Bi/BiOI/(BiO)2CO3异质结可见光催化净化NO的性能增强

窄带隙Bi OI光催化剂因电荷重组速率快而导致其可见光下的光催化效率较低.本文以NaBH4为还原剂,采用简单的常温原位组装法在Bi OI上构建氧空位、金属Bi颗粒和Bi_2O_2CO_3共作用,以克服Bi OI的缺点.在合成的三元Bi/BiOI/(BiO)_2CO_3中,氧空位、双异质结(即Bi/BiOI和Bi OI/(BiO)_2CO_3)以及Bi粒子的表面等离子体共振效应均促进了电子-空穴分离和电荷载流子浓度的增加,从而提高了可见光的整体光催化效率.将制备的催化剂用于可见光下去除连续流空气中的ppb级NO.结果表明, Bi/BiOI/(BiO)_2CO_3的NO去除率显著增强,大约为50.7%,并远高于BiOI(1.2%).密度泛函理论计算和实验结果表明, Bi/BiOI/(BiO)_2CO_3复合材料可明显促进光催化NO氧化的活性氧生成.本文可提供一个新的策略来改性窄带隙半导体和探索其他含铋异质结构的可见光驱动光催化剂.XRD结果发现, BOI-70中出现Bi和(BiO)_2CO_3的特征峰,但BOI却很微弱; XPS结果表明,高价态Bi~(3+)被NaBH4部分还原而形成低价态金属Bi颗粒,且I3d峰位结合能进一步证实了BOI-70样品中存在BiOI,由此可见,成功制备了三元Bi/BiOI/(BiO)_2CO_3异质结催化剂, EPR结果表明氧空位的产生.SEM和TEM结果表明, Bi OI和三元Bi/BiOI/(BiO)_2CO_3催化剂为纳米片组装的花状结构.HRTEM的结果进一步显示了金属铋、正方晶相Bi OI和(BiO)_2CO_3对应的晶格间距.紫外-可见光催化去除NO的测试结果表明, BOI-70(50.7%)的光催化活性明显高于BOI(1.2%)和P25(11.5%),且在循环测试实验中表现出优异的稳定性.UV-visDRS测试结果显示, BOI-70具有更强的光吸收;PL结果表明,其光生电子-空穴对的分离效率更高.ESR结果表明,参与反应的主要活性物种为·O2-和·OH自由基.DFT计算结果证实了OVs对电荷载流子的局部环境和快速传输:OV为电子捕获陷阱,使电子从OVs转移到O_2分子形成活性氧物种;O2表面的吸附能从无缺陷BiOI时的–0.29 e V降到有缺陷的–0.76 eV, O-O键长从1.30增至1.37?,说明OVs通过降低氧的吸附能可促进O2分子在光催化剂表面的吸附.综上所述,由于BiNPs的异质结效应和SPR效应以及OVs的存在, Bi/BiOI/(BiO)_2CO_3三元体系的原位组装通过增加载流子浓度和加速电子空穴分离使光催化活性显著增加.     

