1 河南工业大学理学院, 郑州 450000
2 上海大学理学院物理系, 上海 201900
本文采用热聚合法和水热法成功制备了ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂, 并对所制备样品的结构、形貌和光吸收性能等进行了表征和测试, 通过在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)和光解水产氢评估了样品的光催化性能。实验结果表明, 制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂性能均优于ZnO和g-C3N4样品。此外, 当ZnO和g-C3N4的摩尔比为1∶1时, 所制备ZnO/g-C3N4复合样品的光催化性能最好。一方面, 此样品仅在30 min后便达到了94.36%的降解率, 其降解速率分别是ZnO和g-C3N4的5.6和6.7倍; 另一方面, 此样品6 h光解水产氢量为11.75 mmol, 产氢速率是g-C3N4的7倍。研究表明, 所制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂在降解污染物和光解水产氢方面均展现出了优异的性能。同时, 本文还对ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂的光催化降解和产氢机理进行了研究。
ZnO/g-C3N4复合光催化剂 水热法 光降解 光解水产氢 活性自由基 ZnO/g-C3N4 composite photocatalyst hydrothermal method photodegradation photolysis aquatic hydrogen active free radical
1 江苏旅游职业学院,扬州 225000
2 盐城工学院化学化工学院,盐城 224051
光催化技术在太阳能资源利用方面呈现出良好的应用前景,已受到世界各国的广泛关注。g-C3N4是一种二维结构的非金属聚合物型半导体材料,具有合成简单、成本低、化学性质稳定、无毒等特点,在环境修复和能量转化方面应用潜力较大。但g-C3N4存在对可见光吸收能力差、比表面积小和光生载流子复合速率高等缺点,限制了其实际应用。构筑异质结光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一。基于Ag基材料的特点,前人对g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂进行了大量研究, 并取得显著成果。本文总结了近年来AgX(X=Cl,Br,I)/g-C3N4、Ag3PO4/g-C3N4、Ag2CO3/g-C3N4、Ag3VO4/g-C3N4、Ag2CrO4/g-C3N4、Ag2O/g-C3N4和Ag2MoO4/g-C3N4复合光催化剂降解环境污染物的研究进展,并评述了g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂目前面临的主要挑战,展望了其未来发展趋势。
Ag基材料 二元复合光催化剂 光催化性能 环境污染物 g-C3N4 g-C3N4 Ag-based material binary composite photocatalyst photocatalytic performance environmental pollutant
1 西南民族大学 电子信息学院 信息材料四川省高校重点实验室，成都 610041
2 电子科技大学 电子科学与工程学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都 610054
采用修饰的高分子网络凝胶法成功制备了Mn2O3复合Mn掺杂ZnO纳米复合光催化剂（Mn：ZnO/Mn2O3），并基于模拟太阳光照射下罗丹明B（RhB）及亚甲基蓝（MB）染料的光降解研究了催化剂光催化降解有机染料的特性。X射线衍射，扫描电子显微镜及BET比表面积测试结果显示，微量（0.1 mol%）Mn掺杂再复合微量（0.2 mol%）Mn2O3后，Mn：ZnO/Mn2O3的颗粒尺寸减小且分散性提高，有效比表面积增大。紫外-可见光吸收光谱表明，相对于纯ZnO，Mn：ZnO/Mn2O3在可见光区域的光吸收能力明显提高。光致发光光谱表明微量Mn掺杂和微量Mn2O3复合促进了光生电子-空穴对的分离。结合X射线光电子能谱，发现可见光吸收能力和光生电子-空穴对分离率的提高源于催化剂表面氧空位的增加以及Mn：ZnO和Mn2O3之间形成的Ⅱ型异质结结构。