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光催化最新科研动态导读(2018-3)

发表时间:2018-04-03 09:12:19|点击次数:1710


Jack,Kwen编译整理

1.Pd2+改性Bi2O2CO3材料用于可见光下光催化反应2018

原题:A Comparison of Pd 0 Nanoparticles and Pd 2+ Modified Bi 2 O 2 CO 3 for Visible Light-Driven Photocatalysis

引自:Meng X, Li Z, Yun N, et al. A Comparison of Pd 0 Nanoparticles and Pd 2+ Modified Bi 2 O 2 CO 3 for Visible Light-Driven Photocatalysis[J]. 2018, 2018(34):1-9.

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1. Pb2+改性前后光催化材料降解过程机理

如今,光催化过程在各个领域都得到了越来越广泛的研究。它的两个主要应用是水的分解制氢和降解机污染物。铋基半导体(BBS)已经被广泛研究应用于光催化反应,与光催化领域的先驱TiO2相比,铋基半导体(例如Bi2WO6,BiOBr,Bi2MoO6,BiVO4)能够表现出更优越的可见光响应。然而在各种铋基半导体中,有一些宽带隙半导体只能被紫外光激活,如Bi2O2CO3,BiOIO3,BiOCl和BiPO4 。为改善其可见光驱动的光催化活性,通常采用掺杂和制备等离子体光催化剂等方法。

在实际应用已经广泛采用两种主要方法来改善可见光驱动的光催化活性,即纳米颗粒沉积法和离子掺杂法。在本文研究工作中,通过将钯与Bi2O2CO3相结合进行了比较,得出以下结论:通过钯纳米颗粒沉积以及钯掺杂都能改善可见光光子的吸收效率,但这2种方法改进光子吸收效率的程度完全不同。 Bi2O2CO3的带隙受Pd纳米颗粒沉积的影响可以忽略不计,因为可见光光子不能被Bi2O2CO3材料吸收,光子只能被光催化剂表面的钯纳米颗粒吸收。由于钯和Bi2O2CO3之间的功函数不同,被激活的电子可能进入到Bi2O2CO3的导带中。本论文研究推断贵金属纳米粒子可能会更有效地提高半导体的光催化活性,金属纳米颗粒在表面沉积的改进受载体固有性质的限制,揭示了在光催化剂改性的过程中离子掺杂的重要性。

2. ZnFe2O4 / Fe2TiO5 / TiO2异质结构纳米复合材料的光催化降解效率研究2018

原题Heterostructured ZnFe 2 O 4 /Fe 2 TiO 5 /TiO 2, Composite Nanotube Arrays with an Improved Photocatalysis Degradation Efficiency Under Simulated Sunlight Irradiation

引自:Xiong K, Wang K, Chen L, et al. Heterostructured ZnFe 2 O 4 /Fe 2 TiO 5 /TiO 2, Composite Nanotube Arrays with an Improved Photocatalysis Degradation Efficiency Under Simulated Sunlight Irradiation[J]. Nano-Micro Letters, 2018, 10(1):17.

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2. ZFO / FTO / TONTAs复合材料的能带结构示意图

半导体光催化剂由于其在环境修复中的潜在应用价值得到了越来越多科学家的研究。作为优异的紫外光响应光催化剂,纳米TiO2材料已经在市场上广泛销售。最近研究发现TiO2纳米管阵列(TONTAs)比任意排列的TiO2纳米晶具有更好的电子渗透通道,这可能归结于其独特的结构排列因此TiO2纳米管阵列水分解,有机污染物的光催化降解染料敏化太阳能电池和光电极等领域都得到了广泛研究。然而由于TiO2的宽带隙(锐钛矿3.2eV金红石3.0eV),其吸收紫外区域中的光仅占总太阳光谱的4-5%。这直接降低了太阳能利用率因此针对改善TiO2纳米管阵列可见光吸收率的研究越来越多。

本文中,使用偏压辅助灌流法将ZnFe2O4纳米晶体成功灌注到TiO2纳米管阵列管道中750℃退火2小时后,获得具有异质结构的ZnFe2O4 //Fe2TiO5 / TiO2纳米管阵列材料 这种材料ZnFe2O4 //Fe2TiO5界面处形成交错的II型谱带对齐,在Fe2TiO5 / TiO2界面处形成I型谱带对齐由于具有纳米级异质结构,ZnFe2O4 //Fe2TiO5 / TiO2复合材料的可见光吸收效率在引入ZnFe2O4和Fe2TiO5大大增强。 尽管复合材料的比表面积较小,但ZnFe2O4 //Fe2TiO5 / TiO2材料可见光下对亚甲基蓝的光催化降解效率得到显着改善。

3. 溶胶 - 凝胶法合成介孔纳米TiO2光催化材料2018

原题:Investigation of amino acids as templates for the sol-gel synthesis of mesoporous nano TiO sub(2) for photocatalysis

引自:Bakre P V, Tilve S G, Ghosh N N. Investigation of amino acids as templates for the sol-gel synthesis of mesoporous nano TiO sub(2) for photocatalysis[J]. Monatshefte für Chemie - Chemical Monthly, 2018:1-8.

