石墨烯基TiO_2光催化剂的研究进展

综述了石墨烯基TiO2光催化剂复合材料如石墨烯-TiO2、氧化石墨烯-TiO2和还原氧化石墨烯-TiO2的最新研究进展。概述了这些材料的制备方法、相关的基本原理和石墨烯基复合材料在污染物光催化降解方面和水分解制氢的应用。     

石墨烯/纳米TiO_2复合材料的制备及光催化还原性能

为探索超声辅助下利用紫外光及耦合热还原工艺制备RGO/纳米TiO_2复合材料的方法,并对其在缺氧水体中的光催化还原特性进行研究,首先,以鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),进而通过超声/紫外光还原工艺制备了还原氧化石墨烯(RGO);然后,以钛酸丁脂和RGO为前驱物,采用溶胶-凝胶法并在氮气保护下高温加热制备了RGO/纳米TiO_2复合光催化材料;接着,利用FTIR、XRD、BET及紫外-可见光谱等对RGO/纳米TiO_2复合材料进行了结构性能表征;最后,以2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为探针物,研究了RGO/纳米TiO_2在缺氧水体中的光催化特性与2,4-D降解机制。结果表明:采用低温氧化Hummers法制备的GO六碳环上生成的活性基团较少,采用超声/紫外光还原工艺及耦合高温热还原工艺可使环状结构得到良好的修复;所制备的RGO/纳米TiO_2复合材料具有良好的2,4-D降解能力,在缺氧状态下,2,4-D主要发生光催化还原反应,脱除苯环上的氯,产生氯酚、邻苯三酚及间苯三酚等中间产物,部分2,4-D被氧化降解生成CO_2和H_2O。制备的RGO/纳米TiO_2复合材料具有良好的光催化还原性能。     

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯（GO）和钛酸四丁酯（Ti（OBu）₄）作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO₂复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO₂复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明：Ti（OBu）₄在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO₂颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO₂晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO₂相比,石墨烯/纳米TiO₂复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。     

石墨烯/TiO2纳米复合材料在光催化领域的研究进展

近年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性能成为材料科学领域备受关注的研究前沿和热点。由于石墨烯具有超高的载流子迁移率以及超大的比表面积,将石墨烯与传统的光催化材料复合可显著提高复合材料的光催化性能。综述了石墨烯/TiO2纳米复合材料的研究进展,重点阐述了石墨烯/TiO2纳米复合材料的制备方法及其在光催化领域中的应用,并指出石墨烯/TiO2纳米复合材料的光催化机理是今后研究的重点方向。     

石墨烯纳米复合材料在光催化应用中的研究进展

石墨烯即"单层石墨片",是近年来人们发现和合成的具有独特的单原子层、二维晶体结构的纳米材料.利用石墨烯与半导体材料复合以提高光催化活性,已成为新型光催化研究的热点之一.对石墨烯及其应用进行了简单的叙述,重点报道了石墨烯在光催化制氢、光催化降解和光电转换应用方面的研究动态,以及用不同方法合成的石墨烯光催化复合材料,为以后石墨烯与其他材料的复合提供了实验依据.     

rGO/ZnO纳米复合材料的制备及其光催化降解性能及机理研究

采用一锅法制备具有可见光活性的还原氧化石墨烯(rGO)/ZnO纳米复合材料，将其应用于光催化降解罗丹明B(RhB),并获得了优异的降解效果。结果表明：该复合材料具有六方纤锌矿结构，rGO均匀包覆在ZnO上，表面光滑呈现出颗粒及不规则片状。rGO/ZnO对RhB的降解率为97.8%,催化活性优于单独的ZnO。自由基捕获实验表明，光催化降解RhB的活性物种主要是·OH^-和·O^-₂,并由此推测了光催化降解机理。     

还原氧化石墨烯负载极性面占优氧化锌对亚甲基蓝的光催化降解

采用光还原方法将氧化石墨烯负载在极性面占有的氧化锌六棱盘上合成出氧化锌-还原石墨烯复合光催化材料。在紫外-可见光辐照下,该复合材料的光催化降解亚甲基蓝活性得到明显提高。光催化性能的提高主要归因于还原氧化石墨烯对光生电子的捕获抑制了电子和空穴的复合以及还原氧化石墨烯对亚甲基蓝分子的有效吸附。还原氧化石墨烯的最优负载量约为2%,同时负载的还原石墨烯对光的吸收可在一定程度上减少复合材料对光子的利用率。     

