BiOCl-(NH_4)_3PW_(12)O_(40)复合光催化剂制备及其光催化降解污染物机制

光生电子和空穴的分离效率是影响光催化性能的重要因素。氯氧铋是典型的层状纳米光催化剂,却因光生电子和空穴的快速复合所表现出的低量子效率而受到使用限制。本文通过两步的水热法合成了BiOCl-(NH4)3PW12O40复合光催化剂。以甲基橙(MO)为模拟污染物进行光催化活性测试。结果表明,在氙灯模拟的太阳光照射下,Bi与W的原子比为1:1时,其催化效果最佳。通过自由基猝灭实验对催化剂光降解MO的催化机制进行了研究,发现BiOCl是由空穴,羟基自由基和超氧自由基共同作用来对MO进行降解;而复合催化剂则主要以羟基自由基和超氧自由基为活性物种来降解MO。通过对反应前后的催化剂进行XPS分析,证明了磷钨酸铵可以接收BiOCl产生的光生电子。通过光电流测试,表明复合光催化剂的光生电子的转移和分离效率有了较大的提高,从而提高了光催化活性。     

ZnTiO3-TiO2复合光催化剂的制备及光催化降解有机污染物机制分析

TiO_2光催化剂因无毒无害而在光催化降解污染物领域有巨大潜力.但由于TiO_2的光生电子空穴复合较快,量子效率较低,限制了它的广泛使用.在本研究中,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了ZnTiO_3-TiO_2异质结复合光催化剂,分析了配比和煅烧温度对材料光催化性能的影响,以甲基橙(MO)溶液为模拟污染物进行光催化降解,探讨了其催化效果及效率提升的机制.结果表明,在紫外光照射下,ZnTiO_3与TiO_2比值为0. 3时,在600℃下煅烧3 h后,其催化效果最佳且表现出良好的化学稳定性.通过光电流测试和电子自旋共振波谱仪的检测结果,证明复合光催化剂的光生电子和空穴复合率降低,从而提高了光催化活性.     

ZnTiO_3-TiO_2复合光催化剂的制备及光催化降解有机污染物机制分析

TiO2光催化剂因无毒无害而在光催化降解污染物领域有巨大潜力。但由于TiO2的光生电子空穴复合较快,量子效率较低,限制了它的广泛使用。在本研究中,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了ZnTiO3-TiO2异质结复合光催化剂,分析了配比和煅烧温度对材料光催化性能的影响,以甲基橙(MO)溶液为模拟污染物进行光催化降解,研究了其催化效果及效率提升的机制。研究表明,在紫外光照射下,ZnTiO3与TiO2比值为0.3时,在600℃下煅烧3h后,其催化效果最佳且表现出良好的化学稳定性。通过光电流测试和电子自旋共振波谱仪的检测结果,证明复合光催化剂的光生电子和空穴复合率降低,从而提高了光催化活性。     

微米SiC/石墨烯复合物光催化降解罗丹明B

为发展低耗和环境友好的有机物降解技术,采用光催化还原制备微米级碳化硅(SiC)/石墨烯复合材料,XRD、FTIR、Raman光谱、XPS和SEM等手段表征其物相组成和形貌结构,并以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,研究了复合材料在可见光照射下的光催化活性和稳定性;通过活性物种捕获实验初步探讨了RhB的光催化降解机制.结果表明,SiC与石墨烯复合延长了光生电子和光生空穴的寿命,提高了材料的光催化活性与稳定性.当SiC/石墨烯配比为1∶0. 8时,光照60 min时RhB的降解率可以达到92. 7%,降解过程符合一级反应动力学方程.光催化降解RhB过程中,主要活性物种的贡献依次为:光生空穴(h~+)超氧阴离子自由基(·O_2~-)光生电子(e~-)羟基自由基(·OH).     

Cu2O@ZnO复合光催化剂对难生物降解有机物的光降解

通过改进的浸渍-还原-空气氧化法成功制备了Cu₂O@ZnO复合光催化剂,考察Cu₂O@ZnO对对硝基苯酚（PNP）和聚丙烯酰胺（PAM）2种不同化学结构污染物的光催化效果,同时探究了催化剂的稳定性和降解机制.结果表明,在模拟太阳光照射下,当铜锌物质的量比为0.15时,Cu₂O@ZnO复合光催化剂具有最佳的光催化降解性能,其中对硝基苯酚的光催化降解率为98.2%,聚丙烯酰胺光催化降解率为99.7%.基于X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱等表征手段可以推断,Cu₂O和ZnO形成Ⅱ型异质结,有效地抑制光生电子空穴对的复合.自由基捕获实验指出超氧自由基和空穴为主要活性物种,经过4次循环使用后光催化剂仍具有很高的光催化性能.     