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3. TiO2合成方法

近年来,无机半导体金属氧化物在光催化分解空气和水中有机污染物领域引起了广泛关注。 众多材料中TiO2具有成本低,无毒,活性高,耐久性好等优点,逐渐成为最受研究的材料之一,也是可以用于光催化和其他应用领域的重要材料,如紫外线阻断剂,光电子,染料敏化太阳能电池,锂离子电池等

本文比较了8种氨基酸:甘氨酸,DL-丙氨酸,β-丙氨酸,DL-缬氨酸,L-脯氨酸,DL-丝氨酸,DL-天冬氨酸和L-谷氨酸作为用于溶胶凝胶合成TiO2的模板。在除天冬氨酸和丝氨酸以外的所有情况下观察到形成纯相锐钛矿纳米颗粒。通过在阳光照射下比较对染料亚甲基蓝和钙镁试剂的光降解效果,发现天冬氨酸是最好的模板剂,颗粒尺寸的大小对催化活性的影响比表面积和孔体积更大。 此外红外研究表明,氨基酸是通过充当表面活性剂而非反应物充当模板。表面活性剂活性取决于胶体表面的羟基和氨基酸之间的氢键。

4. 磷酸盐/聚(明胶--海藻酸钠)光催化复合材料的研究2018

原题Tin (IV) phosphate/poly(gelatin- cl -alginate) nanocomposite: Photocatalysis and fabrication of potentiometric sensor forPb (II)

引自:Pathania D, Thakur M, Sharma G, et al. Tin (IV) phosphate/poly(gelatin- cl -alginate) nanocomposite: Photocatalysis and fabrication of potentiometric sensor forPb (II)[J]. 2018.

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4. 复合材料的合成与研究

随着经济和工业的持续增长,整个生物网络构面临着严重威胁。这些由工业生产带来的污染物质如重金属,染料,农药,酚类等都是不可被生物降解的,可对人类产生致癌作用。铅是一种生物累积性有毒污染物,对人体组织有不良影响。它是一种强大的神经毒素和致癌物质,会导致肺部疾病,中风,便秘,血红蛋白合成不良,绞痛,坦率贫血,肾脏问题,也可能会增加血压和心率。目前有关污染物分离的报道有溶剂萃取,差异沉淀,蒸馏,浮选,电沉积,过滤,蒸发,吸附和离子交换等技术。但是大规模开发和应用的方法是离子交换,因为这项技术易于操作,高效且无污泥。

本论文采用共沉淀法制备了锡(IV)磷酸盐 / 聚(明胶 - 藻酸盐)纳米复合离子交换剂,随后对其进行原位聚合。该复合材料具有较高的离子交换容量(1.02meq / g)。 pH滴定研究显示该纳米复合材料具有三个拐点的多功能性。探索了TP / PGA纳米复合材料用于金属离子的分离。在分配系数值的基础上,TP / PGA对Pb(II)金属离子具有高选择性。纳米复合材料用于甲基橙染料的光降解。在太阳照射下,89.98%的MO被降解。 TP / PGA纳米复合材料作为电活性材料用于制备高浓度范围(1×10-1molL-1至1×10-7molL-1)的Pb(II)离子选择电极,响应时间为30秒)和工作pH效应(4-8)。因此,TP / PGA纳米复合材料可用于从水溶液中去除和回收高毒性Pb(II),并可用于环境污染控制。

本论文通过共沉淀法然后进行原位聚合制得锡(IV)磷酸盐 / 聚(明胶 - 藻酸盐)纳米复合离子交换剂。它与其无机对应物(0.55meq / g)相比具有更高的离子交换容量(1.02meq / g)。通过分配系数值的比较分析,锡(IV)磷酸盐 / 聚(明胶 - 藻酸盐)对Pb(II)金属离子具有高选择性。将该纳米复合材料用于甲基橙染料的光降解,在太阳照射下对甲基橙的降解率为89.98%。 锡(IV)磷酸盐 / 聚(明胶 - 藻酸盐)纳米复合材料作为电活性材料可以用于制备高浓度范围(1×10-1molL-1至1×10-7molL-1)的Pb(II)离子选择电极,响应时间为30秒)和工作pH(4-8)效应。因此该纳米复合材料可以用于从水溶液中去除和回收高毒性Pb(II),在环境污染控制领域具有重要应用价值。

 

5. Al-ZnO纳米复合材料的合成及其在光催化和电化学中的应用2018

题: Synthesis of Al-ZnO nanocomposite and its potential application in photocatalysis and electrochemistry

引自:Jia W, Shang Y, Gong L, et al. Synthesis of Al-ZnO nanocomposite and its potential application in photocatalysis and electrochemistry[J]. Inorganic Chemistry Communications, 2018, 88:51-55.

