光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展

煤、石油、天然气等不可再生能源的消耗导致环境污染日益严重,开发和使用清洁的可再生能源迫在眉睫。利用太阳能光催化分解水制氢被认为是解决化石能源紧缺和环境污染问题的有效途径之一。光催化分解水制氢体系非常复杂,助催化剂是影响催化剂光催化效率的一个关键因素,它的引入可以有效提高催化剂的光催化活性和氢气产生速率,因此,开发廉价高效的助催化剂已逐渐成为本领域的研究热点。本文结合光催化分解水制氢原理,简要介绍了助催化剂的作用,对近年来光催化分解水产氢助催化剂的种类和研究内容进行了总结,分析和讨论了几类重要助催化剂的特点及作用机理,并对助催化剂的发展进行了展望,以期为新型高效光催化制氢材料的设计提供参考。     

锶、氟双元素改性TiO2光催化材料性能研究

以多孔泡沫镍为载体,采用水热合成法制备了Sr改性和Sr、F共掺杂改性多孔光催化材料,采用XRD、TEM、SEM、FT-IR、UV-vis、XPS对样品进行了表征,并以样品对水中罗丹明B的降解性能为评价指标,对样品的光催化性能进行了评价.样品对水中罗丹明B的光催化降解反应为零级反应.Sr改性样品中生成SrTiO3晶体,TiO2以非晶态存在,光催化性能提高,最佳掺杂量为1.25%.煅烧处理后样品的光催化性能提高,最佳掺杂量为0.25%.0.25%Sr、2.0%F共掺杂改性样品中催化剂主体为锐钛矿型纳米TiO2,其光催化性能优于单一Sr改性样品,500℃煅烧处理使其光催化性能略有提高.     

PEG4000用量对溶胶-凝胶法制备多孔钛酸锶光催化剂的影响

以聚乙二醇PEG4000为模板剂,采用溶胶-凝胶法制备多孔钛酸锶光催化剂,研究PEG4000添加量对催化剂组成和性能的影响。结果表明:添加模板剂后样品的比表面积显著增大,钛酸锶的物相由Sr2TiO4转变成SrTiO3。随着模板剂添加量的增加,样品的颗粒粒径逐渐变小,SrTiO3相的晶粒尺寸也逐渐下降。当PEG4000的添加量为1.5g时,多孔样品由SrTiO3和SrCO3相组成,SrTiO3相的特征衍射峰强度最大,样品的光催化活性最强。当光催化时间为120min时,甲基橙在多孔样品上的降解率为97.9%,明显高于未添加PEG4000制备的样品。     

Pt/Fe_2O_3/TiO_2的制备、表征及其光催化活性研究

报道了担载不同贵金属或过渡金属氧化物的TiO2 催化剂对空气中微量甲醛的光催化氧化的研究结果。实验发现 ,TiO2 上担载Fe2 O3 或Pt时对甲醛均有较高的光催化氧化活性。同时担载双组分的光催化剂Pt Fe2 O3 TiO2 ,由于 2种组分的协同作用 ,具有更高的光催化活性。研究了催化剂制备因素、催化剂的结构及表面特性对催化活性的影响     

非贵金属Co5.47N/N-rGO助催化剂增强TiO2光催化制氢性能

高效稳定的光催化剂或助催化剂研究一直是光催化领域的重要课题之一。本研究以氧化石墨烯、氯化钴和2-甲基咪唑为前驱体, 结合液相法和氨气氮化法制备了负载Co_5.47N的氮掺杂还原氧化石墨烯(Co_5.47N/N-rGO), 其中Co_5.47N高度分散、晶粒尺寸为10~20 nm。Co_5.47N/N-rGO可以作为助催化剂有效地改善商业二氧化钛(P25)的光催化分解水制氢性能, 当其质量分数为25%时, 催化剂的制氢性能可以达到11.71 mmol·h ^-1·g ^-1, 相比于纯P25提升了90倍, 与负载贵金属Pt的性能相当(11.88 mmol·h ^-1·g ^-1), 并且具有良好的稳定性。本研究为高效非贵金属助催化剂的研制提供了新思路。     