C3N4/BiOBr复合可见光催化剂的性能及其作用机制

利用水热合成法制备了C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM、DRS、PL等手段对催化剂的物相组成和光化学性能进行了系统表征,利用对罗丹明B(RhB)的降解实验评价了催化剂在可见光照下的光催化降解活性和稳定性并通过ESR分析和自由基捕获实验探究了RhB的光催化降解机制.结果表明,水热合成法可成功制备结晶性能良好的C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂;C_3N_4的复合降低了BiOBr光催化剂的电子-空穴的复合,提高了光催化降解活性,其中15%C_3N_4/BiOBr的活性最佳,可见光照18 min后RhB的脱色率达100%,较纯BiOBr提高了1.5倍,且重复使用5次后仍具有较高的光催化降解活性;复合催化剂光催化降解RhB过程中参与降解的主要活性物种为空穴(h~+)和超氧自由基(·O_2~-),其中h~+影响更为显著.     

BiPO4/赤铁矿光催化降解气态苯乙烯

利用水热法合成了 BiPO₄/赤铁矿复合催化剂,并对催化剂进行了 X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X 射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射（DRS）、BET 比表面及光致发光光谱（PL）等一系列表征,同时探讨了不同制备条件下的复合催化剂对气态苯乙烯降解的影响及其光催化机理 .结果表明：天然赤铁矿的负载能有效提高 BiPO₄光生电子-空穴对的分离效率,提升其光催化活性;当制备BiPO₄/赤铁矿的条件为质量比1∶1、溶液 pH=1、焙烧温度 300 ℃时,复合材料对 50 mg·m^-3气态苯乙烯的降解率最高,达到 87.9%,且在同等条件下进行 4 次循环实验后,降解率仅下降 5.9%,稳定性得以证明 . 经过机理实验研究证明,BiPO₄/赤铁矿复合催化剂光催化降解苯乙烯主要是光生电子-空穴对、氧衍生的超氧自由基及羟基自由基起主导作用 .     

BiOCl/TiO2的氯化改性及其新式光生自由基催化反应

采用溶胶凝胶法制备了BiOCl/TiO₂复合催化剂,透射电镜（TEM）照片显示,两种半导体分布均匀、相互连接,形成的异质结可以为电子传导提供有效通道.经过氯化处理的复合材料具备更强的光催化能力,在紫外光条件下对苯的降解率达到90%,是原BiOCl/TiO₂的2倍、纯TiO₂的10倍.本文利用X射线光电子能谱、红外光谱和电子顺磁共振,对表面氯化的机理进行研究.结果表明,氯元素以Ti—Cl的方式吸附在催化剂表面,在光照条件下光生空穴夺取一个电子,使其生成氯自由基,进而配合超氧、羟基,构成一种新型的三自由基光催化体系,使催化降解能力大幅提升.最后,利用实验方法得到了光生氯自由基的直接证据,并构建了该体系的光催化反应机理.     

石墨相氮化碳同质结光催化处理水中双酚A

通过甲醇辅助溶剂热预处理,设计和制备了石墨相氮化碳同质结光催化剂（x% MeCN-CN）.利用TEM、XRD、FTIR、XPS、UV-Vis DRS、PL、EIS等手段对所制备催化剂进行表征分析.以水中双酚A（BPA）为目标污染物,考察了所得催化剂的光催化降解性能,通过活性物种捕获实验探究反应机制.结果表明,在模拟太阳光照射下,30% MeCN-CN具有最佳的光催化性能,4h对15mg/L BPA光催化降解率达98.9%,空穴和超氧自由基为主要活性物种.催化剂光催化活性的提升归因于醇热辅助预处理的能带调控作用和同质结结构的耦合作用,有效抑制了光生电子空穴对的复合,拓宽了光吸收范围.该催化剂具备良好的稳定性和循环利用能力,具有良好的应用前景.     