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5. a-c为不同放大倍数合成产物的SEM图像;d来自c的EDS映射

随着工业化进程的发展,越来越多含有毒污染物和有机染料的废水出现在纺织,造纸,皮革等行业,严重危害人类生活环境和健康。因此近年来许多研究人员都将研究重心放到这种废水的处理技术中,其中在紫外或可见光照射下光催化降解有机污染物因其简单,低成本和高效率的优点而被广泛研究。在光催化降解过程中,纳米复合催化剂因其广泛的可用性,可再生性,稳定性和低成本引起了科学家的重视。到目前为止各种复合材料如βAg0.333V2O5CMK-3,CeO2 / CuO,NaTi2PO4)3 MWCNT / WO3 均被用作光催化剂和电化学材料。除此之外纳米ZnO材料因具有宽带隙能量(3.37 eV)和较大激发子结合能(60 meV),被认为是TiO2的合适替代品。许多文献报道,通过与其他金属氧化物结合可以改善ZnO中电子 - 空穴对的分离和增强光吸收,金属掺杂是解决ZnO材料缺陷问题的有效方法。

本实验中在汞灯照射下,Al-ZnO被激发产生h +和e-。作为一种强效氧化剂,.O2-和.OH能有效分解有机染料。此外为了比较Al-ZnO与市售ZnO和Al2O3粉末的光催化活性,我们分别在相同条件下使用这些催化剂进行了光催化降解刚果红的实验。当辐照时间为30 min时,约83.5%的刚果红被Al-ZnO降解,分别有70.1%和56.7%的刚果红被ZnO和Al2O3降解,Al-ZnO纳米复合材料展现出更优异的光降解能力。Al-ZnO纳米复合材料不溶于H2O,这会导致体系出现液固不均匀现象。因此可以通过离心简单地分离Al-ZnO纳米复合材料,随后用H2O洗涤并在110℃下干燥12小时,继续在下一个循环中使用。实验结果显示催化剂循环5次后,降解效率略有下降,表明Al-ZnO纳米复合材料的光催化活性在循环5次后基本保持不变,表明Al-ZnO可以作为重复使用的光触媒并保持长期稳定性。

 

6. 中文标题:增强近红外光催化产氢效率的Cu/rGO纳米复合材料的研究

英文题目Plasmonic Cu nanoparticle on reduced graphene oxide nanosheet support: an efficient photocatalyst for improvement of near-infrared photocatalytic H2 evolution

引自Piyong Zhang.et.al Applied Catalysis B: Environmental.S0926-3373(17)31142-6

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在铜/氧化石墨烯系统光催化制氢的原理图

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/氧化石墨烯合成与光催化反应过程示意图

铜纳米粒子是一种低成本的等离子体金属,由于其表面具有等离子体共振(SPR)效应,现被广泛应用于光催化产氢反应。Piyong Zhang等利用一种简单可行的原位光反应过程,成功制备了Cu与氧化石墨烯结合的高效复合光催化剂,该材料主要将金属Cu等离子体附于氧化石墨烯纳米薄片上,形成多纳米级的结构,提高光催化产氢反应效率。与传统的单个Cu纳米颗粒相比,这种与氧化石墨烯耦合的Cu纳米颗粒具有更高的光催化活性,实验表明,对于氧化石墨烯掺杂质量比为1.0%Cu纳米颗粒,其产氢速率高达59 mmol g-1h-1。氧化石墨烯具有较高的导电性能,可以高效率接受和传递光生电子,因此,光生电子的复合能够有效被抑制,而接受的电子可以在其二维平面结构上快速转移到反应位点,参与产氢反应,光催化活性高。由于等离子体Cu纳米颗粒的宽光谱响应性能,该复合材料在800900nm的单色光光谱段具有近红外的光催化活性,因此铜/氧化石墨烯几乎在全光谱段对H2反应具有光催化活性,包括近红外光谱区的,从而使得光的利用效率显著提高。反复利用5次该催化剂后,研究人员通过光化学测量发现催化剂具有显著的稳定性。该项研究为全光谱驱动光催化等离子体金属的光催化反应打开了一种新的研究视角与方法,可应用于环境与能量研究等领域。

