1 1.太原理工大学 1. 新材料界面科学与工程教育部重点实验室
2 2.材料科学与工程学院, 太原 030024
针对TiO2表面活性位点不足、反应动力学缓慢、CO2还原产物中碳氢化合物的产率低以及选择性差等问题, 研究通过Pd催化氧还原法在缺氧环境中构筑了具有表面氧空位的一维单晶TiO2纳米带阵列(Pd-Ov-TNB)。通过形貌结构、载流子行为及光催化性能分析, 探究了表面氧空位和Pd的氢溢流效应对光生载流子分离传输及还原产物选择性的影响。结果表明, Pd-Ov-TNB的CO2还原活性强, 产物中CH4、C2H6和C2H4的产率分别为40.8、32.09和3.09 µmol·g-1·h-1, 碳氢化合物的选择性高达84.52%, 在C-C偶联方面展现出巨大的潜力。其一维单晶纳米带结构提高了材料的活性比表面积和结晶度, 为CO2还原反应提供了更多的活性位点, 并加速载流子的分离传输。同时, 氧空位增强了光生电荷的表面积累, 为CO2还原提供了富电子环境。此外, Pd纳米颗粒提高反应体系中H*的浓度, 并通过氢溢流效应将H*转移到催化剂表面吸附CO2的活性位点, 促进反应中间产物氢化。各种优势共同作用促使CO2向碳氢化合物高效转化。
氧空位 TiO2纳米带 氢溢流 光催化还原CO2 oxygen vacancies TiO2 nanobelt hydrogen spillover photocatalytic CO2 reduction
1 1.内蒙古科技大学 材料与冶金学院, 包头 014010
2 2.稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室, 包头 014010
制备高效稳定的光催化剂对于光催化技术的发展至关重要。本研究采用超声辅助沉积加低温煅烧的方法制备了2H相MoS2/g-C3N4 S型异质结光催化剂(MGCD), 并综合考察了材料的相结构、微观形貌、光吸收性能、X射线光电子能谱、电化学交流阻抗和光电流等对光催化性能的影响。结果表明: 经过超声辅助沉积-煅烧处理, MoS2微米球发生破碎分散结合在g-C3N4纳米片层表面上并形成异质结。可见光下5%MGCD(添加5% MoS2)对罗丹明B(RhB)在20 min时的降解率达到了99%, 且样品重复使用5次后对RhB的降解率仍能达到95.2%, 表现出良好的光催化性能及稳定性。从内建电场形成的角度进一步分析表明, 异质结中MoS2与g-C3N4间耦合形成的内建电场引起的能带弯曲可以有效引导载流子的定向迁移, 并促进光生载流子的分离, 从而提高了光催化反应效率。异质结光催化剂的自由基捕获实验表明: O2-和·OH在催化降解RhB中是主要的活性物种, h+的贡献次之。
石墨相氮化碳 MoS2 S型异质结 稳定性 光催化机理 g-C3N4 MoS2 S-type heterojunction stability photocatalytic mechanism
白城师范学院 纳米光催化材料研究中心, 白城 137000
光催化CO2还原技术的关键是开发高效光催化剂, 而构建具有紧密界面结构的异质结是增强界面电荷转移, 实现高效光催化活性的有效途径。本研究采用静电纺丝技术结合水热法, 将Bi4O5Br2纳米片镶嵌在CeO2纳米纤维表面, 制得Bi4O5Br2/CeO2纤维光催化材料(B@C-x, x对应反应物的加入量)。利用不同方法表征其微观结构、形貌和光电性能。结果表明, 适当Bi4O5Br2含量的Bi4O5Br2/CeO2异质结可以显著提高CeO2纳米纤维的光催化性能。与纯Bi4O5Br2和CeO2相比, B@C-2在模拟太阳光下表现出最佳光催化活性, 不使用任何牺牲剂或共催化剂的条件下, CO生成速率达到8.26 μmol·h−1·g−1。这归因于Bi4O5Br2和CeO2之间的界面结合紧密以及构建的S型异质结, 使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。本研究为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种简便有效的方法, 为清洁能源转换探索了可行的途径。
Bi4O5Br2/CeO2复合纤维 异质结 光催化CO2还原 水热法 Bi4O5Br2/CeO2 composite fiber heterojunction photocatalytic CO2 reduction hydrothermal method
Author Affiliations
Abstract
School of Physics, Shandong University, Jinan 250100, P. R. China
The photocatalytic water splitting kinetics has been analyzed in this paper. The experimental data are taken from the published works and fitted with different theoretical models. From the results, we find that the photocatalytic kinetics of water splitting can be described by Capelas-Mainardi–Vaz (CMV) model very well. This suggests that the water splitting kinetics can be regarded as a fractional first-order kinetics of the chemical reaction. Also, we notice that photocatalytic water splitting is not always completely a monotone kinetics process.
