中孔Ag微米盘/ZnO纳米棒阵列异质结的构筑及光催化研究

利用简单的两步合成法制备得到新颖的中孔Ag微米盘（HMDs）/ZnO纳米棒（NRs）异质结,主要包括上晶种和异质外延生长.通过简单的合成参数调控,可以制备不同纳米直径、不同长度、不同形状的ZnO NRs,进而制成不同形貌的Ag/ZnO异质结.结构新颖的Ag/ZnO异质结由一维（1D）半导体和二维（2D）纳米结构元构成,Ag/ZnO异质结具有高比表面积和开放的空间结构,在光电领域具有很重要的应用潜力.在光催化测试中,Ag/ZnO异质结表现出优越的催化活性,主要归因于结构独特的Ag/ZnO异质结的协同效应.     

2D TiO2/Ag3PO4异质结复合催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶剂热法制备了二维TiO₂纳米片（2D TiO₂）,然后通过原位生长法在其表面沉积Ag₃PO₄,得到2D TiO₂/Ag₃PO₄异质结复合光催化材料。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见分光光谱法（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附法（BET）等手段对催化材料进行了表征,评价了2D TiO₂/Ag₃PO₄在可见光下催化降解罗丹明B （RhB）的性能,并结合荧光和电化学测试结果,提出了2D TiO₂/Ag₃PO₄的可见光催化机理。结果表明,2D TiO₂/Ag₃PO₄的吸附-光催化降解性能随着Ag₃PO₄含量的增加而提高;少量H₂O₂可以极大地提高2D TiO₂/Ag₃PO₄的光催化活性;光催化降解RhB过程中的主要活性物质是·OH和·O^-₂,异质结的存在使2D TiO₂/Ag₃PO₄具有比2D TiO₂更优异的光催化活性、电荷分离能力和更快的光电子转移速率。     

CdS修饰金红石/锐钛矿混合晶相TiO_2双异质结薄膜的光催化性能研究

采用化学气相沉积法在Ti基上制备了金红石相TiO2纳米棒(A-TiO2 NRs),将其在低浓度的TiO2溶胶中浸泡后退火得到锐钛矿/金红石混合晶相TiO2核壳结构(A/R-TiO2 NRs).采用化学水浴沉积法在该结构表面修饰CdS纳米晶颗粒,得到CdS纳米晶粒修饰的锐钛矿/金红石混合晶相TiO2三元双异质结(CdS-A/R-TiO2 NRs)薄膜.将该纳米复合薄膜用做光催化剂在模拟太阳光照射下降解目标污染物甲基橙.实验结果表明,A/R-TiO2 NRs薄膜样品的光催化活性优于纯R-TiO2 NRs样品;而CdS-A/R-TiO2 NRs混合晶相双异质结薄膜的光催化活性有更显著的增强.     

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.     

原位阳离子交换法合成2D/0D SnS_2/Ag_2S异质结光催化剂及其还原Cr(Ⅵ)性能

将SnCl_4·5H_2O和硫脲反应,运用一步水热法合成了六边形结构的SnS_2纳米片.以SnS_2为前躯体,将不同浓度的AgNO_3水溶液加入到SnS_2分散溶液中,通过阳离子交换法成功合成了2D/0D SnS_2/Ag_2S异质结光催化剂.采用XRD,XPS,SEM,TEM等对催化剂进行了表征,通过可见光下还原Cr(Ⅵ)来评价SnS_2/Ag_2S异质结催化剂的催化活性.结果表明:在可见光照射2 h后,与纯相SnS_2相比,SnS_2/Ag_2S表现出明显增强的光催化活性,当AgNO_3浓度为0.8 mmol·L~(-1)时,样品表现出最佳的Cr(Ⅵ)还原性能.     

可见光响应g-C3N4/Ag3PO4Ⅱ型异质结的调控制备及其光催化活性研究

结合溶剂热和原位沉积法合成了一系列可见光驱动g-C3N4/Ag3PO4(CN-A1,CN-A2,CN-A3)Ⅱ型异质结光催化剂.合成的CN-A异质结呈纳米棒状结构,其中g-C3 N4纳米棒作为负载Ag3 PO4粒子的载体.制备的CN-A异质结光催化剂对可见光有较强的吸收能力.以罗丹明B为模拟污染物进行的光催化测试表明,...     

