CuCrO2-WO3的制备及光催化产氢性能

作为分解水制氢用光催化剂,p-n半导体物质的复合体具有较好的开发前景。燃烧法合成了p型半导体物质CuCrO₂,钨酸分解法合成了n型半导体物质WO₃,在此基础上经机械研磨及热处理的方法制备了CuCrO₂-WO₃和Ru/（CuCrO₂-WO₃）复合光催化剂。对制得的样品进行了X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射（UV-Vis DR）、扫描电镜（SEM）及X射线光电子能谱（XPS）表征分析。测定了CuCrO₂、WO₃、CuCrO₂-WO₃及Ru/（CuCrO₂-WO₃）在氙灯照射下的产氢活性,考察了研磨介质pH及钌负载量对CuCrO₂-WO₃光催化活性的影响。实验结果表明,CuCrO₂和WO₃单独使用时几乎没有活性,而复合催化剂CuCrO₂-WO₃在以甘油为电子给体的情况下具有产氢活性,研磨介质pH对复合催化剂的活性影响较大;负载钌后CuCrO₂-WO₃的活性得到进一步的提高,能分解纯水放出氢气,以0.5%Ru/（CuCrO₂-WO₃）为光催化剂,在300W氙灯照射下,3 h内分解纯水放出氢气约10 μmol。     

片层氮化碳/Ti3C2的制备及其光催化产氢

通过水热法将Ti3 C2制备成米粒状,并将之负载于氮化碳表面,得到氮化碳/Ti3 C2复合材料.通过场发射扫描电镜及其Mapping元素分析发现,Ti3C2比较均匀地分散在氮化碳表面.并且该复合材料在可见光激发下具有良好的产氢活性(54.6μmol/h),是未改性氮化碳(18.1μmol/h)的3.01倍.此外,该复合...     

液相燃烧法合成CuCrO_2及其与WO_3复合后的光催化产氢性能

以硝酸铬和硝酸铜为原料兼氧化剂,甘氨酸、乙二醇和尿素为还原剂,采用液相燃烧法合成CuCrO2,并将其与n型半导体物质WO3复合后得到的(CuCrO2-WO3)复合催化剂用于光催化产氢实验。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜、紫外–可见漫反射光谱(UV-vis DR)及光催化活性测试,考察了燃烧剂类型和用量对合成CuCrO2的物相组成、微观形貌、吸光性能和光催化性能的影响。结果表明:采用甘氨酸为燃烧剂,且甘氨酸与金属离子的摩尔比为1.4:1的条件下制备的CuCrO2性能较优,其粒径较小,分散均匀;其复合后的催化剂(CuCrO2-WO3)光催化产氢活性较高。探讨了燃烧法合成CuCrO2时物质的转化过程。XRD分析表明,硝酸盐与燃料经剧烈燃烧反应主要得到小颗粒的Cu2O和Cr2O3,后经固相反应制得较为理想的CuCrO2晶体颗粒。     

暴露不同晶面的ZnO纳米催化剂的制备及光催化降解四环素和产氢性能研究

利用水热法成功地制备了暴露{110}和{001}晶面的ZnO纳米催化剂(ZnO-001和ZnO-110),并采用XRD、TEM、SEM等技术对其晶相结构和形貌进行了表征,同时对其光催化产氢和光催化降解盐酸四环素性能进行了进一步研究.光催化实验结果表明:ZnO-110比ZnO-001具有更优异的光催化产氢和光降解盐酸四环素性能.进一步通过荧光、瞬态光电流、羟基自由基等表征技术,探索了ZnO-110表现出较高催化活性的原因.     