S掺杂TiO_2/石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢

为了提高TiO2光解水制氢的光催化性能,通过水热合成法一步制备了S掺杂TiO2/石墨烯(RGO)复合催化剂。采用XRD、XPS、FT-IR、TEM、UV-Vis等测试方法对其进行了表征,并研究了复合催化剂光催化分解水制氢性能。结果表明,在S-TiO2/RGO复合催化剂中,TiO2以14nm左右的纳米颗粒分散在石墨烯片层上;与同等条件下制备的TiO2相比,复合催化剂在可见光区的吸收明显增强;当m(S)∶m(RGO)∶m(TiO2)为1∶0.1∶25时,所制备的复合催化剂在同等条件下产氢速率最大,为141.7μmol/h。     

Pt／Fe2O3／TiO2的制备、表征及其光催化活性研究

报道了担载不同贵金属或过渡金属氧化物的TiO2催化剂对空气中微量甲醛的光催化氧化的研究结果,实验发现,TiO2上担载Fe2O3或Pt时对甲醛均有较高的光催化氧化活性,同时担载双组分的光催化剂Pt/Fe2O3/TiO2,由于2种组分的协同作用,上仍更高的光催化活性,研究了催化剂制备因素,催化剂的结构及表面特性对催化活性的影响。     

Pt/Fe2O3/TiO2的制备、表征及其光催化活性研究

报道了担载不同贵金属或过渡金属氧化物的TiO2催化剂对空气中微量甲醛的光催化氧化的研究结果.实验发现,TiO2上担载Fe2O3或Pt时对甲醛均有较高的光催化氧化活性.同时担载双组分的光催化剂Pt/Fe2O3/TiO2,由于2种组分的协同作用,具有更高的光催化活性.研究了催化剂制备因素、催化剂的结构及表面特性对催化活性的影响.     

SrTiO_3光催化材料的研究进展

简要介绍了近十几年SrTiO3作为光催化材料在制备技术和光催化性能改性方面的进展,并对其未来发展动向进行了简要分析。概述了不同改性方式提高SrTiO3光催化活性的机理,列举了部分SrTiO3光催化材料改性成果和计算学理论工作对提高SrTiO3光催化活性的机理的分析解释,指出随着SrTiO3光催化材料改性体系的完善,不断引进新的实验处理手段结合复合改性方式是SrTiO3光催化材料改性的发展方向,且计算材料学将为其提供有力指导。     

可见光下光催化分解水制氢的研究进展

利用太阳能驱动光催化反应制备氢气成为了目前的研究热点。综述了近年来在可见光下光催化分解水制氢的研究进展,着重介绍了固溶体光催化剂、非金属化合物型光催化剂、Z型光催化系统及新型助催化剂的最新研究成果,并展望了光催化制氢的发展。     

Mass Absorption Coefficient of Tungsten and Tantalum, 1450 eV to 2350 eV: Experiment,Theory, and Application

The mass absorption coefficients of tungsten and tantalum were measured with soft x-ray photons from 1450 eV to 2350 eV using an undulator source. This region includes the M₃, M₄, and M₅ absorption edges. X-ray absorption fine structure was calculated within a real-space multiple scattering formalism; the predicted structure was observed for tungsten and to a lesser degree tantalum as well. Separately, the effects of dynamic screening were observed as shown by an atomic calculation within the relativistic time-dependent local-density approximation. Dynamic screening effects influence the spectra at the 25 % level and are observed for both tungsten and tantalum. We applied these results to characterize spatially-resolved spectra of a tungsten integrated circuit interconnect obtained using a scanning transmission x-ray microscope. The results indicate tungsten fiducial markers were deposited into silica trenches with a depths of 50 % and 60 % of the markers’ heights.     