空心绣球状MoS2/ZnS/ZnO异质结材料的制备及太阳光下降解四环素的研究

采用水热法制备绣球状ZnO纳米微球,再以其为晶核,通过原位生长及氨的渗入腐蚀成功制备了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结光催化材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS、BET及UV-VIS对样品的形貌、组织结构、成分、比表面积及光吸收等性能进行了表征。探讨了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料的形成机制,研究了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料催化降解机理及四环素的降解过程。结果表明：尺寸均一、比面积大的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料不仅能实现宽窄带隙材料的有效杂化,促进材料对太阳光中可见光的利用,还能使光生电子及空穴分别转移至ZnO CB和MoS₂ VB中,有效地分离了光生电子空穴,光催化性能最佳。在太阳光模拟器的照射下反应2 h之后,8 h合成的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料对四环素的降解效果最好,降解率高达91%。     

MoS2@ZnO异质结纳米材料的制备及光催化性能

本论文通过超声法制备了形貌均一的MoS2@ZnO异质结光催化材料. 采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱（PL）、光电流密度测试等方法对样品的形貌和结构进行表征. 扫描电镜结果表明,MoS2@ZnO异质结复合材料是由直径约50～100 nm的ZnO纳米球包裹MoS2纳米片组成的. 光致发光光谱（PL）、光电流密度测试结果表明,MoS2(1.0%)@ZnO异质结能更有效地分离光生电子和空穴对,使得它们的复合机率降低,提高其光催化效率. 以初始质量浓度为15 mg/L的亚甲基蓝(MB)为模拟废水,研究纯ZnO纳米球和MoS2纳米片质量分数为0.5%、1.0%和2.0%的MoS2@ZnO异质结复合材料在250 W Xe灯下的光催化活性,研究结果表明 MoS2(1.0%)@ZnO 异质结材料对亚甲基蓝的光催化降解效率相比纯ZnO纳米球提高了15.2%. 并且经3次循环实验后,MoS2(1.0%)@ZnO异质结材料的光催化性基本不受影响,说明了MoS2(1.0%)@ZnO 异质结光催化材料的稳定性.     

非贵金属纳米异质结催化光解水产氢的研究进展

催化光解水产氢是一种经济高效和可持续的产氢方式,有望得以广泛应用.但受限于其低催化效率,该技术仍未实现商业化应用.发展低廉、高效的纳米异质结催化剂有望解决该问题.本文将从光解水产氢的机理,非贵金属助催化剂的选择原则及纳米异质结构筑策略和其研究进展等几方面展开深入探讨,并就这方面存在的问题和解决办法做出展望,以期启发高效非贵金属纳米异质结的构筑.     

暴露锐钛矿高能晶面的异质结TiO_2/SrTiO_3光电化学性能研究

通过两步阳极氧化法结合水热法,制备不同水热反应时间条件下的异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场发射投射电镜(FE-TEM)表征手段对异质结TiO_2/SrTiO_3材料进行表征,并通过开路电压谱和瞬态光电流图谱分析对异质结光催化材料的光电化学特性进行了研究,同时紫外光下降解罗丹明B(Rh.B)来研究异质结TiO_2/SrTiO_3材料的光电催化活性和耐光腐蚀稳定性.实验研究表明,TiO_2表面发生原位取代形成Sr TiO_3晶体颗粒,并促使TiO_2锐钛矿(004)晶面的趋向生长.水热1~5,h的异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列仍具有较好的催化活性.通过光电性能测试,水热反应2,h后的异质结材料表现出最好的光电化学特性.此外,光电催化结果表明,光电催化200,s、水热反应2,h的异质结材料的降解率是纯TiO_2纳米管的1.71倍,且表现出较好的耐光腐蚀稳定性.     

简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料开放实验设计

构建一种简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料的开放式实验教学模式.利用开放实验平台,使用简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料,采用扫描电子显微镜及能谱仪对材料的形貌及成分进行表征,并在可见光条件下对其进行光催化降解罗丹明B实验.实验结果表明:ZnO/Cu_2O复合材料的光催化性能要优于纯ZnO的光催化性能.新的教学模式以学生为中心,可充分调动学生的科研兴趣,培养学生的实践能力、自主思考能力和创新能力.     