TiO2/石墨烯夹层结构复合材料的制备及光催化性能

以氧化石墨烯（GO）、1, 12-二氨基十二烷(C₁₂H₂₈N₂)、TiO₂溶胶为原料,通过预插层-离子交换-煅烧法制备TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料。采用XRD、Raman、FTIR、TEM、TG、UV-Vis和PL对TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料进行表征,并研究不同TiO₂含量的TiO₂/石墨烯纳米复合材料对环丙沙星（CIP）的光催化降解性能。在煅烧过程中,TiO₂的晶化和GO的还原同时进行。根据XRD和FTIR结果推断,TiO₂纳米颗粒在石墨烯层间原位生成,并通过化学键固定在石墨烯上,形成了石墨烯/TiO₂/石墨烯夹层结构。当TiO₂的质量分数为65.5wt%时,TiO₂/石墨烯复合材料表现出对环丙沙星最佳的光催化活性,150 min光照后降解率为90%高于纯TiO₂     

ZnS/还原氧化石墨烯复合材料的制备及光催化性能

水热法一步合成ZnS/还原氧化石墨烯（ZnS/RGO）复合材料,通过XRD、FTIR、Raman、SEM分析溶剂（乙醇、水）对ZnS/RGO复合材料形貌和结构的影响。结果表明,以乙醇为溶剂制备的ZnS颗粒尺寸小、均匀分散在石墨烯片层上,在形成ZnS纳米颗粒的同时将氧化石墨烯（GO）还原成石墨烯。对亚甲基蓝（MB）的光催化结果显示,ZnS/RGO复合材料具有优异的光催化性能,其光催化速率是纯ZnS颗粒的3.7倍,石墨烯作为优良光生电子的传输通道和收集体能够降低光生电子-空穴对的重新结合率,极大提高了ZnS/RGO复合材料的光催化性能。      

TiO2/石墨烯纳米复合材料的合成及其光催化应用研究进展

以石墨烯材料修饰TiO2半导体光催化材料能够促进电子-空穴的有效分离,增大半导体表面的氧化物种富集程度,提高光催化活性。因而石墨烯-TiO2复合材料在光催化领域中被广泛研究。综述了TiO2负载在石墨烯膜/片上结构、TiO2-石墨烯异质结结构、TiO2-石墨烯核-壳式结构、TiO2-石墨烯及其他掺杂物纳米复合材料的制备,及其在光催化应用中的最新研究进展。     

Recent Advances and Perspectives of Core-Shell Nanostructured Materials for Photocatalytic CO2 Reduction

Photocatalytic CO₂ conversion into solar fuels is a promising technology to alleviate CO₂ emissions and energy crises. The development of core-shell structured photocatalysts brings many benefits to the photocatalytic CO₂ reduction process, such as high conversion efficiency, sufficient product selectivity, and endurable catalyst stability. Core-shell nanostructured materials with excellent physicochemical features take an irreplaceable position in the field of photocatalytic CO₂ reduction. In this review, the recent development of core-shell materials applied for photocatalytic reduction of CO_{2 is introduced}. First, the basic principle of photocatalytic CO₂ reduction is introduced. In detail, the classification and synthesis techniques of core-shell catalysts are discussed. Furthermore, it is also emphasized that the excellent properties of the core-shell structure can greatly improve the activity, selectivity, and stability in the process of photocatalytic CO₂ reduction. Hopefully, this paper can provide a favorable reference for the preparation of efficient photocatalysts for CO₂ reduction.     

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180℃,反应时间为16 h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18 nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45 nm。在可见光照射(λ>420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的TiO2。     

TiO2光催化还原CO2研究进展

简要综述了近年来用于光催化还原CO2的Ti O2材料,包括单一Ti O2光催化材料、金属负载型Ti O2材料、半导体复合Ti O2光催化材料、有机光敏化剂修饰Ti O2光催化材料、Ti O2分子筛光催化材料及其他Ti O2光催化材料,总结了各种Ti O2材料光催化CO2的优势,并介绍了其相应的光催化反应机理。     

A Review of Phosphorus Structures as CO2 Reduction Photocatalysts

Effective photocatalytic carbon dioxide (CO₂) reduction into high-value-added chemicals is promising to mitigate current energy crisis and global warming issues. Finding effective photocatalysts is crucial for photocatalytic CO₂ reduction. Currently, metal-based semiconductors for photocatalytic CO₂ reduction have been well reviewed, while review of nonmetal-based semiconductors is almost limited to carbon nitrides. Phosphorus is a promising nonmetal photocatalysts with various allotropes and tunable band gaps, which has been demonstrated to be promising non-metallic photocatalysts. However, no systematic review about phosphorus structures for photocatalytic CO₂ reduction reactions has been reported. Herein, the progresses of phosphorus structures as photocatalysts for CO₂ reduction are reviewed. The fundamentals of photocatalytic CO₂ reduction, corresponding properties of phosphorus allotropes, photocatalysts with phosphorus doping or phosphorus-containing ligands, research progress of phosphorus allotropes as photocatalysts for CO₂ reduction have been reviewed in this paper. The future research and perspective of phosphorus structures for photocatalytic CO₂ reduction are also presented.     