SrTiO3/BiOI异质结构:界面电荷分离、增强光催化活性和反应机理（英文）

异质结构光催化剂为实现高效的电荷分离,提高光催化性能提供了一种有效的途径.虽然宽禁带和窄禁带光催化剂已经得到了广泛的研究,但它们在接触界面上的电荷分离和转移规律尚未完全揭示.本文采用简便的方法成功地制备了一种新型SrTiO3/BiOI(STB)异质结构光催化剂.该光催化剂中的异质结构可以将光吸收扩展到可见光范围,从而在可见光照射下获得较高的光催化NO去除性能.实验和理论证据表明,BiOI光生电子可以通过预成型的电子传递通道直接转移到SrTiO3表面.XRD和XPS结果表明,SrTO3/BiOI复合材料已成功制备.SEM和TEM图像显示了SrTiO3,BiOI和STB样品的形貌.能量色散X射线(EDX)元素图清楚地表明SrTiO3均匀分布在BiOI纳米片表面,证实BiOI与SrTiO3形成了界面.高分辨率XPS表明,电子从BiOI中Bi和I原子转移到STB化合物中SrTO3的Sr和Ti原子.采用DFT进一步确定了BiOI与SrTiO3相互作用的机制.电子局域函数(ELF)表明,STB的接触界面存在共价相互作用.SrTiO3和BiOI之间生成的共价键导致局域化超额电子(e-ex)的积累.在可见光照射下,界面内的电子交换增强,从而提高反应物活化和ROS生成的效率.采用自制的连续流反应体系,研究了在可见光照射下制备的样品对NO去除的光催化性能.与SrTiO3和BiOI相比,STB具有显著增强的可见光光催化活性,去除率为59.0%.UV-vis DRS显示,STB异质结的光吸收扩展到可见光范围.SrTiO3具有可见光活性,这归因于EPR所描述的氧空位的存在.随后计算态密度(DOS),发现氧空位可以形成缺陷能级,降低激发电子所需的光能.利用ESR光谱发现,STB上的ESR信号强度都要强得多,说明STB异质结具有较好的氧化能力,也说明光生载流子可以通过电子传递通道被有效地分离.原位红外光谱表明,在SrTiO3上,NO主要转化为NO2.STB的加速电荷分离和转移特性,促进活性氧的生成,从而进一步有效地将有毒中间体NO2转化为目标产物.设计并制备的SrTiO3/BiOI异质结光催化剂在可见光辐照下净化空气中NO的效率提高,同时抑制了有毒中间体的生成.通过实验和理论相结合的方法揭示了在两种材料的接触界面上建立的电子传递通道.来自BiOI的光生电子可以通过预先形成的电子传递通道直接转移到SrTiO3表面,从而促进了ROS的生成,所以整体的NO纯化效率和对有毒中间体的抑制作用提高.综上,本文提出了一种简单、新颖的促进空气污染物高效安全净化的策略.     

BiOI/Bi_2WO_6对甲基橙和苯酚的光催化降解及光催化机理(英文)

采用简单的沉积方法制备了不同碘化氧铋含量的BiOI/Bi2WO6光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和BET比表面积测量对其进行了表征。在紫外和可见光的照射下,使用甲基橙和苯酚的光催化降解评价了BiOI/Bi2WO6催化剂的光催化性能。结果表明:与商业P25和纯Bi2WO6相比,13.2%BiOI/Bi2WO6光催化剂具有更高的紫外和可见光催化性能。这明显增加的光催化活性主要归功于光生电子和空穴在Bi2WO6和BiOI界面上的有效转移,降低了电子-空穴对的复合。基于BiOI和Bi2WO6的能带结构,提出了光生载流子的一种转移过程。自由基清除剂的实验表明,·OH,h+,·O2-和H2O2,特别是h+,共同支配了甲基橙和苯酚的光催化降解过程。     

Bi量子点修饰的C掺杂二维BiOCl纳米片:增强的可见光光催化活性和反应路径（英文）

异相光催化技术已经受到了国内外广泛关注,逐渐成为利用太阳能解决能源与环境问题的有效手段.典型异相光催化反应的步骤包括光子捕获、载流子分离与迁移、以及载流子参与光化学氧化还原反应,因此,开发太阳能利用率高、电荷复合率低、载流子迁移效率高的高活性、高稳定性的光催化剂在环境修复和太阳能转化的实际应用中具有极其重要的意义.在半导体光催化剂上同时集成杂原子掺杂和表面等离振子共振效应可以有效提高可见光利用率和电荷分离,实现更好的太阳光利用和光催化效率.因此,我们设计了一种新型的Bi量子点修饰的C掺杂BiOCl光催化剂(C/BOC/B)来去除空气中NOx污染物.首先,通过密度泛函理论(DFT)评估了Bi负载和C掺杂协同提高Bi OCl光催化性能的可行性.理论结果证实,掺杂的C原子可以创造电子通道,诱导电荷定向地从Bi量子点转移到BiOCl(BOC);同时,具有等离子体效应的Bi量子点可以充当光捕获中心和电子供体.因此, C原子掺杂和Bi量子点负载的协同作用,有望进一步提高材料的光催化性能.随后,通过简单的溶剂热法合成了C/BOC/B样品.SEM和TEM图像显示了BOC, C/BOC和C/BOC/B样...     

