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光催化最新科研动态导读(2018-01)

发表时间:2018-02-07 11:49:11|点击次数:1784


1.中文标题: 多孔纳米复合材料钛酸纳米管/单壁碳纳米管(TNT /单壁碳纳米管)的合成与表征及其在紫外光和太阳光条件下光催化降解4-氯苯酚的活性的研究

英文题目Synthesis and characterization of titanate nanotube/single-walled carbon nanotube (TNT/SWCNT) porous nanocomposite and its photocatalytic activity on 4-Chlorophenol degradation under UV and solar irradiation

引自A. Payan.et.al. Applied Surface Science S0169-4332(17)33100-8.  

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本研究中钛酸纳米管/单壁碳纳米管(TNT /单壁碳纳米管)纳米复合材料是利用不同TiO2前驱体,采用两步水热法制备而成。利用X射线衍射XRD, 平衡发射 BET, 拉曼反射(Raman, 场致发射扫描电子显微分析法 FESEM, 透射电子显微镜术(TEM, 能量弥散 X 射线探测器 EDX, X射线能谱仪EDS, 电化学阻抗谱(EIS, 紫外可见漫反射(UV-vis DRS)和近红外(FTIR)等技术对该材料进行表征。FESEMTEM图像显示有两种管状类型结构的钛酸纳米管和单壁碳纳米管均匀交织在一起,形成了高多孔性纳米复合材料。XRDRaman光谱分析进一步证实了该纳米复合材料中单壁碳纳米管和钛酸纳米管之间的相互化学作用。其次,通过太阳光和紫外光照射条件下的光催化降解氯酚实验对所合成的复合材料的光催化性能的进行了相关研究。实验结果表明,纳米复合材料的光催化活性相比于纯的钛酸纳米管或单壁碳纳米管有明显的增强。在钛酸纳米管/单壁碳纳米管复合材料中,紫外光照射下单壁碳纳米管10%的负载量和太阳光照射下5%负载量表现出最大的光催化性能,纳米复合材料的光催化降解效率受前驱体的种类影响较小。此外,研究者对单壁碳纳米管的作用和机理进行了研究,提出了单壁碳纳米管降解4-氯苯酚的可能途径。对4-氯苯酚矿化率进行了TOC分析,结果表明在紫外和太阳照射下4-氯苯酚完全矿化分别是在240390 min后。电子捕获实验结果证实在4-氯苯酚降解过程中,O2 ∙−  and OH 是主要的活性物质。实验数据符合Langmuir -Hinshelwood动力学模型(紫外和太阳光条件下,R2F分别为0.92180.9703)。纳米复合材料的稳定性研究结果表明,四次循环使用后,该材料的降解效率仅降低了8%,稳定性良好。

2.中文标题:镍铁煅烧形成层状双氢氧化物修饰还原氧化石墨烯,提高亚甲基蓝光催化去除率

英文题目Reduced graphene oxide modified NiFe-calcinated ayered double hydroxides for enhanced photocatalytic emoval of methylene blue

引自Guoqing Zhao.et.al. Applied Surface Science S0169-4332(17)33140-9

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煅烧层状双金属氢氧化物(CLDH)是一个提高光催化剂对 有机染料光催化降解的有效方法,并被广泛研究。 通过温和的原位晶化技术,利用还原氧化石墨烯成功改进了煅烧层状双金属氢氧化物(CLDH)。本研究者充分利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、里叶变换红外(FT-IR),和紫外可见漫反射光谱(DRS)等技术对形成的还原氧化石墨烯/双金属氢氧化物进行相应表征。结果分析表明,氧化还原石墨烯促进双层氢氧化物微晶体的生长和NiFe -LDH层状晶体通过强烈的相互作用杂乱地分布于片状氧化还原石墨烯表面。还原氧化石墨烯/双金属氢氧化物复合材料对亚甲基蓝光催化性能主要与还原氧化石墨烯的质量分数和煅烧温度有关。实验结果表明:在还原氧化石墨烯负载量为1%,煅烧温度为500℃时,该复合材料光催化降解效率在5小时内达到了93%左右。该复合材料的光催化活性增强可能是与两个成分之间形成的协同催化效应有关。

3.中文标题: 可控调整二氧化钛{101}晶面缺陷,提高光催化响应和光催化性质

英文题目Enhancing the photoresponse and photocatalytic properties of TiO2 by controllably tuning defects across {101} facets

引自Piaopiao Wan.et.al. Applied Surface Science 434 (2018) 711716

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 (a) T1, (b) T2, (c) T3, (d) T4扫描电镜图(T1- T4分别表示51.3, 24.5, 20.8, 14.2 nm粒径的TiO2  (e)  TiO2随氢氟酸浓度降低的形貌变化图 (f ) (g) 表示T1T4的透射电镜图  (h) T1, T2, T3 T4X射线衍射图

