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BiOCl的微结构改性及光催化性能研究进展

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材料工程 2024年

作者：袁炳鑫李美葶张驰辽宁工业大学材料科学与工程学院

半导体光催化技术将可再生太阳能直接转化为化学能源，是一种极具应用潜力的环境修复手段。BiOCl是一种具有四方结构的Ⅴ-Ⅵ-Ⅶ三元化合物半导体材料，其高度各向异性的层状堆积结构以及沿[001]方向形成的内建电场加速光生电子-空穴对... 详细信息

半导体光催化技术将可再生太阳能直接转化为化学能源，是一种极具应用潜力的环境修复手段。BiOCl是一种具有四方结构的Ⅴ-Ⅵ-Ⅶ三元化合物半导体材料，其高度各向异性的层状堆积结构以及沿[001]方向形成的内建电场加速光生电子-空穴对的分离，进而提高光反应活性。本文从相结构、形貌和溶液化学特性等角度综述了BiOCl光催化性能的构效关系以及在能源生产、环境治理和医疗科学等领域的相关研究现状，重点阐述BiOCl的晶面工程、能带结构调控以及异质结构筑等改性策略及其光催化性能增强机制。这对其他无机化合物的微观结构设计和光催化性能优化提供理论依据。

关键词： BiOCl 半导体光催化技术微结构改性光催化应用

分级结构WO_(3)-TiO_(2)-CNFs纳米复合材料的制备及其光催化性能研究

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江西化工 2024年第2期40卷 42-48页

作者：陆瑶瑶江西科技师范大学江西材料表面工程重点实验室江西南昌330036

本文通过水热法在多孔碳纳米纤维(CNFs)表面负载TiO_(2)和WO_(3),成功制备了高比例暴露、光催化性能优异且易于回收的WO3-TiO_(2)-CNFs三元复合材料,研究了WO3的添加量对光催化性能的影响,采用SEM、TEM、XRD、BET、和UV-vis等手段对催... 详细信息

本文通过水热法在多孔碳纳米纤维(CNFs)表面负载TiO_(2)和WO_(3),成功制备了高比例暴露、光催化性能优异且易于回收的WO3-TiO_(2)-CNFs三元复合材料,研究了WO3的添加量对光催化性能的影响,采用SEM、TEM、XRD、BET、和UV-vis等手段对催化剂进行了表征,并通过降解亚甲基蓝(MB)溶液来考察其光催化性能。结果显示,WO3与TiO_(2)的最佳复合摩尔百分比为4%,经过模拟太阳光照射90min后,对15 mg/L MB溶液的降解率为97.4%,且重复使用5次之后,对MB溶液的降解率仍然保持在93.6%。

关键词：有机污染物半导体光催化技术二氧化钛碳纳米纤维三氧化钨光降解

可见光响应的半导体光催化剂的制备及其降解有机污染物的性能和机理研究

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可见光响应的半导体光催化剂的制备及其降解有机污染物的性能和机...

作者：王亚菲青岛理工大学

学位级别：硕士

全球环境污染和化石能源短缺已经成为制约全人类发展,影响人们日常生活的严重问题。多年来,相关部门和研究者采用了多种治理技术来解决环境污染问题。其中,半导体光催化技术属于高级氧化技术的一种,能够直接利用太阳能降解有机污染物,... 详细信息