氧空位对Bi2MoO6的关键作用:促进可见光光催化活性和反应机理

Bi_2MoO_6(BMO)作为一种典型的Bi基光催化剂,近年来受到越来越多的关注并被广泛应用.然而, Bi_2MoO_6的可见光光催化活性仍然存在一些限制,如有限的光响应范围和低电荷分离效率.为了提高光催化活性,研究者采取了各种策略,包括元素掺杂、形成异质结构和形貌控制等.早期研究表明,氧空位可以拓展光催化剂的光吸收区域,并且氧空位是光催化剂表面反应物活化最活跃的位点,可以促进电荷分离和使电子局域化.因此,制备具有氧空位的Bi基光催化剂可能是提高其光催化性能的有效途径.然而,氧空位对Bi_2MoO_6电子结构和光催化反应机理的影响尚不清楚.本文通过在制备过程中加入NaBH_4诱导氧空位形成,合成出了具有氧空位的可见光驱动的Bi_2Mo_6微球(BMO-X).利用UV-visDRS光谱研究了合成后的光催化剂的光学吸收性能,发现在产生氧空位后, BMO-4在可见区域的吸收显著增强,带隙从BMO的2.40 eV降低到BMO-4的2.07 eV.通常,较强的光吸收能力对光催化反应更有利,因为可以产生更多的光生载流子参与光催化作用.将所制备的催化剂用于光催化净化NO,结果表明具有氧空位的Bi_2MoO_6(BMO-4)的可见光催化NO净化效率为43.5%,远高于本体Bi_2MoO_6(BMO)的可见光光催化活性(25.0%).结合实验表征和理论计算结果,探讨了氧空位对Bi_2MoO_6电子结构和光催化净化NO反应机理的影响.采用低温固态电子顺磁共振(EPR)检测了催化剂中的氧空位,在BMO中仅检测到弱的EPR信号,表明BMO中几乎没有氧空位,而BMO-4上的EPR信号非常强,表明NaBH_4的引入诱导产生了大量的氧空位.DFT计算确认BMO-4的带隙内有中间能级形成.XPS测试结果表明,与BMO相比, BMO-4的Bi–O峰值强度略有下降,可能是由于部分Bi–O中缺少O原子以形成氧空位所致.PL结果表明,具有氧空位的Bi_2MoO_6(BMO-4)显示出显著降低的光激发电子-空穴对分离效率,可能是由于氧空位改变了Bi_2MoO_6的电子结构.此外,理论计算结果发现具有氧空位的Bi_2MoO_6的表面电子可以位于氧空位周围,这有利于电荷分离和反应物活化.同时,该结果表明BMO-4中增强的电荷分离归因于氧缺陷对改进的电子结构的影响.此外,电子局域化可以为反应物活化提供额外的活性位点(O_2, NO等),这可以促进BMO-4中自由基的产生和污染物转化.利用原位红外光谱动态监测光催化NO氧化过程.与本体Bi_2MoO_6相比,引入氧空位后的Bi_2MoO_6光催化净化NO的反应机理未改变.但是, BMO-4上终产物的特征峰强度显著增大.此外, BMO-4上明显增加的多种形式的最终产物,桥接硝酸盐消失并转化为更稳定的双齿硝酸盐.这些结果可归因于氧空位可以促进电荷分离和自由基的大量产生,从而增强光催化氧化性能.本工作为理解光催化氧气空位和气相光催化反应机理提供了新的见解.     

