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十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法制备介孔NbO及其光催化性能

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环境化学 2024年

作者：褚一威靳凤先马同宇郭盛祺天津生态城水务投资建设有限公司柳州工学院食品与化学工程学院河北工业大学能源与环境工程学院

构建了一种简单的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法来制备介孔Nb2O5催化剂样品，并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等测试手段，对催化剂形貌结构和光电特... 详细信息

构建了一种简单的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法来制备介孔Nb2O5催化剂样品，并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等测试手段，对催化剂形貌结构和光电特性进行了分析.研究发现，CTAB的加入是导致Nb2O5产生介孔的主要原因.介孔的存在，不仅改善了催化剂吸附能力，同时诱导更多表面氧空位的形成，这些变化增强了催化剂表面活性氧物种的产生能力.此外，更多的氧空位的存在充当光生电子(e-)的复合中心，使CTAB辅助水热制备的Nb2O5催化剂具有更加优异的光生电荷分离能力.将得到的催化剂用于水中污染物控制，包括罗丹明B(RhB)的降解以及重金属Cr(Ⅵ)的还原，其中最优掺杂比例C10-NbO样品在20 min后对罗丹明B的去除率达到99%，在最佳反应条件下60 min内对Cr(Ⅵ)的去除率可以达到98%.系列实验结果均证实介孔Nb2O5催化剂材料优异的光催化氧化还原能力.此外，探究了催化剂的稳定性以及在宽泛水环境条件下的应用效果，表明其具有一定的应用潜质.

关键词： Nb O 光催化十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 介孔

WO_(3)水合物在光催化领域的应用与研究进展

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工程科学学报 2024年第1期46卷 44-55页

作者：张方圆韩伟光张雪孙彦东张子琪郭盛祺河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

三氧化钨(WO_(3))作为一种过渡金属氧化物半导体材料,具有良好的可见光响应能力,是理想的光催化材料之一.然而,其光生电荷分离效率低的弊端始终阻碍其发展.相比于WO_(3),其水合形式(WO_(3)·nH_(2)O)由于具有更高的电荷转移分离效率而... 详细信息

三氧化钨(WO_(3))作为一种过渡金属氧化物半导体材料,具有良好的可见光响应能力,是理想的光催化材料之一.然而,其光生电荷分离效率低的弊端始终阻碍其发展.相比于WO_(3),其水合形式(WO_(3)·nH_(2)O)由于具有更高的电荷转移分离效率而备受研究者的青睐.本文针对近年来WO_(3)·nH_(2)O材料在光催化领域的应用与研究进展进行了系统的归纳整理.首先介绍了WO_(3)·nH_(2)O光催化剂的晶体结构,接着从晶体结构、电子转移分离以及能带结构的角度分析了结晶水对WO_(3)的影响,并重点阐述了WO_(3)·nH_(2)O和WO_(3)·nH_(2)O基改性光催化剂的制备方法.最后总结了WO_(3)·nH_(2)O及其所构建的复合材料在水分解析氢、CO_(2)还原和降解染料类污染物三个方面的应用,并对发展前景做出了展望.本工作旨在为推动WO_(3)·nH_(2)O光催化体系发展提供有益参考.

关键词： WO_(3)·nH_(2)O 光催化制备方法改性策略应用

非金属掺杂的g-C_(3)N_(4)光催化材料制备及应用研究进展

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材料工程 2023年第12期51卷 47-58页

作者：张子琪孙彦东张雪靳凤先马晓佳郭盛祺河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

随着对光催化基础理论与应用技术研究的不断深入,由可见光驱动的新型光催化剂在制备、性能机理及应用等方面的了解均取得了一定进展。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),作为一种化学性质稳定的非金属材料,因环境友好和可塑性强等优点倍受国... 详细信息

随着对光催化基础理论与应用技术研究的不断深入,由可见光驱动的新型光催化剂在制备、性能机理及应用等方面的了解均取得了一定进展。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),作为一种化学性质稳定的非金属材料,因环境友好和可塑性强等优点倍受国内外学者关注。近年来,有关g-C_(3)N_(4)基材料在光催化领域的应用探索发展迅速。其中,以非金属元素掺杂策略尤为突出,已成为材料科学和环境化学等学科的研究热点。为了对相关研究进行及时梳理和归纳,本文以近年来非金属掺杂改性的g-C_(3)N_(4)基光催化材料的研究现状为主线进行了总结综述,系统地讨论了非金属掺杂g-C_(3)N_(4)的制备方法及其在光催化领域的应用,并对其未来的发展方向提出了展望,如光电催化、光热催化以及压电光催化等领域的应用将进一步被挖掘。

关键词：石墨相氮化碳非金属掺杂光催化制备方法环境应用

机械混合法制备TiO;/g-C;N;复合材料及其光催化降解双酚A的性能

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环境化学 2022年

作者：郭盛祺马同宇杨波赵益华天津生态城水务投资建设有限公司河北工业大学能源与环境工程学院中国科学技术大学先进技术研究院

本工作采用机械混合方法，将TiO;纳米颗粒与不同质量的g-C;N;复合，制备了一系列具有不同g-C;N;含量的TiO;/g-C;N;复合材料.运用X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、比表面积分析仪（BET）、扫描电镜（...