在半导体材料的可控性良好的曝露面引入缺陷,为开发具有优异性能的光催化材料提供了一条有效途径。本研究中,研究者采用一种温和的乙二醇还原方法制备锐钛矿型二氧化钛,且其裸露的{001} {101} 晶面浓度不同,所以形成不同的表面缺陷。实验结果表明, 随着{101} 晶面浓度升高,TiO2的光电流产生率以及在可见光照射下光催化分解水的光催化活性提高到原来的5倍,这主要归因于材料的氧空位和可变的表面化学态的共同作用,降低了光生电子空穴对的复合率 。该项研究提供了一种简单可行的获得缺陷TiO2的途径,并深入探讨了在可见光照射下,材料表面缺陷和裸露的{001} {101} 晶面的不同浓度对光电流和光催化性质的协同作用,具有较强的实际意义。

4.中文标题: 锐钛矿型TiO2表面活性对氨气光催化氧化的影响研究

英文题目Facet-dependent performance of anatase TiO2 for photocatalytic oxidation of gaseous ammonia

引自 Min Chen.et.al. Applied Catalysis B: Environmental. S0926-3373(17)30308-9

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TiO2光催化氧化氨气的过程

无论是室内还是室外,如室内的装修材料,集约化的畜禽养殖,化工生产等均向大气中排放较多的氨气,也因此对环境造成了一定的影响, 而光催化技术提供了一种在室温下氧化氨气的有效途径。在此次研究中,研究者主要通过水热法制备了具有清洁特性的{001}, {101} {010} 晶面的锐钛矿型二氧化钛,并对该材料对氨气的光催化氧化活性进行验证,实验结果表明,三个晶面对氨气的光催化氧化活性顺序是{001} > {101} > {010}。利用XRDSEMXPS、紫外-可见光,原位DRIFTSTPD等方法对材料进行表征,结果表明, 以不同晶面为主的三种催化剂中,{ 001 }晶面由于其表面能够捕获更多的光生空穴,因此 TiO2的光生电荷的分离效率最高。在光催化氧化氨气过程中,第一步首先是光生空穴促使氨气氧化,然后{ 001 }晶面为主的TiO2催化剂进一步增强该反应,此外,光催化氧化氨气过程遵循photo-ISCR机制。光生电子激发氧气,并参与中间体NOx生成的反应过程,形成最终产物,此过程遵循photo-NH3-iSCR机制。本研究能够加深锐钛矿型二氧化钛氨气的光催化氧化性能的认识,为以后进一步提升TiO2光催化性能,应用于环境的各个方面提供了一个比较有参考价值的研究和思考方向。

5. 中文标题:硫化物纳米结构固溶体太阳能材料光催化降解硫化氢,制备氢燃料

英文题目Photocatalytic degradation of H2S aqueous media using sulfide nanostructured solid-solution solar-energy-materials to produce hydrogen fuel

引自 Mohsen Lashgarl.et.al. Journal of Hazardous Materials 345 (2018) 10–17

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硫化锌(ZS)太阳能材料于不同的放大倍率下的SEM图像(a标尺长度是1μmb标尺长度为200 nm

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(a)铁掺杂的硫化锌(IZS)和(b)铁-银共掺杂的硫化锌(IZSS)的SEM

H2S是一种腐蚀性强、易燃的有毒气体,可溶解于碱性介质中,并且可以利用其内部半导体性质,通过光化学反应产生H2Mohsen Lashgarl等研究者用温和的水热法分别在有Ag掺杂IZSS和无Ag掺杂IZS条件下合成了铁、锌、硫的三元固溶相纳米结构,并将其作为高效光催化剂用以从H2S介质中制备氢化燃料。pH对光催化性能的影响研究表明,当pH=11时,合成的光催化剂光催化活性最高,即HS−浓度也达到最高,而HS−是光氧化还原过程中的重要离子。BET,漫反射和光致发光效应研究表明,三元固溶相光催化剂比其相应的固体溶剂,具有更大的表面积,更强的光子吸收力和更小的电荷重组率,足见其优越性。此外,研究者着重探讨了银掺杂对光催化性能的影响,实验结果显示,虽然银的增加可以极大提高光子的吸收率且相应增加了表面积,但是银对电子复合过程的阻碍力度极其微弱,所以银的掺杂并不能很好的提高催化剂的催化活性,且鉴于银原料价格较高,不适合推广及应用。本研究的意义不仅提供了一种简单可行的合成固溶相太阳能材料的方法,并可应用于以H2S为原料产氢,通过进一步研究,得出铁--硫三元固溶相光催化剂,提高了产氢效率,意义非凡。

 

 

6. 用于光催化修复水体环境污染的纳米级半导体材料2018

原题:Nanoscale wide-band semiconductors for photocatalytic remediation of aquatic pollution

引自:Sarkar B, Daware A V, Gupta P, et al. Nanoscale wide-band semiconductors for photocatalytic remediation of aquatic pollution[J]. Environ Sci Pollut Res Int, 2017:1-23.image.png