海胆状Ag/g-C_3N_4/ZnO三元复合高效光催化材料的制备

通过简单的二步水热法制备了一种具有良好光催化特性的海胆状Ag/g-C_3N_4/ZnO三元复合光催化材料,通过SEM,TEM,XRD,XPS和UV-Vis DRS等表征方法对材料进行了表征。SEM和TEM结果表明,该材料是以螺旋杆状ZnO纳米棒自组装而成的海胆状ZnO为基体的三元复合物。XPS分析表明,在Ag,g-C_3N_4与ZnO之间形成了双异质结结构。UV-Vis DRS测试表明,所得复合材料与纯海胆状ZnO相比,其吸收带边发生了较大的红移,对可见光吸收增强。氙灯照射下光催化实验结果表明,该材料相较于纯海胆状ZnO,光催化性能显著提高,效率达到97%。最后探究了Ag/g-C_3N_4/ZnO特殊的形貌结构、纳米Ag的局域表面等离子共振效应(LSPR)及g-C_3N_4与ZnO异质结的形成等因素对光催化性能的影响。     

Bi_2O_3/BiOCl异质结光催化剂降解罗丹明B

采用机械研磨法制备Bi2O3/BiOCl异质结光催化剂,并用XRD、SEM进行表征。以可见光为光源,罗丹明B为目标污染物,研究了Bi2O3/BiOCl异质结的光催化性能。结果表明,异质结Bi2O3和BiOCl的比例对光催化效果影响显著,其光催化性能好于单独使用Bi2O3、BiOCl和商用TiO2。     

BiOCl/CdSe复合材料的制备及可见光催化性能研究

异质结的构建是提高光催化剂性能的有效途径．通过两步法，以BiOCl为基底原位生长CdSe纳米颗粒成功制备了一系列BiOCl/CdSe复合材料．利用XRD、SEM、TEM等对材料进行表征，结果证明CdSe在BiOCl表面均匀分布，并且BiOCl与CdSe之间成功构建了有效的异质结．在可见光照射下，与纯BiOCl和CdSe相比，复合材料在光催化降解四环素方面表现出优异的性能．其中，BC-1在1 h内可有效降解81.7%的四环素．更重要的是，通过循环套用证明，该复合材料重复使用4次后仍有较高的稳定性．自由基捕获实验证明，空穴(h⁺)和超氧自由基(·O₂^-)在降解过程中起着主要作用．     

Bi_2MoO_6/g-C_3N_4Z型异质结的合成及其光催化性能的研究

本研究制备了Bi_2MoO_6/g-C_3N_4 Z型异质结光催化剂。通过XRD和紫外-可见漫反射光谱表征来测试样品的晶体结构和光吸收性能等性质。结果表明:掺杂Bi_2MoO_6形成异质结后,g-C_3N_4的禁带宽度变窄,增强了光催化活性。以罗丹明B为目标污染物,在可见光下研究了pH对Bi_2MoO_6/g-C_3N_4的光催化降解性能的影响,研究显示Bi_2MoO_6/g-C_3N_4光催化性能优于g-C_3N_4,在光照1 h内基本可将污染物100%完全降解。最后通过捕获实验验证在光催化过程中起主要作用的是O~-_2·自由基,并推测出可能的光催化机理。     

In(OH)_3InOOH异质结的热处理法制备与光催化性能研究

以聚乙二醇(PEG)4000作为分散剂,采用常压回流法合成了形貌和尺寸较为均一的棒状In(OH)_3纳米晶体,并以此为前驱体,通过热处理法分别获得了In(OH)_3/InOOH异质结、In(OH)_3/In_2O_3异质结和In_2O_3纯相纳米棒,初步研究了各样品对甲基紫的光催化降解性能.TG,XRD,UVDRS等实验结果表明,煅烧温度是不同结构异质结形成的关键因素,不同热处理温度所得样品的光催化活性不同,180℃下热处理所得In(OH)_3/InOOH异质结的光催化活性最高,40min内甲基紫的脱色率可达到99.7%.     