全球环境污染和化石能源短缺已经成为制约全人类发展,影响人们日常生活的严重问题。多年来,相关部门和研究者采用了多种治理技术来解决环境污染问题。其中,半导体光催化技术属于高级氧化技术的一种,能够直接利用太阳能降解有机污染物,已成为解决全球环境污染和能源短缺问题的重要技术之一。半导体光催化技术的关键是开发稳定高效的半导体光催化剂。目前,研究最广泛的半导体光催化剂是紫外光响应的TiO半导体,由于在太阳光辐射到地球的能量中紫外光所占的能量比例不到4%,TiO半导体对太阳光的利用率极低。因此,开发可见光响应的(VLD)半导体材料成为光催化技术深入研究的重中之重。目前,国内外研究者已经开发了不少VLD半导体材料,比如简单氧化物(WO和BiO)、复杂氧化物(AgPO,BiMoO,AgMoO)、硫化物(MoS和CdS)以及氮化物(CN和TaN)等。其中,AgPO和WO等都是新型的VLD半导体光催化剂,在光催化降解有机废水方面具有十分广泛的应用潜力。然而,它们单独参与光催化反应的反应效率较低、光催化活性的稳定性较差等缺点限制了其在实际生产中的应用。因此,本论文通过简单的沉淀法对以上两种VLD半导体进行合理的改性,进一步提高复合半导体的光催化性能;同时研究了反应体系中反应底物的初始浓度、不同污染物等对半导体材料光催化性能的影响。本论文主要研究结论如下:1、通过沉淀法合成了石墨烯量子点修饰AgPO半导体的复合材料(GQDs-AgPO)。本研究对光催化剂样品的组成、结构和光学性能进行了一系列的表征,结果表明:GQDs-AgPO复合物的粒子半径缩小为AgPO的1/2,比表面积增大为AgPO的2倍;而且复合材料对可见光的吸收能力明显增强,光吸收限延伸到00 nm左右;同时对样品的光催化活性进行测试,测试结果表明:在可见光照射下,GQDs-AgPO复合材料的光催化活性明显提高了。GQDs-AgPO复合材料对罗丹明B(RhB)的降解效率远远超过单独AgPO对RhB的降解效率。其中GQDs/AgPO的质量百分比为0.48%的复合材料的光催化性能最好,几乎是单独AgPO的11.25倍。此外复合物对阴离子染料甲基橙(MO)、4-氯苯酚(4-CP)和左氧氟沙星(LEVO)等也具有很好的光催化性能。根据自由基捕获实验,光生空穴(h)和超氧自由基(·O)是光催化反应中起主要作用的活性自由基。GQDs-AgPO复合材料光催化性能的显著提高应归功于其具有更大的表面积、更强的可见光的吸收能力以及能够更加有效地促进光生电子和空穴分离。因此,GQDs-AgPO复合材料是一种高效、稳定的VLD光催化材料,在有机废水处理领域具有很大的应用潜力。2、通过简单的沉淀法制备了一种新型AgMoO修饰WO的异质结复合材料(AgMoO-WO)。本研究对AgMoO-WO异质结样品的组成、结构和光学性能进行一系列的表征发现:AgMoO颗粒均匀地沉积在WO纳米片的表面,形成“纳米颗粒—纳米片”状结构。AgMoO-WO异质结对可见光的吸收能力明显增强;同时对样品进行光催化性能实验,结果表明:与单独的AgMoO和WO相比,异质结材料在降解罗丹明B(RhB)、4-氯苯酚(4-CP)和四环素(TC)的过程中表现出优异的光催化性能。其中AgMoO/WO的质量百分比为10%的异质结显示出最好的光催化性能,分别是单独WO和AgMoO降解效率的2倍和1.9倍。而且AgMoO-WO异质结的光催化效率远远高于相同质量混合物(AgMoO和WO)在相同条件下的光催化效率。此外,AgMoO-WO异质结光催化降解TC也表现出极好的光催化性能,在可见光照射下TC的光催化效率达到99%。光催化性能显著增强的原因是AgMoO和WO之间带隙交错,能够有效地抑制光生电子空穴对的复合。根据自由基捕获实验结果得知:羟基自由基(·OH)和光生空穴(h)是光催化反应中的主要活性物质。总之,本论文的研究对深度开发VLD半导体光催化材料具有重要的参考价值,同时也为光催化技术在有机废水处理方面提供技术支持,在环境污染治理和能源领域具有十分重要的意义。

关键词：半导体光催化技术 GQDs-Ag3PO4复合物 Ag2MoO4-WO3异质结可见光响应

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光催化技术研究进展

阜阳师范学院学报（自然科学版） 2005年第2期22卷 34-37页

作者：张文保阜阳师范学院化学系安徽阜阳236032

光催化技术是一种新兴的高效节能现代污水处理技术,从半导体光催化方法、反应机理、各类污染物光催化降解的现状、提高半导体光催化剂活性的途径、光催化技术发展中存在问题等方面分别论述了半导体光催化技术现状及发展趋势.