本工作采用机械混合方法，将TiO;纳米颗粒与不同质量的g-C;N;复合，制备了一系列具有不同g-C;N;含量的TiO;/g-C;N;复合材料.运用X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、比表面积分析仪（BET）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对材料的化学组成和形貌特征进行了表征.比较了g-C;N;、TiO;和一系列TiO;/g-C;N;在可见光驱动下对水中双酚A（BPA）的降解效率和矿化能力差异，发现TiO;/g-C;N;的光催化活性显著高于g-C;N;和TiO;，其中以TiO;/g-C;N;-B的光催化活性最高（g-C;N;的投料量为0.08 g）.为了揭示TiO;/g-C;N;良好光催化活性的产生机理，采用紫外可见光谱、稳态和瞬态荧光光谱对催化剂（以TiO;/g-C;N;-B为研究模型）可见光响应能力、带隙结构以及光生载流子分离能力进行了分析.结果证实，通过机械混合方法向TiO;体系引入适量的g-C;N;不仅能够将TiO;的光响应范围拓宽，而且可以提升光生载流子的分离能力并延长载流子存活寿命.此方法构建的复合材料能够在水环境中保持结构和性能的稳定.对降解过程中自由基分布特征的监测表明，降解过程中的主要活性物种为空穴自由基和羟基自由基.

关键词：

机械混合法制备TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料及其光催化降解双酚A的性能

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环境化学 2022年第4期41卷 1425-1434页

作者：郭盛祺马同宇杨波赵益华天津生态城水务投资建设有限公司天津300467 河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 中国科学技术大学先进技术研究院合肥230088

本工作采用机械混合方法,将TiO_(2)纳米颗粒与不同质量的g-C_(3)N_(4)复合,制备了一系列具有不同g-C_(3)N_(4)含量的TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料.运用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、比表面积分析仪(BET... 详细信息

本工作采用机械混合方法,将TiO_(2)纳米颗粒与不同质量的g-C_(3)N_(4)复合,制备了一系列具有不同g-C_(3)N_(4)含量的TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料.运用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、比表面积分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的化学组成和形貌特征进行了表征.比较了g-C_(3)N_(4)、TiO_(2)和一系列TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)在可见光驱动下对水中双酚A(BPA)的降解效率和矿化能力差异,发现TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)的光催化活性显著高于g-C_(3)N_(4)和TiO_(2),其中以TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)-B的光催化活性最高(g-C_(3)N_(4)的投料量为0.08 g).为了揭示TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)良好光催化活性的产生机理,采用紫外可见光谱、稳态和瞬态荧光光谱对催化剂(以TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)-B为研究模型)可见光响应能力、带隙结构以及光生载流子分离能力进行了分析.结果证实,通过机械混合方法向TiO_(2)体系引入适量的g-C_(3)N_(4)不仅能够将TiO_(2)的光响应范围拓宽,而且可以提升光生载流子的分离能力并延长载流子存活寿命.此方法构建的复合材料能够在水环境中保持结构和性能的稳定.对降解过程中自由基分布特征的监测表明,降解过程中的主要活性物种为空穴自由基和羟基自由基.

关键词：机械混合复合材料光催化双酚A

二氧化钛基材料光催化降解VOCs的研究进展

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工程科学学报 2023年第4期45卷 590-601页

作者：马晓佳唐学静靳凤先沈伯雄郭盛祺河北工业大学能源与环境工程学院

挥发性有机污染物(VOCs)大量排放导致的人体健康和环境问题已引起广泛关注，如何高效环保地去除VOCs一直是催化化工行业领域的热点和难题之一.光催化氧化技术(PCO)被认为是有效的环境污染物治理方法之一.TiO2作为研究时间最长的光催化... 详细信息

挥发性有机污染物(VOCs)大量排放导致的人体健康和环境问题已引起广泛关注，如何高效环保地去除VOCs一直是催化化工行业领域的热点和难题之一.光催化氧化技术(PCO)被认为是有效的环境污染物治理方法之一.TiO2作为研究时间最长的光催化剂，具有成本效益高、稳定性好和光催化降解能力强等优点.然而，无法利用可见光和光激发电荷载流子分离效率低等瓶颈问题始终制约着其进一步发展.通过改性来克服TiO2固有限制和提高TiO2光催化氧化降解VOCs能力势在必行，立足于TiO2光催化去除VOCs的基本原理，面向影响光催化反应的关键因素，从掺杂、半导体复合、缺陷工程、晶面工程、载体吸附和形貌调控等几个方面出发对近年TiO2基材料设计及其在光催化降解VOCs领域应用的研究进行了系统的归纳和总结，并对如何进一步改进基于TiO2的光催化氧化VOCs技术提出展望.