反应时间对CH3NH3PbBr3钙钛矿纳米晶形貌及荧光性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbX_3,X=Cl、Br、I)材料正成为最近全世界研究的热点,在太阳能电池、量子点发光等众多领域有着广泛的应用。本研究重点考察反应时间对热注入法合成的CH_3NH_3PbX_3纳米晶的形貌及荧光性能的影响,并采用吸收光谱、荧光光谱、X射线衍射、透射电镜及扫描电镜等手段对材料进行分析。研究表明,随着反应时间的延长,产物从6nm左右的球状纳米颗粒变为层状纳米片;反应时间继续延长,纳米片的尺寸变大,厚度变厚;同时,产物的吸收峰和荧光发射峰都发生蓝移。通过绝对量子产率的分析,发现反应时间为180s时产物的量子产率最高。     

铁酸锌作为光催化剂的研究进展

铁酸锌是具有较高光催化活性及对可见光敏感的n型半导体,其独特的磁性能和化学稳定性使其在光催化领域有着广泛的应用。针对不同形貌的铁酸锌,采用不同的改性方法,可将其与其他材料结合制备出更为高效、实用的光催化剂。近年来,利用铁酸锌的特性,制备磁性可回收且性能稳定的复合光催化剂引起了科研人员的广泛关注。概述了铁酸锌作为光催化剂的基本性质,对不同形貌铁酸锌的制备方法进行了总结,并重点讨论了铁酸锌在光催化方面的改性技术及改性机理,最后对目前存在的问题和未来的研究方向做了简要的总结和预测。     

Nb2O5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响

为研究Nb_2O_5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响机理,以富铁白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,采用熔融工艺制备了添加质量分数0%~4%Nb_2O_5的透辉石基矿渣微晶玻璃。DTA、XRD、SEM和力学测试结果表明,Nb_2O_5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于辉石相界,其含量随Nb_2O_5添加量升高而增大。同时辉石主晶相从类菊花状枝晶组织转变成平均尺寸逐渐减小的圆角岛状组织。微晶玻璃的抗折强度平均为207 MPa,当Nb_2O_5质量分数为2%时最高,达236 MPa。     

高岭石热分解反应动力学计算方法对比

采用综合热分析仪研究了高岭石及掺入Pr_6O_(11)高岭石的热分解过程。依据热重曲线和微商热重数据,运用线性法和非线性法分别计算出热分解反应的活化能,比较了不同方法的精确性,使用Malek法确定了反应机理函数,进一步求出频率因子。结果表明:非线性法比线性法的计算结果更精确,三种非线性法的计算精度一致;各线性法精确度的高低顺序为胡荣祖法唐万军法Starink法MKN法KAS法Ozawa法;基于非线性法计算得出高岭石热分解反应活化能为173.735kJ·mol~(-1),频率因子为1.942 5×10~(11)s~(-1),掺入Pr_6O_(11)的高岭石热分解反应的活化能为161.538kJ·mol~(-1),频率因子为2.584 9×10~(10)s-1,两者均符合化学反应模型;对比热分解反应速率系数发现,Pr_6O_(11)的掺入提高了高岭石热分解后期(结构内部羟基脱除阶段)的反应速率,有助于高岭石热分解反应的进行。     

自石灰石矿粉中直接提取CaCO3晶须的碳化-分解法研究

提出一种自石灰石矿粉中直接提取CaCO_3晶须的碳化-分解方法。该方法能够以天然石灰石矿粉为原料,通过水溶性碳酸的作用溶解出Ca(HCO_3)_2,进而在升温条件下通过Ca(HCO_3)_2的分解反应得到形貌规整的棱锥状CaCO_3晶须。扫描电镜观测与X射线衍射分析显示,Ca(HCO_3)_2分解温度对CaCO_3晶须微观形貌的影响显著,晶须长度与长径比随分解温度的升高均呈上升趋势,但分解温度超过80℃会导致文石晶相向方解石晶相转化。实验结果表明,80℃、2h条件下,Ca(HCO_3)_2分解产物中文石晶相含量较高,晶须几何形貌更为合理,其平均长度为14.61 μm、长径比为8.10。     