二氧化钛基纳米材料及其在清洁能源技术中的研究进展

二氧化钛纳米材料是当前纳米科技的研究热点,其在太阳能光催化分解水制氢、二氧化碳的光催化还原、染料敏化太阳能电池等清洁能源技术方面均显示了重大的应用前景.本文主要综述了近年来二氧化钛基纳米材料的研究趋势、存在的主要问题,以及这些材料在上述清洁能源利用中的最新进展.对备受关注的非金属掺杂、高能面暴露的二氧化钛、染料敏化太阳能电池阳极致密层等热点问题进行了评述和展望.     

Ligand-Assistant Iced Photocatalytic Reduction to Synthesize Atomically Dispersed Cu Implanted Metal-Organic Frameworks for Photo-Enhanced Uranium Extraction from Seawater

Uranium extraction from natural seawater is one of the most promising routes to address the shortage of uranium resources. By combination of ligand complexation and photocatalytic reduction, porous framework-based photocatalysts have been widely applied to uranium enrichment. However, their practical applicability is limited by poor photocatalytic activity and low adsorption capacity. Herein, atomically dispersed Cu implanted UiO-66-NH₂ (Cu SA@UiO-66-NH₂) photocatalysts are prepared via ligand-assistant iced photocatalytic reduction route. N—Cu–N moiety acts as an effective electron acceptor to potentially facilitate charge transfer kinetics. By contrast, there exist Cu sub-nanometer clusters by the typical liquid phase photoreduction, resulting in a relatively low photocatalytic activity. Cu SA@UiO-66-NH₂ adsorbents exhibit superior antibacterial ability and improved photoreduction conversion of the adsorbed U(VI) to insoluble U(IV), leading to a high uranium sorption capacity of 9.16 mg-U/g-Ads from natural seawater. This study provides new insight for enhancing uranium uptake by designing SA-mediated MOF photocatalysts.     

电化学制备石墨烯/纳米TiO2复合材料及光催化性能

在恒定直流下,采用高纯石墨棒为原料,混合无机酸溶液为电解液,采用一步电化学剥离法制备石墨烯（G）,所制备的G可稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中。以钛酸丁脂和G为前驱物,采用溶胶-凝胶法在N₂氛围和高温加热下制备出G/nano TiO₂复合光催化材料;利用XRD、FTIR、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、XPS、SEM和TEM等技术对G和G/nano TiO₂复合材料进行了结构性能及微观形态表征。以3,5-二硝基水杨酸（DNS）为探针物,研究了在缺氧的水体中G/nano TiO₂不同投加量的光催化效率与DNS降解机制。结果表明：采用恒压一步电化学剥离法所制备的G层与层之间剥离程度良好,片层通透性较高,六碳环上生成的含氧活性基团较少,G共轭π键结构保持良好;所制备的G/nano TiO₂复合材料中TiO₂结晶良好,颗粒紧密结合,且被固定在有褶皱的G上;降解实验发现,G/nano TiO₂复合材料具有降解DNS良好性能,且投加量对其光催化活性有直接的影响;在缺氧状态下,DNS主要发生光催化还原反应,使苯环上的硝基还原成氨基,生成5-氨基水杨酸和苯三酚等中间产物,部分发生光催化氧化反应,生成CO₂和H₂O。     

Preparation and photocatalytic activity of graphene-modified Ag2S composite

This paper presents a novel visible-light photocatalyst, graphene-modified Ag₂S (GR/Ag₂S), prepared by a facile and effective hydrothermal method with AgNO₃, thioacetamide and graphene oxide (GO) as the precursor. The catalytic activities of the GR/Ag₂S hybrids with different GR content (2%, 4%, 6%) were evaluated by photocatalytic decolourisation of rhodamine B (RhB) solution under visible-light irradiation. The improved photocatalytic activity of GR/Ag₂S composites compared with pure Ag₂S is observed and attributed to the enhanced absorption of organic dyes and increased separation efficiency of photogenerated electron?hole pairs. The 4% GR/Ag₂S sample exhibits the best photocatalytic activity than the others.     

TiO_2-硅藻土复合光催化剂的制备及其对有机染料的降解

为探索用于染料废水处理的新型矿物材料光催化染料复合剂的合成和效果,采用硅藻土表面包覆TiO2,制备TiO2-硅藻土纳米复合光催化剂,研究不同TiO2包覆量、煅烧温度、干燥温度、催化剂用量因素对复合光催化剂降解次甲基蓝效果的影响。结果表明:复合光催化剂的最佳合成条件为:煅烧温度500℃,干燥温度70℃,TiO2包覆量为25%,复合光催化剂处理次甲基蓝用量1g/L。所制备纳米级TiO2-硅藻土纳米复合光催化剂对次甲基蓝的脱色率可达90%。