 

6. 纳米ZnO材料作为光催化剂降解工业有机废物示意图

近年来水污染逐渐成为危害公众健康的严重问题。在不同形式的水污染物中,化学制剂和生物制剂对水体的危害最大。常规消除这些污染物的方法有树脂基交换器法,活性炭/碳材料吸附法和反渗透法。同时科学家们还提出了使用植物,微生物,基因工程和基于酶方法的新技术用于水体污染的治理。然而传统技术已经开始显示出各种不足之处,因此通过应用纳米级氧化锌(ZnO),二氧化钛(TiO2)和氧化钨(WO3)纳米材料技术来治理水污染得到越来越广泛的关注。这些纳米光催化剂具有高活性,成本低廉,作用时间更快等优点,并且可以非特异性地针对基于化学和生物的水生污染物。用于环境修复的光催化取决于对太阳光的利用性,光催化的机理涉及在强度高于其带隙能量的光照射下形成的电子 - 空穴对。在本文中讨论了不同的纳米ZnO,TiO2和WO3的合成方法及其结构表征,综述了纳米颗粒对有机污染物光降解的进展研究。

通过掺杂过渡金属元素和通过使用微波快速结晶合成技术都能够产生空位和间隙位点,价带顶部的电子通过与带隙相比以足够低的能量吸收来自光子的能量,从而达到导带能量由于准稳定状态的存在,电子可以通过多次光子能量吸收从一个状态跃迁到另一个状态相关文献报道中,使用Mn,Co,Ni和Cu等过渡金属可以使带隙半导体材料ZnO中带隙变窄(〜3.37eV),TiO2(〜3.2eV),ZnS(〜3.6eV)和WO3(〜2.7eV)。与对流加热相比,水热条件下的快速结晶能够产生更多的成核位点,从而使纳米颗粒更快形成。由于晶体生长过程迅速所以没有足够时间在晶格寻找优选位置从而形成能量低于导带的空位和间隙缺陷。

7. 用于光催化降解有机污染物的TiO2纳米纤维材料2018

原题Surface-deposited nanofibrous TiO2, for photocatalytic degradation of organic pollutants

引自:Sidaraviciute R, Krugly E, Dabasinskaite L, et al. Surface-deposited nanofibrous TiO2, for photocatalytic degradation of organic pollutants[J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2017, 84:1-10.

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7. TiO2纳米纤维材料SEM图a为煅烧前,b为煅烧后)

光催化材料是一种能够分解有机污染物的环境友好型环保材料越来越多地应用于水和空气净化。具有纤维层形态的光催化剂由于其高维度结构和优异的光催化性能,在实际应用中得到越来越多的青睐。本文介绍了负载TiO2纳米纤维层材料的生产和表征通过X射线衍射,扫描和透射电子显微镜以及椭圆偏正测试技术来表征所得材料的微观结构。催化活性由紫外光下亚甲基蓝和草酸的分解来表征

尽管金红石和锐钛矿混合形式的催化剂材料已经显示出光催化能力增强的现象,但纳米纤维中两种晶相的存在并没有在本实验测试装置中遵循这种趋势。这种观察结果不仅与相分布有关,更可能与微晶大小有关。光激发电子 - 空穴对在较大的微晶中的寿命出现延长的现象,因为它们迁移的距离较长,表明这些微粒从表面到吸收的中间体具有较快的电子转移速率。激发后电子的迁移也可能被微晶中煅烧后存在的碳杂质阻碍。上述纳米纤维TiO2材料用于光催化分解水中有机物的方法不能直接用于其他环境介质如气相系统,因为光子吸收的机制和化学物质的反应动力学在固液界面和固气界面不同。此外光催化剂的活性高度依赖于作为催化剂表面上每单位面积(光子通量)的光能量(光波长)的光强度,并受到液层的限制。即使考虑到上述限制我们仍然可以合成具有高质量催化剂的表面沉积层,包括高可用表面积,孔隙率和吸附能力的纳米二氧化钛催化剂的纳米纤维层。纳米纤维二氧化钛材料所产生的表面沉积催化层的特性,如高孔隙度,强吸附能力以及优良的催化性能,在环保领域中具有很高的应用价值。

8. 一种用于修复大气污染的光催化反应器的设计方法2018

原题:Integral Design Methodology of Photocatalytic Reactors for Air Pollution Remediation

引自:Passalía C, Alfano O M, Brandi R J. Integral Design Methodology of Photocatalytic Reactors for Air Pollution Remediation[J]. Molecules, 2017, 22(6):945.

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8. 光催化反应器设计方案

在室内污染的空气中通常会发现许多化合物,其中最常见的是挥发性有机化合物通常选择一种或多种待消除的污染物作为光催化研究的第一步每种化合物都具有各自的物理化学性质