一步水热法制备Sn2 掺杂TiO2及光催化 产氢性能研究

以SnCl2和钛酸四丁脂为前驱体,采用一步水热法制备了不同Sn2 含量的Sn2 掺杂TiO2光催化剂。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDX）、紫外-可见漫反射（UV-vis）、低温N2-吸附脱附、X射线电子能谱（XPS）等手段对样品的结构、组成和光吸收特性等进行表征;用300W氙灯模拟太阳光,分别在全波段和可见光下对不同Sn2 ,Sn4 掺杂样品进行产氢性能测试。结果表明：Sn4 掺杂TiO2不能在可见光下产氢,而Sn2 掺杂TiO2能在可见光下产氢。Sn2 掺杂样品在n(Ti):n(Sn)=20时产氢性能最好,在全波段和可见光下产氢速率分别为50.3μmol?h-1?g-1和33.09μmol?h-1?g-1,并且在多次循环试验中,产氢效率没有明显减小,性质稳定。     

双金属磷化物NiCuP的制备及其光催化产氢性能研究

过渡金属磷化物材料具有半导体材料和金属的特点,被证明是一种高性能的催化剂,可以替代一些经典的贵金属材料用于光催化分解水产氢。在本文中,采用次磷酸盐热还原法制备高性能的光催化剂磷化镍铜（NiCuP）,并着重讨论了光敏剂、牺牲剂、催化剂用量对光催化分解水产氢性能的影响。结果表明,通过这种简单方法制备出的磷化镍铜（NiCuP）具有很高的催化活性,且在最优条件下光照20 h,产氢性能最高,其产氢量为0.259 0 mmoL。因此,此方法可以为过渡金属磷化物的制备和研究提供实验数据和参考。     

碳化树脂/CdS复合催化剂的制备及其光催化产氢性能研究

以光水解制氢中的优势材料硫化镉（CdS）作为光催化剂,借助碳化树脂（CPR）材料的导电性质,制备碳化树脂/硫化镉（CPR/CdS）复合催化剂,对CPR/CdS催化剂的理化性质和催化机理进行分析。与纯CdS相比,CPR/CdS具有更高的比表面积。通过光催化降解水产氢确定CPR的最佳用量和产氢性能。结果表明：0.5-CPR/CdS催化剂用量为0.15 g,体系pH值为5时,光催化产氢速率最高,为403.24μmol/h,循环5次实验光催化产氢速率均可以达到370μmol/h左右,稳定性良好。在复合材料中引入CPR后,CPR的掺入不仅能够提供活性位点,还能够作为电子捕获剂和电子传输剂有效分离光生电子和空穴,从而大幅度延长光生载流子的寿命,达到提高光催化反应活性的效果。     

pn型Cu2O-WO3的制备及光催化性能

采用高温水热法和共沉淀法制备了不同摩尔比的pn型Cu₂O-WO₃复合半导体材料。并利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对样品的形貌特征和晶格结构进行表征。表征结果显示,复合材料由立方相的Cu₂O和六方相的WO₃组成。与纯WO₃物质相比,Cu₂O-WO₃复合半导体材料的紫外吸收边界发生显著红移,在可见光波长范围内的光吸收明显增强,展示出优良的光电流响应性能。以罗丹明B（RhB）溶液的光降解表征材料的光催化性能的过程中,在可见光下光照8h后,相较于WO₃和Cu₂O仅为22.2%和45.2%的光降解率,摩尔比为1∶2的Cu₂O-WO₃复合物的降解效率达到了90.6%。     

Pt/TiO_2的制备及其光催化正丙醇产氢的研究

采用贵金属沉积法制备了Pt/TiO2光催化剂,在沉积过程中,TiO2的晶体结构保持完整,金属Pt以Pt0价态高度分散在TiO2表面,制备的Pt/TiO2光催化活性明显高于未掺杂的TiO2,提高了光催化产氢性能。以正丙醇为牺牲剂,考察了正丙醇的初始浓度、溶液pH值对产氢过程的影响。结果表明：利用正丙醇溶液产氢,产氢量随着溶液浓度的增加而增加;醇溶液pH值为5时,光催化产氢性能最好,强酸强碱条件均不利于光催化产氢。     

