钾、碘化钾为原材料,采用水热合成的方法,通过改变Cl/I摩尔比制备一系列Bi₁₂O₁₇Cl₂/BiOI复合光催化剂,并在250 W氙灯模拟的可见光条件下,研究摩尔比对Bi₁₂O₁₇Cl₂/BiOI复合催化剂降解罗丹明B的影响.同时,利用XRD、XPS和UV-vis DRS手段对复合催化剂的结构、复合情况、光学性质进行表征.结果表明：当Bi₁₂O₁₇Cl₂与BiOI进行复合后,其光响应效果大幅度提高,二者之间成功建立起异质结结构,且复合后的催化剂在可见光下对罗丹明B的降解效率较纯Bi₁₂O₁₇Cl₂和BiOI均有明显的提高.其中,当Cl/I摩尔比为2∶1时,所得复合催化剂的降解效果最好,降解率可达95%.     

二氧化铈-银/碘化银光催化剂的制备及水中有机污染物去除性能

半导体光催化技术对水中有机污染物有较好的处理效果,且不会造成二次污染,因此是一种很有前景的废水处理技术.传统的光催化材料几乎不能有效地利用可见光进行光催化反应,因而寻求和开发出新型可见光驱动光催化材料很有必要.铈作为我国地藏丰富的稀土元素之一,其氧化物二氧化铈有着n型半导体的性质,具有成本低、可作为催化剂复合材料等优点...     

新型多酸-有机胺-分子筛杂化光催化剂的制备、表征及其光催化性能研究

通过软化学手段制备了一系列新型耐水性多金属氧酸盐—有机胺—分子筛杂化光催化剂K5Ni(H2O)PWllO39—APS—MCM—48(41)(APS＝(C2H5O)3SiCH2CH2CH2NH2)，通过XRD、UV／DRS、FT—IR、ICP—AES和元素分析等手段，对其组成和结构进行了表征，并考察了此类杂化光催化剂对可溶性染料罗丹明B(RB)的催化活性．实验结果表明，此类杂化光催化剂光催化活性高于直接光解和均相体系中K5[Ni(H2O)PWl1O39](PWllNi)的光催化活性，在90min内使RB的转化率超过了90％．并且，该催化剂的耐水性好，反应过程中不易溶脱，可重复使用．     

Sm~(3+)掺杂纳米TiO_2的制备及其可见光光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备Sm3+掺杂Ti O2催化剂,以可见光照下罗丹明B的光催化降解为模型反应考察其光催化性能。结果表明在煅烧温度500℃、Sm3+掺杂量1%时所制的Sm3+-Ti O2具有最优异的光催化性能。紫外可见漫反射(DRS)、扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)等表征结果表明,稀土Sm3+的掺杂不仅使Ti O2的光吸收带边拓展至可见光区,而且抑制了Ti O2晶相由锐钛矿向金红石相的转变以及晶粒的烧结,增大了其比表面积,从而使Sm3+-Ti O2具有良好的可见光催化性能。     

通过部分刻蚀策略制备具有增强载流子转移的TiO2@NH2-MIL-125(Ti)复合材料用于光催化还原Cr(VI)

金属-有机骨架(MOFs)材料具有孔隙率高、比表面积大、晶体高度有序、结构和功能可调控等独特优势,但是由于单一MOF材料导电性差、电子-空穴复合快等缺点,严重限制了光催化性能。因此,利用MOF基复合材料在两组分间的协同作用以获得增强的光催化性能引起了研究者的广泛关注。本文采用蒸馏水原位刻蚀法制备了具有不饱和钛-氧簇、介孔结构和紧密界面的TiO₂@NH₂-MIL-125(Ti)纳米复合材料。X射线光电子能谱表明TiO₂和NH₂-MIL-125(Ti)之间具有很强的电子相互作用,证实了TiO₂@NH₂-MIL-125(Ti)纳米复合材料的形成。光电化学测试和热力学测试表明TiO₂@NH₂-MIL-125(Ti)纳米复合材料提高了异质结界面载流子的电荷分离效率,降低了载流子的转移阻力,这有利于光激发电子的转移和Cr(VI)的还原。因此,与原始NH₂-MIL-125(Ti)和NH₂-MIL-125(Ti)完全衍生的TiO₂相比,最优的TiO₂@NH₂-MIL-125(Ti)纳米复合材料(MT-2)表现出良好的光催化还原Cr(VI)性能。基于自由基捕获实验和电子顺磁共振波谱测试结果,推测了TiO₂@NH₂-MIL-125(Ti)纳米复合材料增强光催化活性的II型机理。     

响应曲面法优化MIL-100(Fe)光催化降解三氯卡班

采用自制的金属有机框架MIL-100(Fe)为光催化剂,以三氯卡班的降解率为响应因子,应用响应曲面法(RSM)对影响TCC降解率的主要因素进行了优化,建立了MIL-100(Fe)光催化降解TCC的亊次多项式模型.获得最佳光降解条件为:TCC初始浓度为1.00 mg/L,H2O2浓度为0.10 mmol/L,pH值为13...     