关键词：技术研究进展半导体光催化技术污水处理技术光催化降解催化剂活性高效节能催化方法反应机理发展趋势污染物现状

纳米TiO_2-ZnO复合材料的合成、结构与光催化性能

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无机化学学报 2003年第6期19卷 631-635页

作者：丁士文王利勇张绍岩刘淑娟丁宇刘燕朝康全影河北大学化学与环境科学学院保定071002 河北大学质监学院保定071002

Using ZnSO4 and TiCl4 as raw materials, nanometric TiO2 ZnO (ZnTiO3) is prepared at 180℃,0.8MPa by hydrothermal method. The effects of the reaction temperature and time on the nanometric TiO2 ZnO are also discussed. XRD shows that the product is TiO2 ZnO (ZnTiO3) with noncrystal phase, and it changes to rhombic form above 870℃. TEM measurement indicates that the TiO2 ZnO is spherical particles, and the average diameter of the particles is 20nm. The UV light absorption properties are detected by UV spectrophotometer. The results show that the nanometric TiO2 ZnO has strong absorption at 200～370nm and at visible region. Photodegradation of dyes in an aqueous solution is investigated using nanometric TiO2 ZnO as a photocatalyst. The results show that after 60min illumination, the decolorization rate of the acidic red B and acidic black 234 dye can be arrived at 100%.

关键词：纳米复合材料二氧化钛氧化锌合成结构光催化性能催化剂半导体光催化技术

金属酞菁（钨，钼）酸铋基纳米复合材料的合成及光催化性能研究

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金属酞菁（钨，钼）酸铋基纳米复合材料的合成及光催化性能研究

作者：李康齐鲁工业大学

学位级别：硕士

人类社会经济快速进步的同时产生了大量的有机工业废料和垃圾进入水中,大量的有机污染物排放到环境中,严重影响着人类环境以及社会发展。因此,水环境的治理问题变得重要,越来越多研究人员关注水污染处理领域的研究。半导体光催化技术是... 详细信息