制备条件对纳米TiO2光催化产氢性能的影响

采用水热法制备纳米TiO2光催化剂,并用XRD和TEM对制备的二氧化钛的结构进行了表征。详细考察了水热温度、反应时间及原料配比对制备的纳米TiO2光催化剂的晶体结构及产氢性能的影响。研究结果表明：原料配比Ti（C4H9O）4：NH4HCO3=1：2、水热温度180℃、反应时间10h时制得的光催化剂的产氢性能最佳。     

CdS-MoS2复合光催化剂的制备与可见光产氢性能研究

通过光催化分解水制氢是缓解当前能源短缺和环境污染问题的最具前景途径之一。在提高半导体光催化剂性能的各种途径中,助催化剂修饰是一种十分有效的策略。本工作通过油浴和溶剂热反应合成了MoS₂纳米片紧密包覆于CdS纳米颗粒表面的CdS-MoS₂复合光催化剂,其中具有强可见光吸收能力和合适质子还原导带电势的CdS和具有优良析氢活性的MoS₂分别为光吸收体和助催化剂。利用XRD,TEM,HRTEM和XPS等测试表征了光催化剂的组成、物相以及微观结构等信息。在可见光(λ>400 nm)辐照下,5%MoS₂负载的CdS(CdS-MoS₂-5%)表现出了最佳的产氢速率29.62 mmol·g^-1·h^-1,明显高于Pt修饰的CdS以及大部分文献记载的CdS复合光催化剂。研究结果表明,出色的可见光俘获能力、丰富的S■活性位点以及提高的载流子分离效率是CdS-MoS₂复合光催化剂具有优良产氢活性的主要原因。     

TiO_2/氧化石墨烯复合催化剂的制备及其光催化性能研究

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,在此基础上以该GO为载体,通过浸渍-沉淀法在其表面合成TiO2纳米粒子,再通过450℃的焙烧形成TiO2/GO二元复合光催化剂,研究复合光催化剂在紫外光下降解甲基橙的动力学及活性变化规律。使用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和紫外可见漫反射光谱等分析了复合光催化剂的形貌、TiO2粒子的结晶状态以及催化剂的光吸收。结合光催化降解甲基橙实验,探索了复合光催化剂中TiO2含量对其光催化活性的影响。研究结果表明,在TiO2质量分数低于20%时,复合光催化剂中TiO2均匀分散于GO表面;质量分数超过20%复合催化剂中将会有少量TiO2团聚体出现。由于氧化石墨烯的协同效应,紫外光下TiO2/GO复合催化剂的光催化活性要远高于TiO2光催化剂。     

Bi2S3/BaTiO3复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究

由于BaTiO₃(BTO)面临着太阳能利用率低、光生载流子快速重组和稳定性差的问题,严重限制其在可见光下降解有机污染物。以BaTiO₃为基体采用简单的水热法在其周围制备了不同物质的量比的Bi₂S₃/BTO p-n异质结,以改善BaTiO₃的光催化性能。分别采用XRD、SEM、EDS、TEM、XPS、PL、UV-Vis DR、EIS、瞬态光电流响应等表征手段对样品的结构、形貌、表面价态以及光电性能进行分析。以RhB为模拟污染物,测试了复合材料的光催化活性和稳定性。结果表明,与单组分催化剂相比,Bi₂S₃/BTO复合材料的催化性能得到了显著提升。在可见光下照射150 min后,对RhB的降解率高达98.7%;经5个循环,降解率仍为86%。通过对光催化剂的机理研究表明羟基自由基、超氧自由基、光生空穴均在光催化反应中起作用,并提出了一种可能的p-n异质结光催化机理。     