因此，Mn：ZnO/Mn2O3对RhB的降解展现出稳定且优越的光催化活性。然而，由于Mn2O3的带隙（Eg≈1.4 eV）过窄，其价带位置高于羟基自由基（·OH）的氧化还原电位，因此光生空穴的氧化电势过低，无法生成氧化能力更强的·OH，这导致Mn2O3复合ZnO光催化剂（ZnO/Mn2O3）对RhB和MB的光降解效率降低。此外，Mn：ZnO/Mn2O3对RhB和MB展现出选择性光降解行为，即对容易降解的MB的光降解效率明显降低。这种选择性光催化特性归因于光催化反应过程中活性物种之间的差异性以及催化剂零电荷点和初始染料溶液的pH值之间的关系。
纳米光催化剂 离子掺杂 半导体复合 Ⅱ型异质结 高分子网络凝胶法 Nano-photocatalysts Ions doping Semiconductor coupling Type Ⅱ heterojunction Polymer network gel method
本文分别采用热缩聚法和水热法合成了g-C3N4和In2S3, 再用简单的机械研磨工艺制备出了In2S3/g-C3N4复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对In2S3/g-C3N4复合光催化剂的晶体结构、形貌、微观结构和光学性质进行了表征,在可见光照射下, 通过降解四环素(TC)来评价其光催化活性。结果表明, 研磨比例为1∶4(摩尔比)的In2S3/g-C3N4复合光催化剂表现出最佳的光催化性能, 在氙灯下TC的光降解表观速率常数是0.025 1 min-1, 分别是In2S3和g-C3N4的2.9倍和1.6倍, 在自然光下TC的光降解表观速率常数是0.010 4 min-1, 分别是In2S3和g-C3N4的2.6倍和1.4倍。In2S3/g-C3N4复合光催化剂优异的光催化性能归功于载流子的高效迁移和分离以及增强的光吸收能力。本研究为设计和开发用于抗生素废水处理的可见光响应光催化剂提供了一条有前景的途径。
In2S3/g-C3N4复合光催化剂 机械研磨 四环素 光催化 In2S3/g-C3N4 composite photocatalyst mechanical grinding tetracycline photocatalysis In2S3 In2S3 g-C3N4 g-C3N4
苏州大学 功能纳米与软物质研究院, 江苏省碳基功能材料与器件重点实验室, 苏州 215000
高吸光催化剂对提高光热转换效率具有重要意义, 阵列结构光热催化剂的陷光效应有助于增强光吸收并提高光热转换效率。但是, 现有阵列基光热催化剂仍存在单位面积上活性金属负载量过低的不足, 难以满足实际应用的需求。本研究发展了二氧化硅保护的MOFs热解策略, 获得了单位辐照面积上活性金属质量可调、太阳光吸收效率超过90%的粉体钴等离激元超结构光热催化剂, 通过时域有限差分法模拟计算证实其高吸光能力源于纳米颗粒的等离子杂化效应。相比阵列基等离子体超结构催化剂, 该粉体结构的催化活性和稳定性显著增强, 在相同催化条件下, 二氧化碳转化率从0.9%提高到26.2%。本研究为非贵金属光热催化剂的实际应用奠定了基础。
光热催化 二氧化碳加氢 等离子体超结构 高吸光催化剂 光-化学能转换 photothermal catalysis carbon dioxide hydrogenation plasmonic superstructure strong light absorptive catalyst solar-to-chemical energy conversion
太原理工大学化学工程与技术学院，太原 030024
BixOyBrz光催化剂在有机药物废水处理领域有着非常广阔的潜在应用价值，但光生电子-空穴对的快速复合限制了其应用。本文选用具有优良电子传递性能的Ti3C2作为助催化剂，首先利用Ti3C2表面丰富的Ti空位缺陷和高还原能力，制备了Ti3C2-Ru助催化剂，接着利用Ti3C2表面官能团与Bi3+的离子键合力实现了Bi4O5Br2在Ti3C2-Ru表面的原位生长，得到Bi4O5Br2/Ti3C2-Ru复合光催化剂，从而实现了电子由Bi4O5Br2到Ti3C2再到反应活性位点Ru的定向传递，最终使催化剂具有较高的光生载流子分离率和较低的界面电荷转移阻力，有效抑制了光生电子-空穴对的复合。同时以磺胺甲噁唑(SMX)为模拟药物污染物进行了光催化性能测试，结果表明所制备的Bi4O5Br2/Ti3C2-Ru复合光催化剂展示出了优异的光催化降解SMX性能，在可见光下照射75 min，SMX的降解率达到95.1%，相较于纯的Bi4O5Br2和Bi4O5Br2/Ti3C2催化剂，其降解率分别提升了36.9个百分点和25.3个百分点。最后基于自由基捕获实验和催化剂能带结构分析提出了所制催化剂的降解机理。研究结果可为构建具有药物废水净化功能的光催化剂提供设计思路。