关键词： TiO2 改性光催化室内外污染挥发性有机污染物

Nb_(2)O_(5)基光催化材料的改性及其在水处理中的应用进展

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稀有金属 2023年第1期47卷 59-72页

作者：靳凤先马晓佳孙彦东张雪张子琪郭盛祺河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

半导体光催化技术是将太阳能转化为化学能的有效途径,在环境污染控制和清洁能源生产等方面拥有巨大应用潜力,发展前景广阔。作为该技术的核心环节,光催化剂材料的设计与研发一直是多学科的研究重点。最近,环境友好的Nb_(2)O_(5)因拥有... 详细信息

半导体光催化技术是将太阳能转化为化学能的有效途径,在环境污染控制和清洁能源生产等方面拥有巨大应用潜力,发展前景广阔。作为该技术的核心环节,光催化剂材料的设计与研发一直是多学科的研究重点。最近,环境友好的Nb_(2)O_(5)因拥有适合光催化反应的多种优良特性,如表面吸附能力强和空穴具有高氧化性等而受到科研工作者青睐。过去几年,大量围绕高活性Nb_(2)O_(5)基光催化材料研发的工作被进行。本文以Nb_(2)O_(5)自身结构特征及理化性质为切入点,针对Nb_(2)O_(5)基光催化材料的改性策略进行总结和整理,介绍了形貌调控、缺陷工程、元素掺杂、贵金属沉积以及半导体复合等策略改善Nb_(2)O_(5)基光催化剂光催化活性的作用机制,并对其在水环境中有机污染物降解、重金属离子还原以及细胞灭活等方面的应用进行评述的同时也对该类材料的发展提出了前景展望。本项工作系统梳理了Nb_(2)O_(5)基光催化材料的发展现状,能够为同行的研究提供有益的借鉴。

关键词： Nb_(2)O_(5) 光催化改性策略水污染处理

非金属掺杂的g-CN光催化材料制备及应用研究进展

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材料工程 2023年 47-58页

作者：张子琪孙彦东张雪靳凤先马晓佳郭盛祺河北工业大学能源与环境工程学院

随着对光催化基础理论与应用技术研究的不断深入，由可见光驱动的新型光催化剂在制备、性能机理及应用等方面的了解均取得了一定进展。石墨相氮化碳(g-C3N4)，作为一种化学性质稳定的非金属材料，因环境友好和可塑性强等优点倍受国内外... 详细信息

随着对光催化基础理论与应用技术研究的不断深入，由可见光驱动的新型光催化剂在制备、性能机理及应用等方面的了解均取得了一定进展。石墨相氮化碳(g-C3N4)，作为一种化学性质稳定的非金属材料，因环境友好和可塑性强等优点倍受国内外学者关注。近年来，有关g-C3N4基材料在光催化领域的应用探索发展迅速。其中，以非金属元素掺杂策略尤为突出，已成为材料科学和环境化学等学科的研究热点。为了对相关研究进行及时梳理和归纳，本文以近年来非金属掺杂改性的g-C3N4基光催化材料的研究现状为主线进行了总结综述，系统地讨论了非金属掺杂g-C3N4的制备方法及其在光催化领域的应用，并对其未来的发展方向提出了展望，如光电催化、光热催化以及压电光催化等领域的应用将进一步被挖掘。

关键词：石墨相氮化碳非金属掺杂光催化制备方法环境应用

宽泛条件下光催化降解四环素的CN/TiO复合材料的性能研究

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环境化学 2023年

作者：马晓佳马同宇赵益华唐学静靳凤先郭盛祺河北工业大学能源与环境工程学院天津生态城水务投资建设有限公司

本研究采用简便的原位水热法成功制备了g-C3N4/TiO2复合材料.采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外光谱(FTIR)、比表面积分析仪(BET)、紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis)、电化学工作站等对其物... 详细信息

本研究采用简便的原位水热法成功制备了g-C3N4/TiO2复合材料.采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外光谱(FTIR)、比表面积分析仪(BET)、紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis)、电化学工作站等对其物像、结构、形貌、光学特性和光电化学性能进行表征；以四环素(TC)为目标污染物在可见光下进行光催化降解实验，研究催化剂投加量、溶液pH、污染物浓度等不同条件对g-C3N4/TiO2复合材料降解TC效果的影响，通过自由基捕获实验探讨其光催化降解TC的机理.结果表明，g-C3N4/TiO2复合材料对TC的光催化降解效果均优于纯g-C3N4和TiO2，掺杂量为3%的CNT-3光催化活性最好，且有着优秀的矿化能力；复合材料能够在较少的投加量、较宽的pH范围以及较高的污染物浓度下高效降解TC，并且能够在反应环境中保持稳定，·OH自由基和空穴在反应体系中起主要作用. g-C3N4和TiO2之间存在的Z型异质结，有效减少光生载流子复合，g-C3N4的引入不仅拓宽了TiO2的光响应范围，而且促进了电荷转移和分离，提高了复合材料的光催化活性.

关键词：二氧化钛光催化四环素 Z型异质结