7.中文标题:可控合成介孔多壳微球状ZnO纳米材料,高效光催化氧化NO氧化物

英文题目Controllable Synthesis of Mesoporous Multi-shelled ZnO Microspheres as Efficient Photocatalysts for NO Oxidation

引自Xiaolang Chen.et.al  APSUSC S0169-4332(17)33283-X

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光催化氧化NO氧化物的机理示意图

分级多孔结构材料在环境治理中的成功应用为解决环境问题提供了一种新的研究思路。众多研究发现,层状结构的半导体材料是一种光催化氧化气相中NO的理想光催化剂。Xiaolang Chen等以氨基酸(N-Acetyl-D-Proline)为模板, 通过简单的水热法和煅烧后的处理过程,调控多壳微球状ZnOMMSZ)结构,形成分级多孔的 材料结构。

对称性Ostwald熟化是通常用来阐明分级纳米结构的形态演变的理论形式。在紫外光照射下,多壳微球状结构的ZnOMMSZ)具有显著的光氧化氧化气相中NO400 ppb)的氧化活性,去除率高达77.3%,显著高于其他阶层式多孔结构 的ZnO晶体,因为前者具有更高的光电流强度。制备的新型MMSZ催化材料之所以具有如此显著的光催化活性,主要是因为增强了ZnO的结晶度,以及其具有的介孔结构和独特的多壳形态,增强的结晶度能够显著激发光照条件下电子的活性,增加光生电子的浓度,而介孔结构具有多孔性,能够保证壳层之间足够的光散射。多壳结构使ZnO具有较大的比表面积和较高的多级反射光频率,因此能够暴露更多的活性位点,提高光利用效率,促进光生载流子的快速分离。此外,实验结果表明,光生空穴(h+是主要的活性因子。层状结构的氧化锌(ZnO)不仅有助于直接利用太阳能解决大气污染引起的各种问题,而且在太阳能电池、锂电池、水分解等能量转换和储存中也有潜在的应用前景。

8.中文标题: 氟化铜/锌/铝/锆水滑石衍生纳米材料,光催化氢化CO2合成甲醇

英文题目Highly enhanced visible light photocatalysis and in situ FT-IR studies on Bi metal @defective BiOCl hierarchical microspheres

引自Hong Wang.et.al. Applied Catalysis B: Environmental S0926-3373(17)31145-1

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Bi/BiOCl-200表面等离子体光催化机制

此项研究中,研究者Hong Wang等利用一步热溶剂法合成了三维的金属铋(Bi)与缺陷性铝氧化铋(BiOCl)层级微球状结构的光催化材料,并探讨了溶剂温度对材料的微观结构和光催化性能的影响,实验结果表明,在200℃时,该催化剂(Bi/BiOCl-200)对氮氧化物(NOx)脱硝反应的可见光光催化性最显著,而活性的增强主要归功于氧空位和铋金属的协同效应。根据密度泛函理论(DFTBiOCl中的氧空穴可诱导形成中等能级带,进而促使电子从价带先跃迁到中间能系带进而再跃迁到导带。基本金属Bi的表面等离子体共振(SPR)效应提高了可见光的吸收效率,从BiOClBi原子和Bi-O层的电荷差异可以看出,金属Bi能够提高电荷分离速率。原位红外光谱(FTIR)对Bi/BiOCl-200上发生的NO吸附和反应过程进行了相应的动态监测,基于中间产品的分析结果、自由基捕获以及DFT计算,研究者提出了Bi/BiOCl材料中铋金属和氧空位共介导光催化性能机制。本研究可为非贵金属铋基等离子体光催化剂的机理研究提供一种新的思路,并为揭示气相光催化反应机理提供新的技巧。

9.中文标题: 氧化石墨烯上,强光催化和抗菌性的二维矩形状WO3的原位控制生长研究

英文题目Well-controlled in-situ growth of 2D WO3 rectangular sheets on reduced graphene oxide with strong photocatalytic and antibacterial properties

引自Bilal Ahmed.et.al. Journal of Hazardous Materials S0304-3894(17)30976-7

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Bilal Ahmed等采用一锅水热法,可控合成了高产的三氧化钨(WO3和还原氧化石墨烯三氧化钨(rGO-WO3)复合材料,并且进一步通过XRDTEM以及拉曼光谱、PL光谱和紫外-可见吸收光谱等表征方法对合成材料进行的相应的表征和分析。从TEM和拉曼光谱可以看出,二维薄片状的WO3在还原氧化石墨烯(rGO)薄片上均匀生长。根据紫外-可见光实验数据的计算结果,rGO-WO3复合材料光学带隙值相比于