F-对弱吸附间苯二酚光催化降解效率的提升:游离·OH的作用

传统的光催化降解机制认为是光激发产生的氧化活性物质优先对吸附在催化剂表面的污染物分子进行降解,因此,弱吸附性有机物难以接触到光催化剂并发生降解.为探究提升弱吸附有机物光催化降解的机理,本文构建了一个高暴露{001}晶面TiO_2({001}-TiO_2)降解弱吸附间苯二酚(RE)的光催化体系.实验结果表明,所制备的{001}-TiO_2具有强亲水性,并能提供大量的F~-吸附位点.RE在{001}-TiO_2表面的吸附能力很弱,并且光催化降解效果很差.F~-的加入可使RE的光催化降解速率提升近3倍.通过自由基猝灭实验发现,RE的降解主要取决于溶液中游离羟基自由基(·OH)的作用,由于F~-能与{001}-TiO_2亲水表面的羟基及·OH形成强烈的竞争吸附,从而使·OH游离到溶液中氧化降解RE.EPR测试进一步证实了F~-不仅可以促使TiO_2产生更多的游离·OH,同时也能激发产生更多超氧自由基(·O~-_2),推测·O~-_2主要由有效分离的光生电子与O_2或·OH反应生成.综上,本研究明确了游离·OH对弱吸附RE的光催化降解效率起决定作用,F~-促使游离自由基产生的机制可为弱吸附有机污染物的降解提供新思路.     

BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

氧掺杂g-C3N4光催化降解Cu-EDTA络合物的反应机理研究

本研究以Cu-EDTA为模拟污染物,探讨了非金属石墨相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化降解重金属络合污染物中的应用潜力.首先采用在空气气氛下煅烧的方式对g-C_3N_4进行氧掺杂改性,并通过XRD、TEM和DRS等表征手段对掺杂前后的催化剂结构进行表征.光催化性能评价结果表明,氧掺杂改性更有利于催化剂表面光生空穴的分离,从而呈现出显著提升的破络合能力.通过自由基猝灭实验对g-C_3N_4光降解Cu-EDTA的催化机制进行了研究,结果表明,未掺杂g-C_3N_4通过O_2~(·-)、空穴和·OH的共同作用实现重金属络合物的去除,而氧掺杂样品以具有更强破络合能力的光生空穴为主要活性物种实现Cu-EDTA污染物的降解.     

CH3O·引发的溴酸盐还原机制探究

针对溴酸盐(BrO-3)污染,本研究以三聚氰胺为前驱体制备石墨相氮化碳(g-C3N4)为自由基诱导催化材料.通过XRD、TEM、UV/Vis-DRS对其物相组成和光催化性能进行表征发现,制备的层状g-C3N4有稳定片层结构及可见光响应的禁带宽度(~2.70 e V).可见光照射下,g-C3N4表面产生的光生载流子不能直接还原溴酸盐.然而,若有有机小分子(如甲醇)存在,光催化还原效率迅速增大.通过原位电子顺磁共振谱(EPR)及对材料表面的光电化学测试分析,我们探索了该体系的光催化还原Br O-3的机制.结果表明,g-C3N4带隙较窄其空穴氧化能力较弱,在光催化过程中空穴只能将甲醇分子转化为CH3O·自由基,因而甲醇分子的存在提升了光生载流子的分离效率,加剧了自由基的累积.该自由基具有较高的还原活性,可迅速将水相中的溴酸根还原至溴离子.     

Ce/TiO2/g-C3N4异质结的制备及光催化降解PFOA反应机制

采用溶胶凝胶-超声混合法制备了铈/二氧化钛/石墨相氮化碳（Ce/TiO₂/g-C₃N₄）异质结催化剂，通过透射电子显微镜（TEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和紫外-可见分光光度计（UV-Vis）等表征了复合材料的结构、晶相、活性基团和光吸收性能，并考察了可见光下该催化剂对模拟全氟辛酸（PFOA）废水的降解效果.结果表明，Ce/TiO₂/g-C₃N₄分散性好，粒径小于20 nm，金属Ce的掺入及TiO₂/g-C₃N₄异质结的生成，有效抑制了光生电子和空穴对的复合，使复合光催化剂禁带宽度减小，光吸收范围增大，光催化性能得到明显提升.在pH值为2，PFOA浓度为4 mg·L^-1，催化剂投加量为1 g·L^-1的条件下，可见光照射180 min后，可降解94.4%的PFOA，脱氟率为38.6%.降解过程符合准一级反应动力学，速率常数为0.522 h^-1.通过HPLC-MS分析降解产物，同时结合氟元素物料平衡的计算结果，认为降解机制主要是以阴离子形式存在的PFOA吸附至表面带有大量正电荷的催化剂表面后，在光生空穴和活性自由基的作用下，以自由基机理逐步脱去CF₂生成短链的PFCAs，同时生成氟离子.     