ZnO-BiOI复合催化剂的制备及其光催化降解联苯胺性能研究

以ZnO、Bi(NO₃)3·5H₂O、KI为原料,聚乙二醇400为溶剂,利用溶剂热法制备了ZnO-BiOI复合催化剂。通过XRD、SEM、EDX、BET和DRS对产物的结构、形貌、元素组成、比表面积及光学性质进行了表征。以联苯胺水溶液为降解对象,对复合催化剂的光催化性能及循环利用性能进行了研究。结果表明,制备过程中,当ZnO与Bi(NO₃)₃·5H₂O的质量比为3∶100时,ZnO-BiOI复合催化剂为纳米微球状且结构均匀,平均粒径为2～3μm;可见光照反应40 min时,联苯胺的降解率可达到90%以上,具有较高的光催化活性,这可归因于该样品的高结晶度、大比表面积与窄禁带宽度。循环使用3次后,联苯胺的降解率仍为75%,且降解过程符合一级动力学特征。     

燃烧法合成CuCrO_2及其与WO_3复合后的光催化产氢性能

以硝酸铜、硝酸铬为原料,以甘氨酸和柠檬酸为复合燃烧剂,采用溶液燃烧法合成CuCrO_2,并将其与WO_3复合,制备复合催化剂CuCrO_2-WO_3,用于光催化分解水制氢的反应。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射光谱及BET比表面积对合成的CuCrO_2样品进行了表征,考察了复合燃烧剂比例、燃烧液中氨水加入量和NaCl或KCl加入量对CuCrO_2形貌及对应CuCrO_2-WO_3产氢性能的影响。结果表明:目标合成物CuCrO_2为5 g,甘氨酸与金属离子总量摩尔比为1.4:1的情况下,当柠檬酸和甘氨酸复合比例为0.10:1、1 mol/L NH_3·H_2O加入量为10 mL、NaCl加入量为1.1 g时制得的CuCrO_2样品分散性较好,对应的复合催化剂光催化活性较高。     

In2O3/CdS复合物的制备及光催化性能

以氧化铟(In_2O_3)纳米球作为基体,采用水热法制备了氧化铟/硫化镉(In_2O_3/CdS)复合光催化剂,并利用XRD、SEM等对所制备复合光催化剂进行了表征。结果表明:复合光催化剂由立方相的In_2O_3纳米球和六方相CdS棒状结构组成,且In_2O_3纳米球附着于CdS棒状结构表面上。光学性能测试和光降解实验发现:所得复合光催化剂与纯In_2O_3和纯CdS相比,不仅光响应范围增加,而且光催化亚甲基蓝(MB)的活性也得到显著改善。当In_2O_3/CdS中n(In_2O_3)∶n(CdS)=1∶4时,光催化效率改善尤为明显,当复合催化剂的质量为0.05 g时,MB转化率达到96.2%;这可能是由于CdS接受In_2O_3表面上的光生电子,减少了光生电子与空穴的复合机会,因而提高了光催化降解能力。     

N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热法制备N掺杂TiO2,将其与二氰二胺混合进行高温焙烧合成N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂。采用XRD、UV-Vis、N2吸附-脱附和SEM等对催化剂进行微观结构表征,以200W氙灯模拟光源并过滤掉420nm以下的紫外光,对比研究TiO2、g-C3N4、N-TiO2和复合光催化剂对罗丹明B的可见光降解性能。结果表明,N掺杂后TiO2的禁带宽度降低,催化活性提高;而复合光催化剂可见光吸收边距相对N-TiO2进一步红移,禁带宽度为2.75eV,降解罗丹明B的一级动力学常数k可达0.12158min-1,是g-C3N4、N-TiO2的2倍;复合催化剂重复使用4次后,对罗丹明B的降解率仍达92%以上,表明催化剂具有较好的光催化活性和稳定性。     

助催化剂在光催化分解水中的应用

在光催化分解水获取H2的研究中,核心的研究工作不仅致力于开发高效的光催化剂,同时更多研究专注于筛选适宜的助催化剂提升光催化活性。通过在光催化剂表面担载助催化剂,光催化剂的分解水活性显著提高。助催化剂在光催化分解水中的应用越来越多,其研究重心逐步从单助催化剂担载过渡到双组分或多组分助催化剂共同担载。本文对助催化剂的作用机理、种类和应用作一个简要的综述,并对助催化剂的选择和前景做了展望。