可见光催化剂钼酸银的合成及其光催化性能

采用水热法制备了可见光催化剂钼酸银,并利用X射线衍射、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜等技术对制备的样品进行了表征。以罗丹明B(Rh B)为模拟污染物,对钼酸银的可见光光催化性能进行了分析。分析结果表明:当水热温度为120℃和140℃时,所得的钼酸银为Ag_6Mo_(10)O_(33),形貌分别为纳米棒和纳米线;水热温度为180℃时,所得的钼酸银为Ag_2Mo_2O_7,形貌为表面光滑的多面体。其中,具有纳米线状结构的Ag_6Mo_(10)O_(33)具有最佳的可见光催化性能,在可见光下照射60 min,Rh B的降解率可达94.4%。     

纳米TiO2的制备及甲醛光催化降解的研究

以钛酸丁酯为前驱体，采用溶胶—凝胶法制备Ti02粉体，并通过TEM和XRD对其进行了结构性能表征。将Ti02粉体制备成薄膜后，进行甲醛的光催化降解实验，考察了制备条件对光催化性能的影响。TEM和XRD检测结果表明，Ti02粉体平均粒径为10-40nm，晶型绝大部分为锐钛型。实验研究表明，在溶肢体系pH＝3，钛酸丁酯5mL，无水乙醇34mL，去离子水2mL，冰醋酸2mL，活化温度600℃，活化时间5h条件下，制得的Ti02光催化活性最高。     

Nb_2O_5/CdS纳米粒子的制备及其光催化性能研究

通过简单的沉淀法合成了Nb2O5/Cd S纳米粒子,利用XRD、TEM、XPS对其进行了表征,采用制备的Nb2O5/Cd S纳米粒子在可见光照射下对罗丹明B进行了降解实验.结果表明:负载在Nb2O5表面上的Cd S粒径大小较均一,约为35 nm,在可见光照射下,Cd S质量比为20%的Nb2O5/Cd S纳米粒子光催化活性最佳,可见光照射下3 h对罗丹明B降解率为98%,经过3次循环利用,发现其具有良好的光催化稳定性.     

纳米TiO_2/玻璃纤维光催化降解罗丹明B的研究

利用负载纳米TiO_2的玻璃纤维对罗丹明B有机染料的光催化降解,分析纳米TiO_2的光催化降解性能.通过扫描电镜观察了纳米TiO_2样品的形貌,X射线衍射仪对所得样品进行结构分析,并用紫外可见分光光度计研究了纳米TiO_2光催化降解罗丹明B的效果.研究结果表明,纳米TiO_2对罗丹明B的光催化降解率受反应条件的影响较大.其最佳工艺条件:1.0×10~(-4)mol/L的罗丹明B溶液、Ti片质量0.05 g、400℃煅烧处理、反应液p H=0.     

可见光活性Ag/g-C3N4复合光催化剂的光还原制备及其光催化性能研究

以硝酸银与三聚氰胺为原料,采用简单的热解和光还原法制备出纳米银负载的复合可见光催化剂Ag/g-C₃N₄,并通过XRD、TEM、EDX、FT-IR、UV-vis、PL、XPS对样品进行表征,结果表明在所制备的Ag/g-C₃N₄复合光催化剂中纳米Ag粒径为5~15 nm,在g-C₃N₄载体上均匀分散。对不同质量分数的Ag/g-C₃N₄复合光催化剂的光催化评价结果表明：当Ag/g-C₃N₄的质量分数为25%时,样品25-PACN有较强的光吸收以及较低的电子空穴复合率而表现出最高的光催化活性,对罗丹明B的降解率达75%;5次循环实验后,25-PACN的活性仍在60%左右,稳定性较好。     

蒲公英状氧化锌的合成及光催化性能研究

以六水合硝酸锌和脲为原料,经水浴加热,高温煅烧,获得具有蒲公英状的氧化锌.通过X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和BET对氧化锌的结构和形貌进行了表征,以及采用紫外漫反射仪对氧化锌的紫外吸收进行了测定,并研究了所制备的氧化锌对溶液中罗丹明B的光催化降解性能.实验结果表明:制备的氧化锌具有分级结构,对罗丹明B具有较好的光催化性能,光照反应1h,对罗丹明B(1.0×10-5 mol/L)的降解率达98.97%.     

氯取代金属酞菁的制备及疏水异相光催化性能研究

以尿素-苯酐法固相反应合成两种疏水性金属十六氯酞菁MPcCl16（M—Cull,Zn）,在可见光（A≥420nm）的照射下以有机染料罗丹明B（RhodamineB,RhB）和2,4一二氯苯酚（2,4-DCP）的光催化降解为探针反应,研究了催化剂对有机污染物的光催化降解活性．结果表明,ZnPcCl16和CuPcCl-e均能活化分子氧（O2）使RhB发生有效降解．二者在可见光下最佳降解条件皆为：pH=3．0,催化剂用量为0．64g／L．通过紫外可见光谱（UV—Vis）的测定分析,可见光照300min后,CuPcCl16和ZnPcCl16使RhB降解率分别达到84％和89％;光照540min后,使无色有毒小分子2,4-DCP降解率分别达到72％和40％．同时,这两种催化剂测循环稳定性较好．     

3DOM-TiO2-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。