利用固溶体和异质结的协同效应增强BiOBr0.5I0.5/BiOI分子氧活化能力光催化去除NO(英文)

层状卤氧化铋(BiOX, X=Br, I和Cl)光催化剂在可见光下具有优异的分子氧活化性,因而对NO的去除具有较好的光催化活性.为了进一步增强其光催化性能,人们设计了一些改性结构的卤氧化铋光催化剂,并显示出了较强的光催化活性.固溶体和异质结是通过提高激子和载流子的分离效率来增强分子氧活化的有效策略.我们前期工作表明,固溶体BiOBr_0.5I_0.5和异质结材料BiOBr/BiOI因其特殊的结构而提高了分子氧活化的光催化活性.然而,固溶体和异质结的协同效应是否可以用于光催化去除NO尚不确定.因此,本文采用一锅热法设计和制备了固溶体和异质结共存的催化剂BiOBr_0.5I_0.5/BiOI,运用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)表征了其基本结构.BiOBr_0.5I_0.5/BiOI与BiOBr_0.5I_0.5和BiOI的光致发光光谱(PL)结果表明, BiOBr_0.5I...     

增强光催化活性的3D分级结构Bi2W06微球及表面酸性

以KNO3为矿化剂,用水热法制备了3D分级结构Bi2WO6微球,通过XRD、SEM、BET对产物进行了表征．探讨了3D分级结构Bi2WO6微球可能的形成机理．以罗丹明B为模型污染物,研究了合成产物的光催化性质．结果表明：在紫外光下,RhB的降解以共轭结构断裂的光催化反应为主;而在可见光照射下,RhB的降解可能是光催化和光敏化共同作用的结果．进一步以吡啶为探针分子,通过吸附吡啶红外光谱探讨了Bi2W06表面酸性与光催化降解RhB之间的关系．研究显示,Bi2W06具有较强的表面酸性,增强了Bi2WO6与RhB分子之间吸附作用,有利于染料分子上的电子跃迁至催化剂上,易于发生光敏化和光催化反应。     

人工氧缺陷对提高Bi2O2CO3纳米片光催化活性和选择性的关键作用

碳酸氧铋(Bi_2O_2CO_3, BOC)是一种新兴的半导体光催化剂.然而,纯BOC具有较强的紫外光吸收能力和较高的载流子复合率,因而其光催化效率较低.本研究通过添加NaBH_4在BOC表面引入氧缺陷(标记为OV-BOC),以拓宽光吸收范围,提高电荷分离效率.结果表明, NaBH_4的加入改变了BOC的表面结构,产生了更多的氧缺陷作为活化反应物的反应位点,使光催化净化NO的去除率由BOC的10.0%提高到OV-BOC的50.2%.XRD、XPS和EPR的测定结果证明了含有氧缺陷的正方晶系BOC的成功合成.SEM和TEM表征发现OV-BOC为纳米片状结构,并且其表面的确因缺陷而形成了晶格条纹的变化.UV-vis DRS、Mott-Schottky和禁带宽度计算结果发现BOC中的氧缺陷可以减小禁带宽度,而PL和SPV的测定结果表明氧缺陷也促进了电荷转移.根据ESR谱和DFT计算结果, OV-BOC的所有活性氧信号强度大大超过BOC,进一步证明氧缺陷可以促进载流子的生成和运输.此外, OV-BOC的·OH信号强度超过BOC,说明氧缺陷可以驱动电子/空穴的分离,从而促进·OH的产生.因此, O_2和H_2O分子的活化被促进,从而产生更多的活性氧参与光催化反应并极大地提高了NO的去除效率.另外,利用原位红外光谱动态监测了光催化氧化NO反应的中间产物的演化过程.结合原位红外光谱和DFT的结果表明,氧缺陷能促进OV-BOC中间产物和表面氧缺陷之间的电子交换,使反应物更容易被活性自由基氧化,这有利于NO转化为目标产物从而抑制毒副产物的生成.该研究为提高光催化剂活性和选择性提供了新的途径,也为理解气相光催化反应机理提供了新的思路.     