人类社会经济快速进步的同时产生了大量的有机工业废料和垃圾进入水中,大量的有机污染物排放到环境中,严重影响着人类环境以及社会发展。因此,水环境的治理问题变得重要,越来越多研究人员关注水污染处理领域的研究。半导体光催化技术是一种环保的技术,被业界公认是处理水污染最有效的技术之一,该技术高效的利用太阳光有效的解决了水环境的治理问题。目前,半导体光催化材料通常存在的问题是太阳光利用率低,而且光生电子空穴对容易重组,致使光催化效率低。BiMO(M=W,Mo)材料拥有独特的Aurivillius层状结构和较为合适的禁带宽度,但是相对低的太阳光利用率和较高的光生电子-空穴复合限制了它们的实际应用。金属酞菁无毒,稳定,耐腐蚀性好,在太阳光的长的可见光区有强的吸收,近些年来,被广泛的应用的光催化领域,作为新型的光催化剂。本论文主要围绕BiMO(M=W,Mo)基纳米材料结合酞菁铜(CuPc)展开研究,利用静电纺丝技术制备具有一维形貌的BiMO(M=W,Mo)基异质结构纳米材料,然后通过溶剂热法负载酞菁铜制备新型的光催化剂,其对太阳光的利用率增高以及克制了光生电子空穴复合,并对它的光催化效率进行了讨论。本论文的主要研究内容如下:1. 采用静电纺丝结合溶剂热技术制备新型的光催化剂四硝基酞菁铜(TNCuPc)敏化CeO/BiMoO纳米纤维(TNCuPc/CeO/BiMoO)。通过XRD,SEM,TEM,FT-IR,XPS等技术测试了该材料的物相,元素组成以及形貌等。在光催化测试中,TNCuPc/CeO/BiMoO纳米纤维对四环素的降解效率达94.2%。光催化测试结果表明这种光催化剂具备极强的光催化性能。独特的一维结构解决了酞菁铜使用后难于分离的难题,加入TNCuPc后增强了对太阳光的利用率,TNCuPc/CeO/BiMoO异质结构抑制光生电子空穴对的重组。TNCuPc,CeO,BiMoO三者的协同作用促进了光催化效率的提升。2. 通过静电纺丝技术制备p-n异质结NiO/BiWO纳米管光催化剂。制备的该光催化剂通过XRD,SEM,TEM等表征测得物相,结构以及形貌等相关数据。在可见光照射下对四环素的降解效率可以高达92.0%,与单纯的NiO和BiWO纳米纤维相比较展现出极佳的光催化性能。光催化效率的增强归因于独特的p-n异质结构所形成的内部电场以及特殊的管状结构具有大的比表面可以提供更多的活性位点等,此外NiO和BiWO具有合适的带隙位置可以抑制光生电子空穴对的复合。捕获剂测试结果发现在该体系光催化实验中起主要作用的自由基团是·OH。循环试验证明p-n异质结NiO/BiWO纳米管光催化剂是一种理想的光催化剂。3. 为了进一步得到更高效的光催化剂,利用溶剂热技术在NiO/BiWO纳米纤维表面负载TNCuPc(TNCuPc/NiO/BiWO),形成一种三元的异质结构。通过漫反射分析,TNCuPc极大的拓宽了NiO/BiWO纳米纤维光催化剂在太阳光下的光响应范围。荧光数据证明,TNCuPc/NiO/BiWO纳米纤维的光生电子空穴对的复合效率最低。TNCuPc/NiO/BiWO纳米纤维在降解四环素和4-NP时展现出最高的光催化效率,经过循环试验表明该光催化具有良好的可重复利用性能。4. 通过静电纺丝和溶剂热技术相结合的方法制备TNCuPc/BiMoO异质结构纳米纤维。所制备的纳米纤维是在BiMoO纳米纤维上负载TNCuPc所构成的。经过光催化降解罗丹明B和光电流响应的测试,较为准确的评估了该光催化剂的光催化性能。结果显示,TNCuPc/BiMoO异质结构纳米纤维具备增强的光催化性能。

关键词：半导体光催化技术金属酞菁 Bi2MO6基纳米材料纳米纤维

二维共轭复合光催化剂改性氟碳树脂涂层防污性能研究

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二维共轭复合光催化剂改性氟碳树脂涂层防污性能研究

作者：朱振宇大连海事大学

学位级别：硕士

海洋污损生物是海洋产业中长期以来一直关注的重要焦点,随着航运事业的发展和海洋开发的力度日益增加,生物污损问题也变得更为常见和严峻。光催化技术产生的强氧化自由基团可以杀死附着在涂层表面的海洋细菌,阻止后续大型污损生物的附... 详细信息

海洋污损生物是海洋产业中长期以来一直关注的重要焦点,随着航运事业的发展和海洋开发的力度日益增加,生物污损问题也变得更为常见和严峻。光催化技术产生的强氧化自由基团可以杀死附着在涂层表面的海洋细菌,阻止后续大型污损生物的附着。本文利用半导体光催化技术,将二维共轭材料与传统光催化材料TiO2和新型光催化剂Ag2WO4、BiOIO3进行结合,以发挥二维共轭材料的吸附性和电子转移特性,使复合光催化剂具有更高的光催化效果。将改性后的复合光催化剂用于改性氟碳树脂涂层(PEVE),以提高涂层的防污性能。现将主要成果总结如下:(1)通过水热法制备了 graphene/TiO2复合光催化剂,并对PEVE涂层进行改性,在紫外光照条件下测试了复合涂层的防污性能。结果证明,graphene/TiO2的加入对涂层的防污性有明显的提升,石墨烯的高导电性能够快速转移TiO2光生电子,为光催化反应提供了更多的活性位点;而且石墨烯的高疏水性也有利于减少亲水性TiO2对涂层疏水性的影响。(2)采用 g-C3N4对 Ag2WO4进行改性,g-C3N4(0 0 2)晶面和β-Ag2WO4(113)晶面强烈的化学吸附作用,使得光催化活性更高的亚稳相β-Ag2WO4可以稳定存在。将g-C3N4/Ag2WO4用于改性PEVE涂层,复合涂层在可见光下具有很好的灭菌性能,光照90 min后的灭菌率接近了100%。g-C3N4与Ag2WO4之间形成的Z型异质结,加快了光生电子的分离和转移,使光催化效率提高的同时又抑制了 Ag2WO4的光腐蚀性。(3)微波水热法合成了 BiOIO3以及g-C3N4/BiOIO3复合光催化剂,用于改性PEVE涂层。该复合涂层在可见光下展现出非常优异的光催化活性,在可见光照45 min后的灭菌率可达98%以上。g-C3N4缩短了 BiOIO3的禁带宽度,使其具有良好的可见光相应能力,并且可产生强氧化自由基,有利于光催化灭菌反应的进行。二者之间的Z型电子传输机制提高了光生电子和空穴的分离效率,使其快速参与进光催化反应进程中。