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N_2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75) nm的CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn_2O_4与In_2O_3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.     

铋修饰BiOBr/g-C3N4异质结光催化剂合成及其可见光催化性能研究

以尿素为氮化碳（g-C₃N₄）合成的前驱体,柠檬酸（CA）作为还原剂,以一步溶剂热法制备铋修饰BiOBr/g-C₃N₄异质结型复合光催化剂（简称Bi/BiOBr/g-C₃N₄）.通过调控CA的投加量,实现了对Bi/BiOBr/g-C₃N₄可见光催化的可控制备,并以RhB为目标污染物研究其光催化活性.结果表明：1被还原在BiOBr表面上的Bi金属含量随还原剂CA投加量增加而增加,CA最佳投加量为2 mmol,Bi/BiOBr/g-C₃N₄的光生载流子的分离效率最高、禁带宽度最窄（2.43 eV）.而未采用CA改性的BiOBr/g-C₃N₄,其禁带宽度为2.8 eV.2投加CA能调控BiOBr形貌（如结晶度、尺寸大小以及晶粒平均厚度）,进而调控其光催化活性.当CA投加量为2 mmol时,BiOBr纳米微球大小适中,结晶度最高,晶粒平均厚度最小.3Bi修饰BiOBr/g-C₃N₄光催化剂对RhB的可见光降解率高达99.8%,其光催化降解速率达到0.097 k·min^-1,是BiOBr/g-C₃N₄光催化速率（0.026 k·min^-1）的3.73倍.4Bi/BiOBr/g-C₃N₄异质结光降解机理是：在Bi金属等离子体效应、BiOBr表面氧空缺与异质结的协同作用下,提高了Bi/BiOBr/g-C₃N₄异质结对可见光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而实现对RhB的高效降解.     

可控合成La（OH）3纳米球光催化去除NO及其催化性能机制研究

以KOH和La(NO3)3·6H2O为前驱体,柠檬酸为保护剂,采用一步水热法合成三维La(OH)3纳米球光催化剂.通过XRD、SEM、PL和UV-vis DRS等对样品进行结构表征.结果表明,柠檬酸的加入量对La(OH)3的形貌均匀性和催化活性均有较大影响.柠檬酸和La(NO3)3·6H2O的物质的量的比为2∶1时,得到的样品为形貌均匀的纳米球,光催化活性最佳且稳定性好.这是因为三维的纳米球结构更容易促进光生载流子的分离;此外,形貌均匀无团聚,增加了催化剂表面的活性位点,使反应过程中反应物和中间产物迅速扩散,从而光催化活性最高.在光催化过程中,羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O-2)是最主要的氧化物种.NO可以和产生的·OH和·O-2反应生成HNO2和HNO3,从而去除NO.本文研究结果充实了La(OH)3光催化材料的合成基础理论,探讨了La(OH)3光催化活性机理,为La(OH)3应用打开了新的视野.     

Ag/P-g-C3N4复合材料可见光催化降解双酚AF的机理研究

利用简单的热聚合及原位沉淀法制备了一系列不同质量比(1%～10%)的Ag/P-g-C_3N_4复合材料,采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS、FTIR、BET和XPS等表征手段对复合材料的形貌结构、光学特性和化学组成进行了表征.利用合成材料光催化降解双酚AF(BPAF),研究了溶液初始pH、溶解性有机质(DOM)对BPAF降解的影响,并对光催化降解机理进行了探讨.结果表明,在pH=7时,5%Ag/P-g-C_3N_4表现出最强的光催化性能,其在90 min内对BPAF的降解率达到100%.DOM在低浓度(0.5 mg·L~(-1))时促进了BPAF的光降解,而在高浓度时(2～10 mg·L~(-1))抑制了BPAF的光降解.活性基团捕获实验结果表明,在Ag/P-g-C_3N_4降解BPAF过程中,h~+和·OH起主要的作用,直接参与了BPAF的降解.相对于P-g-C_3N_4,Ag/P-g-C_3N_4光催化性能的增强主要是因为Ag的负载促进了e~-和h~+的分离,同时Ag单质的SPR效应提高了复合材料对可见光的吸收率,延长了光生载流子的寿命.