Pd增强缺陷态TiO2纳米管阵列的光催化产氢性能

通过光还原沉积法, 利用氧空位诱导作用, 在Ni掺杂的缺陷态TiO₂纳米管阵列(TNT-Ni)上得到金属 Pd含量不同的Pd-TNT-Ni催化剂. 采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见 漫反射(UV-Vis DRS)、 表面光电压(SPV)、 光致发光光谱(PL)和电化学测试等表征手段, 探究了Pd与Ni掺杂的缺陷态TiO₂纳米管阵列之间的强相互作用对其光吸收特性和载流子分离及传输效率的影响, 阐明了强相互 作用对材料光催化活性的调控机理, 提出了Pd增强Pd-TNT-Ni光催化性能的作用机理. 结果表明, 通过光还 原法制备的Pd纳米颗粒尺寸为10~20 nm的Pd₁₂₀-TNT-Ni样品的光响应值为4.22 mA/cm², 是未负载Pd样品光 响应值(1.14 mA/cm²)的3.7倍, 其具有最佳的平均产氢速率(5.16 mmol·g^?1·h^?1), 是TNT样品平均产氢速率 (0.45 mmol·g^?1·h^?1)的12倍, 表明Pd与缺陷态TiO₂纳米管阵列之间的强相互作用驱动了载流子的分离及传输, 且Pd作为电子捕获势阱及反应活性位点, 显著提高了材料的光催化性能.     

ZIF-8衍生的具有可控氧空位的ZnO对光催化去除NO的增强及毒性NO2形成的抑制

氧化锌作为一种半导体材料,具有合适的能带结构位置,高催化效率,低成本和环境可持续性,因而广泛用于光催化领域.然而,由于氧化锌的宽带隙,可见光吸收能力差以及光生电子-空穴对的快速复合,极大地影响了其光催化效率.通过引入氧空位调控光催化剂的结构被证明是一种可以改善光生载流子的分离,从而提高光催化性能的有效方法.本文以ZIF-8为前驱体,采用两步煅烧法合成了具有不同浓度氧空位分布的ZnO纳米光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振(EPR)、荧光光谱仪(PL)等手段系统地分析了合成的光催化剂的理化性质,并评价了它们在可见光下光催化氧化去除NO反应性能.EPR结果表明,样品中氧空位的浓度取决于温度处理的过程.通过两步煅烧法得到氧化锌中氧空位的含量高于一步直接煅烧法所得的样品.此外,随着煅烧温度升高,合成的氧化锌晶格越完好,其氧空位含量越少.UV-Vis DRS结果表明,两步煅烧法合成的ZnO与商业的ZnO及一步法直接煅烧合成的ZnO相比,其吸光范围从紫外光拓展到了可见光,表现出了更加优异的吸光性能.光催化反应结果表明,与商业氧化锌和一步直接煅烧法所得样品相比,两步煅烧法合成的样品表现出了更优异的光催化去除NO性能,并抑制了中间产物毒性NO2的产生,促进了NO的深度氧化.具体反应路径为:在光照过程中,光生电子很容易被氧空位俘获,与O2反应产生更多的超氧自由基(·O2^-),从而将NO氧化成最终的产物硝酸盐.尤其有趣的是,先在350 ℃煅烧2小时再400℃煅烧1小时的两步法样品Z 350-400的NO去除效率分别比一步法样品Z 400(400℃煅烧)和商用ZnO高出1.5和4.6倍.这表明以MOF材料衍生的具有适当量氧空位的金属氧化物为一种高效去除NO的光催化剂具有很好的应用前景.     

薄膜表面等离子体光催化剂Ag@AgBr/CNT/Ni的制备和性能

用复合电沉积技术制备了Ag@AgBr/CNT/Ni表面等离子体薄膜催化剂,以扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman Spectra）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对薄膜的表面形貌、晶体结构、化学组成和光谱特性进行了表征,在可见光照射下,用罗丹明B（RhB）作为模拟污染物对薄膜的光催化性质和稳定性进行测定,采用测定薄膜电化学阻抗谱（EIS）和向反应系统中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化机制进行探索。结果表明：最优工艺下制备的Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜是由少量碳纳米管（CNT）和表面沉积纳米Ag粒子的AgBr晶体构成的复合薄膜。薄膜具有突出的表面等离子体共振效应、优异的光催化活性和良好的催化稳定性。光催化罗丹明B 20 min,Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜的降解率是Ag@AgBr/Ni薄膜的1.32倍,是P25 TiO₂/ITO多孔薄膜的21.6倍。在保持光催化性能基本不变的前提下可循环使用5次。CNT的存在使薄膜电荷传导性能和光催化还原溶解氧的性能大幅增加,是所制薄膜相对于Ag@AgBr/Ni薄膜光催化性能提高的主要原因。提出了薄膜光催化罗丹明B的反应机理。     