关键词：海洋污损半导体光催化技术氟碳树脂涂层光催化灭菌

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高结晶度g-CN在光催化领域的研究进展

材料导报 2023年

作者：徐杨刘成宝郑磊之陈丰钱君超邱永斌孟宪荣陈志刚江苏水处理技术与材料协同创新中心苏州科技大学江苏省环境功能材料重点实验室苏州科技大学材料科学与工程学院江苏省陶瓷研究所有限公司苏州市环境科学研究所

石墨相氮化碳(g-C3N4)作为具有典型二维层状结构和窄带隙的聚合物半导体，表现出优异的可见光吸收能力、稳定的物理化学性能和优秀的光催化活性。但由于传统含氮前驱体热诱导聚合产生的g-C3N4结构不完全，主体是非晶或半晶质结构的melo... 详细信息

石墨相氮化碳(g-C3N4)作为具有典型二维层状结构和窄带隙的聚合物半导体，表现出优异的可见光吸收能力、稳定的物理化学性能和优秀的光催化活性。但由于传统含氮前驱体热诱导聚合产生的g-C3N4结构不完全，主体是非晶或半晶质结构的melon基氮化碳，其体相和表面存在较多缺陷，导致电导率低、限制光激发电荷的分离以及较高的电子-空穴对重组率等缺点，大幅降低了其催化活性，因此提高g-C3N4的结晶度是非常有必要的。本文主要总结了高结晶度氮化碳(CCN)的优势和近年来研究进展，提高g-C3N4的结晶度能在共轭平面之间建立电荷转移通道从而提高层内电荷转移效率，并且高结晶度可以与其他改性手段糅合以实现高效的协同效应，同时通过介绍CCN的结构、表征、制备方法、改性策略和应用领域对CCN近年来研究进展进行总结。最后，简要总结了CCN光催化材料面临的挑战和本领域未来的发展方向。

关键词：半导体光催化技术石墨相氮化碳高结晶度

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新型钯纳米催化剂

石油炼制与化工 2015年第7期46卷 14-14页

作者：中国石化有机原料科技情报中心站中国石化有机原料科技情报中心站

传统的太阳能是利用半导体光催化技术，但这一材料催化效果不强，且有局限性。中国科技大学发明了一种金属钯纳米结构催化剂，这种催化剂具有高催化活性和太阳能利用特性，可以在室温光谱辐照下达到热反应70℃下的催化转化效率。据称，... 详细信息

传统的太阳能是利用半导体光催化技术，但这一材料催化效果不强，且有局限性。中国科技大学发明了一种金属钯纳米结构催化剂，这种催化剂具有高催化活性和太阳能利用特性，可以在室温光谱辐照下达到热反应70℃下的催化转化效率。据称，这一成果为利用太阳能替代热源驱动有机催化反应提供了可能。

关键词：纳米催化剂金属钯半导体光催化技术中国科技大学利用特性有机催化反应太阳能催化效果