复合光催化剂 磺胺甲噁唑 电子-空穴-分离效率 电子定向转移 光催化降解 Bi4O5Br2/Ti3C2-Ru Bi4O5Br2/Ti3C2-Ru composite photocatalyst sulfamethoxazole separation efficiency of electron-hole pair electron directional transfer photocatalytic degradation
中国石油大学(华东) 化学工程学院, 重质油国家重点实验室, 青岛 266580
光催化降解技术能够高效去除废水中的有机污染物, 具有广阔的应用前景。本研究以海藻为碳源, 采用微波水热法制备海藻基碳量子点(CDs), 并进一步合成CDs-Cu-TiO2复合材料作为可见光催化剂用于污染物降解。结果表明, 复合材料中CDs、Cu2+与TiO2紧密结合在一起, 可见光区吸收明显增强, 荧光发射效率降低。CDs与Cu2+的引入产生协同效应, 使复合材料的禁带宽度降低到2.35 eV, 并有效抑制了电子-空穴的复合。以罗丹明B为污染物模型的光催化性能实验显示, 海藻基CDs-Cu-TiO2复合材料在可见光照射下降解RhB的一级反应速率常数能够达到纯TiO2纳米颗粒的6.4倍, 150 min降解率接近100%, 是TiO2纳米颗粒的2倍。
1 太原理工大学环境科学与工程学院，太原 030024
2 太原理工大学化学化工学院，太原 030024
BixOyBrz光催化剂在有机药物废水处理领域有着非常广阔的潜在应用价值，但因光生电子和空穴的快速复合而表现出较低的光催化效率，进而限制了其应用范围。通过简易的水解-焙烧法原位制得一种新型的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂，并以磺胺甲噁唑(SMX)为模拟药物污染物进行了光催化性能测试，对所制催化剂进行了X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电化学阻抗(EIS)、光致发光光谱(PL)等表征。结果表明所制备的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂具有较强的光生载流子分离率、较低的界面电荷转移电阻，进而展示出优异的光催化降解SMX性能，在模拟太阳光下照射30 min，SMX降解率达到87%，相较于纯的Bi3O4Br和Bi12O17Br2催化剂，降解率分别提升了30%和24%。最后基于自由基捕获实验和催化剂能带结构分析了所制催化剂的降解机理。
BixOyBrz光催化剂 复合光催化剂 原位合成 降解 光催化性能 水解-焙烧法 磺胺甲噁唑 BixOyBrz photocatalyst composite photocatalyst in-situ synthesis degradation photocatalytic performance hydrolysis-calcination route sulfamethoxazole
新疆师范大学 化学化工学院, 乌鲁木齐 830054
为了提高红磷催化剂的光催化性能, 选择剥离膨润土(EB)为载体, 将水热处理后的红磷(HRP)负载在EB上, 制得EB/HRP复合光催化剂, 并通过不同手段对催化剂进行表征。选择罗丹明B为模型污染物, 考察了EB/HRP复合光催化剂的光降解性能。结果表明, 随着EB含量的增加, EB/HRP复合光催化剂的光降解效率呈现先增加后减小的趋势, 当EB的质量分数为9%时, 复合光催化剂(EB9/HRP)表现出最强的吸附性能和光降解性能, 其降解速率常数k值为0.0641 min-1, 是HRP的2倍。另外, 经过五次循环光降解实验, EB9/HRP仍具有较高的光催化活性(96.8%)。因此, EB9/HRP复合催化剂具有较好的光催化活性和稳定性, 有望成为一种降解污染物的高效而稳定的光催化剂。
红磷 膨润土 吸附富集-定位光降解 光催化剂 red phosphorus bentonite adsorption enrichment-localized photodegradation photocatalyst