活性氧自由基生成及传输对g-C_3N_4上NO光催化去除的影响:原位红外光谱与计算模拟结合法（英文）

石墨相氮化碳(g-C_3N_4)具有独特的二维层状结构和合适的能带结构,因而在可见光催化领域广受关注.尤其是在可见光去除环境污染物领域,得到了较为充分的研究与应用.然而g-C_3N_4去除环境污机理的反应机理尚不明确.因此,本文采用理论计算与实验高度结合的研究方法,以光催化NO去除为例,深入阐述了光照下g-C_3N_4表面活性氧物种(ROS)的生成及转化过程,及其介导下的NO光催化氧化机理.X射线衍射结果表明,g-C_3N_4是三嗪环层内聚合后层层堆叠而成,并由红外光谱确定了其表面的官能团类型.该结构经扫描电镜和透射电镜得到了进一步的验证.采用光致激发谱和紫外可见漫反射光谱等实验表征与密度泛函理论计算结合的光电性质分析,我们发现,g-C_3N_4在可见光下具有一定的响应,这为其在光催化去除NO中奠定了基础.同时,其价带位置过高,无法自行产生氧化性较强的羟基自由基(.OH).电子自旋共振技术结果表明g-C_3N_4在光照下能捕获到·O_2~-和·OH两种活性自由基.采用反应路径计算发现,·OH是由·O_2~-在导带上逐步得到电子被还原而生成,其中的速率控制步骤是H_2O_2的解离.因此,促进O_2分子的吸附和活化和克服H_2O_2解离的反应活化能是产生·OH和提升g-C_3N_4光催化氧化活性的关键.采用原位红外光谱技术对g-C_3N_4上NO的氧化去除过程进行了表征,发现其主要中间产物为NO_2,主要终产物为NO_2~-和NO_3~-,采用反应路径计算对该反应过程进行了理论模拟,发现在·O_2~-介导下,最高反应活化能为0.66 eV,而在·OH介导下,该活化能降低至0.46 eV,表明·OH的氧化性要明显强于·O_2~-.总之,本文采用一种可行的、高度结合的实验与计算手段研究了g-C_3N_4上ROS的生成及转化过程及其对NO去除的反应历程,在原子尺度揭示了该反应的机理,加深了对ROS在光催化环境污染物降解过程中作用的理解.     

薄膜表面等离子体光催化剂Ag@AgBr/CNT/Ni的制备和性能

用复合电沉积技术制备了Ag@AgBr/CNT/Ni表面等离子体薄膜催化剂,以扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对薄膜的表面形貌、晶体结构、化学组成和光谱特性进行了表征,在可见光照射下,用罗丹明B(RhB)作为模拟污染物对薄膜的光催化性质和稳定性进行测定,采用测定薄膜电化学阻抗谱(EIS)和向反应系统中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化机制进行探索。结果表明:最优工艺下制备的Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜是由少量碳纳米管(CNT)和表面沉积纳米Ag粒子的AgBr晶体构成的复合薄膜。薄膜具有突出的表面等离子体共振效应、优异的光催化活性和良好的催化稳定性。光催化罗丹明B 20 min,Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜的降解率是Ag@AgBr/Ni薄膜的1.32倍,是P25 TiO_2/ITO多孔薄膜的21.6倍。在保持光催化性能基本不变的前提下可循环使用5次。CNT的存在使薄膜电荷传导性能和光催化还原溶解氧的性能大幅增加,是所制薄膜相对于Ag@AgBr/Ni薄膜光催化性能提高的主要原因。提出了薄膜光催化罗丹明B的反应机理。     