异质结复合材料KNbO3/BiOCl的制备及其对盐酸四环素的光催化降解

通过水热法和溶剂热法制备了异质结复合材料KNbO₃/BiOCl,考察了材料的形貌、晶型、光电性能等。以盐酸四环素为目标污染物探讨复合材料组成、用量和污染物初始浓度对降解效果的影响。实验表明,在模拟太阳光照下,当KB-3用量为9 mg,目标物浓度为10 mg/L时,光催化降解效率达到94.5%。降解机理研究表明,h⁺、·OH和·O^-₂是光催化过程中的活性物质。异质结的形成,有助于提升光的利用率,增强盐酸四环素的光催化降解。     

Ag/α-Fe_2O_3/g-C_3N_4光催化降解罗丹明B

为了使g-C_3N_4光生电子和空穴容易复合,改善可见光响应低等缺点,该实验中采用溶胶-凝胶法将g-C_3N_4和α-Fe_2O_3进行复合形成g-C_3N_4异质结光催化剂,再采用光沉积法将Ag沉积在α-Fe_2O_3/g-C_3N_4上,构建Z型机制Ag/α-Fe_2O_3/g-C_3N_4催化剂材料,改善光生电荷的分离和传输能力及可见光响应,进一步增强其光催化降解污染物活性.最后通过XRD、FT-IR、XPS、SEM、TEM、紫外-可见漫反射光谱表征光催化剂结构和性能,并以染料罗丹明B溶液模拟废水,研究催化剂的降解动力学特性,通过活性基团捕获实验探究光催化机制.实验结果表明:(1)α-Fe_2O_3和g-C_3N_4复合形成异质结,当α-Fe_2O_3负载量为3%时,α-Fe_2O_3/g-C_3N_4光催化性能比纯的g-C_3N_4有了明显的提高,光催化性能降解罗丹明B达到79%.(2)Ag负载在α-Fe_2O_3/g-C_3N_4,当Ag的负载量为3%时,在可见光下3.5 h能够对罗丹明B达到95%以上的降解.(3)Ag/α-Fe_2O_3/g-C_3N_4增强的光催化剂性归因于α-Fe_2O_3和g-C_3N_4形成异质结以及Ag加入后形成Z型异质结结构.     

TiO_2/x-GO纳米复合纤维的制备及其光催化性能的研究

为了提高TiO_2半导体的光催化性能,以钛酸四丁酯为钛源,氧化石墨烯(GO)粉末为添加剂,制备了不同GO浓度的前驱体溶液,然后采用静电纺丝法制备了TiO_2/x-GO纳米复合纤维。利用XRD,SEM表征分析了纳米复合纤维的物相结构、成分、结晶性和微观形貌。将纳米复合纤维加入亚甲基蓝溶液中,以可见光照射条件下亚甲基蓝的光催化降解率来表征纳米复合纤维的光催化性能。结果表明:添加GO粉末可降低TiO_2的团聚,提高其在纤维中的分散性,增大TiO_2/x-GO纳米复合纤维的比表面积;GO与TiO_2形成的异质结有利于提高TiO_2纳米复合纤维的结晶性和光催化性能。TiO_2/2-GO的光催化效果达到最佳,降解60 min时可达到99%的降解率。此外,使用静电纺丝制备的TiO_2/x-GO纳米复合纤维可避免TiO_2在使用过程的损耗而造成的浪费,更好地满足工业废水处理的需求。     

BiO2-x/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能的研究

采用简单的一步水热法制备得到片状结构的BiO_2-x,然后通过溶剂热法将BiO_2-x与BiOCl进行复合,制备一系列BiO_2-x/BiOCl异质结复合材料。采取一系列测试的手段对所制备的BiO_2-x/BiOCl复合材料进行表征实验,对复合物的晶相构成、晶体形貌、稳定性进行研究。以罗丹明B(RhB)模拟作为难降解污染物,对所制备的BiO_2-x/BiOCl复合材料的光催化性能进行测试,结果表明一定比例的BiO_2-x/BiOCl复合物比纯的BiO_2-x, BiOCl能够更快、更好、更彻底地降解有机污染物,具有更显著的光催化活性。同时经过5次循环实验及反应前后的XRD图谱表明所制备的材料具有优异的光化学稳定性,并且可以多次重复利用。基于自由基捕获实验,我们提出了可能的光催化机理。