Mg-Zn-Y合金中14H-LPSO相与W相的电子结构与弹性性能的第一性原理计算

运用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了14H-LPSO相和Mg_3Y_2Zn_3(W相)的能带、态密度、电子结构及弹性常数,计算的晶格参数与实验值相吻合。能带结构和态密度分析计算结果显示,14H-LPSO相成键能量范围主要在-8~3eV之间,W相的成键能量范围主要在-8~0.5eV之间。这表明LPSO相成键峰主要来自Mg3s、Zn4s、Y5s和4p轨道,W相的成键峰主要来自Mg3s、Zn3p和Y4d轨道。14H-LPSO相的(0001)面的电荷密度分析表明,Zn原子和Mg原子之间的电子云重叠较强,两者形成了较强的共价键;Zn原子和Y原子之间的电子云重叠较弱,形成较弱的共价键;W相的(011)面的电荷密度分析表明Zn原子和Y原子之间的电子云重叠较强,两者形成了较强的共价键。通过计算14H-LPSO相与W相的弹性常数,推导了体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、弹性各向异性系数的计算式。将两者与Mg基体进行比较,结果表明,三者的塑性关系为Mg基体14H-LPSO相W相,其中W相的硬度最大。     

热处理对Bi2O3-B2O3-SiO2凝胶玻璃粉体结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一种Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体,在200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃温度下分别对凝胶玻璃粉体进行热处理,借助SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS、DSC、热膨胀仪及“纽扣”烧结实验分别测定了经不同温度热处理后玻璃粉体的结构与性能,分析了其结构变化对玻璃粉体转变温度T_g和烧结特性的影响。结果显示,在实验温度范围内,随热处理温度升高,Bi³⁺逐渐进入玻璃网络中,[BiO₆]八面体和[BiO₃]三角体、[BO₄]四面体和[BO₃]三角体分别与[SiO₄]四面体以顶角相连的方式构建玻璃网络结构。O1s和Bi4f的电子结合能逐渐增大,B1s的电子结合能减小,玻璃网络结构稳定性增强,导致玻璃转变温度T_g及玻璃膨胀软化点温度T_d升高、 润湿性降低且热膨胀系数略有降低。经600 ℃热处理后,玻璃粉体具有较优的烧结性能,T_g、T_d分别约为485 ℃及542 ℃,热膨胀系数α约为7.067×10-6/℃。     

甲醛在TiO2表面吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了HCHO分子在TiO2金红石(110)面和锐钛矿(101)面上的吸附,结果表明甲醛在这些面上均能形成稳定的化学吸附与物理吸附。在物理吸附中,分子构型受吸附的影响均十分微弱。而在化学吸附中,甲醛分子明显变形,甲醛分子与表面的2配位O原子(O2C)一起形成双氧甲基(CH2O2)物种。化学吸附导致HCHO分子中的羰基延长14%~17%,表明吸附削弱了分子内原子之间的作用,从而有利于分解。此外,在这两种表面中,金红石(110)面对HCHO较强的吸附显示了其活性比锐钛矿(101)面高。     

硅藻土/TiO2复合光催化剂制备及表征

以硅藻土和TiCl4为原料,采用水解沉淀法制备了硅藻土/TiO2复合光催化剂。采用XRD、SEM、FTIR和TGA对复合材料进行表征,考察反应温度、硅藻土用量对复合光催化剂结构的影响。结果表明,当反应温度为30℃、硅藻土与TiO2质量比为2∶1时,生成锐钛矿型TiO2,其平均粒径为19.64nm,且大多被吸附进硅藻土的孔隙内;复合光催化剂热稳定性良好,800℃失重率仅为5%。