具有高效电荷转移的W18O49/CdSe-二乙烯三胺光催化CO2转化:LSPR效应和S型异质结协同效应(英文)

近年来,随着化石燃料消耗的急剧增加,排放到大气中的CO₂日益增多,其导致的温室效应和环境污染问题日益突出,因此如何实现CO₂高效转化利用成为当务之急.光催化CO₂还原(PCR)技术是解决温室效应的策略之一.目前,大部分光催化剂的研究集中在提高可见光范围内的光催化活性,如果开发出能够吸收和利用近红外(NIR)光的半导体光催化剂,将可大幅提高太阳光的利用率,从而提高PCR活性.非化学计量的W₁₈O₄₉(WO)由于氧空位引起的局部表面等离子体共振(LSPR)效应而具有较好的NIR吸收性.此外,氧空位引起的LSPR效应可以吸收低能光子,并产生高能“热电子”以促进载流子转移,可以改善光生电荷分离.通过胺化的CdSe-二乙烯三胺(CdSe-D)和WO耦合构建S型异质结光催化剂,可以提高光生载流子的分离效率.因此,该类结构在利用太阳光将CO₂转化为有机燃料的领域具有巨大的潜力.本文通过溶剂热法在CdSe-D上原位生长WO.采用X射线衍射(XRD)技术研究了不同比例的Cd...     

Cu/CeO2上可见光辅助热催化合成NH3:H2O存在下NO通过CO还原的途径(英文)

NH₃不仅是关键的工业化学原料,而且是未来可再生能源的无碳燃料和可运输的载体.目前,工业合成NH₃仍然以传统的Haber-Bosch反应为主,需要300-500°C的高温和20-30 MPa的压力.为克服这些缺点,研究者设计了NO-CO-H₂O反应体系.在该反应中,通过有毒气体CO在H₂O存在的条件下将NO还原成NH₃,这是一种近乎理想的生产NH₃的方法.目前,已经报道了Pt/Al₂O₃在NO-CO-H₂O反应中具有较高的NH₃选择性,但反应温度(400°C)仍然较高,不利于实际应用.因此,在低温条件下引入光照,通过光辅助热催化NO-CO-H₂O反应来获得NH₃产品,是一种极具发展潜力的方法.研究人员通过密度泛函理论(DFT)研究发现, Cu在NO还原反应中具有很高的活性和NH₃选择性,且Cu在水煤气(C...     

金属Bi原位修饰具有(110)暴露面和表面氧空位的BiOBr以增强太阳光催化降解气相正己烷（英文）

烷烃是石油化工行业排放的一类重要的人为污染物.烷烃排放到大气后,很容易与大气中的活性物质发生反应,转化为复杂的臭氧和有机气溶胶等二次污染物.而这些二次污染物对大气环境和人类的负面影响更为显著.因此,有效地消除排放源中的烷烃以实现对大气环境和人类健康的保护是迫切需要的.近些年来,基于太阳光和Bi基半导体的光催化降解气相污染物受到了研究人员的广泛关注.然而,目前有关光催化在气相直链烷烃净化中的应用仍然很少.本文采用溶剂法合成了一系列Bi/BiOBr复合材料,并将其应用于太阳光催化降解典型的气相直链烷烃正己烷.XRD, SEM和TEM表征结果表明,反应溶剂中官能团数量的增加(从甲醇、乙二醇到甘油)和溶剂热温度的提高(从160, 180到200℃)均有助于实现具有(110)暴露面的BiOBr纳米板上金属Bi纳米球的原位修饰.同时Raman和XPS表征结果表明, Bi与BiOBr在(110)暴露面上形成了化学键,进而导致表面氧空位形成.在实验室自制的光催化反应器中研究了Bi/BiOBr复合材料的太阳光催化降解正己烷性能.120 min的降解反应结果表明,适量金属Bi原位修饰有利于促进BiOBr对...     

基于单-和双-三唑衍生物的三个Cu(II)和Cu(I)多金属氧簇基配合物的水热合成及光催化性能

在水热条件下，利用多齿的单-和双-三唑衍生物，制备了3种基于多金属氧簇基（POM）的Cu（Ⅱ）和Cu（I）杂化材料，即{[Cu（L₁）₂（Mo₄O₁₃）]·2H₂O}_n（1），{[Cu_1.5（L₂）（HL₂）（H₂O）（Mo₄O₁₃）]·2H₂O}_n（2），{[Cu₂（L₃）_1.5（Mo₄O₁₃）]·H₂O}_n（3）（L₁=4-pyridine-2-1，2，4-triazole，HL₂=3-（4H-1，2，4-triazol-4-yl）benzoic acid，L₃=trans-4，4''-azo-1，2，4-triazole）。通过单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和粉末X射线衍射分析确定了它们的结构。在1中，Mo₄O₁₃^2-阴离子和Cu（Ⅱ）中心通过双齿L₁相互连接，最终形成了二维（2D）POMs基的Cu（Ⅱ）杂化金属-有机骨架。在2中，Mo₄O₁₃^2-阴离子和Cu（Ⅱ）中心通过桥接水原子（O18），双齿HL₂和三齿L₂^-相互连接，最终形成了三维（3D）POMs基的Cu（Ⅱ）微孔金属-有机骨架。在3中，L₃配体桥接相邻的Cu（I）中心和Mo₄O₁₃^2-阴离子，最终形成独特的双重穿插结构的3DPOMs基的Cu（I）杂化配位框架。光催化实验研究表明，样品1~3对于不同有机染料罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和甲基橙（MO）都具有很好的光催化降解能力。     

基于单-和双-三唑衍生物的三个Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）多金属氧簇基配合物的水热合成及光催化性能

在水热条件下,利用多齿的单-和双-三唑衍生物,制备了3种基于多金属氧簇基（POM）的Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）杂化材料,即{[Cu（L¹）₂（Mo₄O₁₃）]·2H₂O}_n（1）,{[Cu_1.5（L²）（HL₂）（H₂O）（Mo₄O₁₃）]·2H₂O}_n（2）,{[Cu₂（L₃）_1.5（Mo₄O₁₃）]·H₂O}_n（3）（L₁=4-pyridine-2-1,2,4-triazole,HL₂=3-（4H-1,2,4-triazol-4-yl）benzoic acid,L₃=trans-4,4''-azo-1,2,4-triazole）。通过单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和粉末X射线衍射分析确定了它们的结构。在1中,Mo₄O₁₃^2-阴离子和Cu（Ⅱ）中心通过双齿L₁相互连接,最终形成了二维（2D）POMs基的Cu（Ⅱ）杂化金属-有机骨架。在2中,Mo₄O₁₃^2-阴离子和Cu（Ⅱ）中心通过桥接水原子（O18）,双齿HL₂和三齿L₂^-相互连接,最终形成了三维（3D）POMs基的Cu（Ⅱ）微孔金属-有机骨架。在3中,L₃配体桥接相邻的Cu（Ⅰ）中心和Mo₄O₁₃^2-阴离子,最终形成独特的双重穿插结构的3DPOMs基的Cu（Ⅰ）杂化配位框架。光催化实验研究表明,样品1~3对于不同有机染料罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和甲基橙（MO）都具有很好的光催化降解能力。     

Bi/Yb3+,Er3+:TiO2复合纳米纤维的合成及光催化产氢性能

以静电纺丝技术制备的稀土Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂TiO_2纳米纤维为基质,结合水热法合成了Bi复合Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2纳米纤维光催化剂。以三乙醇胺为牺牲剂,研究了Bi/Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2的紫外、可见、近红外和全谱光催化产氢性能。结果表明:全谱光照5 h,产氢速率达到1 650.3μmol·g~(-1)·h~(-1)。Bi作为一种新兴的非贵金属具有独特的等离子体光催化或辅助光催化性能,能与稀土元素丰富的能级结构和特殊的上转换发光特性相结合。对TiO_2进行双重协同修饰改性,可以有效提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。