Photocatalytic kinetics water splitting CMV model fractional calculus Journal of Advanced Dielectrics
2023, 13(5): 2350015
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
中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
采用等离子喷涂-化学气相沉积法制备Bi2O3薄膜，并研究了沉积温度和热处理温度对于Bi2O3薄膜形貌和成分的影响。用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜对该薄膜形貌和成分进行了表征，通过紫外-可见光漫反射光谱仪研究了不同热处理温度下α/β-Bi2O3禁带宽度的变化。结果表明：沉积温度和热处理温度影响Bi2O3薄膜的微观形貌，同时影响α和β两相的相比例，但沉积温度的影响显著大于热处理温度；随着热处理温度升高，β相转化为α相的比例越来越高，α-Bi2O3和β-Bi2O3的禁带宽度都有所增加；最后，通过对甲基橙和双酚A的降解证明了Bi2O3薄膜具有良好的光催化降解性能。
氧化铋 薄膜 等离子喷涂 化学气相沉积 光催化降解 bismuth trioxide film plasma spraying chemical vapor deposition photocatalytic degradation
1 光转换材料与技术国家地方联合工程实验室，兰州 730000
2 兰州大学材料与能源学院，兰州 730000
针对光催化剂存在的光吸收效率不足、载流子易复合等关键问题，总结了本实验室从光吸收、载流子分离、表面反应、全天候光催化4个方面对光催化材料进行改性或开发新型光催化材料，探索了光催化材料在有机污染物降解、光催化产氢、产氧、尾气处理等方面的应用，基于能带理论对光催化活性的提升机理进行了解释，并对未来光催化材料的发展方向进行了展望。
光催化材料 光吸收 载流子分离 表面反应 全天候光催化 photocatalytic materials light absorption carrier separation surface reaction all-weather photocatalysis
1 沈阳大学机械工程学院, 沈阳 110044
2 沈阳大学师范学院, 沈阳 110044
通过第一性原理计算研究了四种二维双层MoSSe/WSSe范德瓦耳斯异质结的光电性质。声子谱表明四种结构具有可靠的热力学稳定性。根据堆垛方式的不同, 双层MoSSe/WSSe异质结可以是间接或直接半导体。而且, 两种Janus型MoSSe/WSSe异质结具有1.22和1.88 eV的适中带隙、显著的可见光吸收系数、跨越了水氧化还原电位的带边位置。因此, Janus型的MoSSe/WSSe异质结构在光催化水分解领域具有一定的应用前景。
第一性原理计算 Janus二维异质结 光催化水分解 声子色散谱 电子结构 光吸收 first-principle calculation Janus two-dimensional heterostructure photocatalytic water splitting phonon dispersion spectrum electronic structure light absorption
1 安徽工业大学建筑工程学院, 安徽 马鞍山 243032
2 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学), 安徽 马鞍山 243032
建筑能耗占我国总能耗的30%以上, 利用建筑自身的被动调节性能提高其热湿调节性能, 是实现建筑节能的重要举措。 以癸酸、 棕榈酸制备相变温度在人体舒适度范围内的癸酸-棕榈酸复合相变材料, 采用癸酸-棕榈酸复合相变材料, 硅酸四乙酯, 钛酸丁酯作为原材料制备具有热湿调节, 空气净化功能的癸酸-棕榈酸/SiO2@TiO2光催化相变微胶囊(简称D-T微胶囊)有利于建筑节能, 改善室内空气品质。 研究分析了去离子水用量(去离子水与硅酸四乙酯物质的量比), pH值, 癸酸-棕榈酸复合相变材料的用量(癸酸-棕榈酸复合相变材料与硅酸四乙酯的物质的量比), 钛酸丁酯的用量(钛酸丁酯与硅酸四乙酯物质的量比)以及钛酸丁酯的滴加速度五个影响因素对D-T微胶囊的粒径、 物质组成、 形貌以及空气净化、 热湿调节性能的影响。 激光粒度分析结果表明去离子水用量和钛酸丁酯用量对D-T微胶囊的粒径分布有重要影响。 过水体系能够有效分散T-D微胶囊, 防止其团聚； 适量的钛酸丁酯水解产生的TiO2包裹在癸酸-棕榈酸@SiO2表面, 从而影响D-T微胶囊的粒径。 扫描电镜结果显示, 过多的癸酸-棕榈酸复合相变材料用量会造成相变材料的泄露； 过快的钛酸丁酯滴加速度影响其水解反应速度, 造成TiO2的团聚。 X-射线衍射(XRD)分析结果显示, pH值是生成具有光催化性能的锐钛矿相TiO2的关键因素。 因此, 当控制去离子水与硅酸四乙酯的物质的量比为90∶1, pH值为2, 癸酸-棕榈酸复合相变材料用量为0.5, 钛酸丁酯用量为0.8, 控制钛酸丁酯的滴加速度为20 min完成时可以获得形貌、 粒径完整和物相稳定的D-T微胶囊。 D-T微胶囊经过6 h对气态甲醛降解试验, 其对甲醛的降解率能够达到67.87%； 在18~23 ℃之间有明显的相变温度平台, 平台的持续时间约为300 s； 当相对湿度为84.34%时, 平衡含湿量达到0.181 9 g·g-1, 同时相对湿度为32.78%~84.34%之间的湿容量为0.161 3 g·g-1。
相变微胶囊 光催化 热湿调节 空气净化 甲醛 Phase change microcapsule Photocatalytic Heat-humidity adjust Air purification Formaldehyde 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1306
1 中北大学化学与化工学院, 太原 030051
2 中国环境科学研究院, 北京 100012
3 太原理工大学环境科学与工程学院, 太原 030024
国家高度重视新污染物治理, 抗生素作为重点管控新污染物, 其去除技术受到广泛关注, 基于光催化降解抗生素的水处理技术成为研究热点。采用水热法制备了WO3, 并采用室温沉淀法成功构建了S型异质结BiOBr/WO3光催化剂。与BiOBr和WO3相比, S型异质结的形成提高了光催化活性, 降低了光生电子空穴对复合率, 其中质量分数为20%的BiOBr/WO3复合材料光催化性能最好, 在120 min内对环丙沙星的降解率可达94.93%。电子自旋共振和自由基捕获实验表明·O2-是光催化降解中的主要活性组分。高效液相色谱-质谱联用仪检测结果表明降解过程中产生了6种中间体, 并最终矿化为CO2、H2O和其他无机离子。
三氧化钨 溴氧化铋 环丙沙星 光催化 S型异质结 tungsten trioxide bismuth oxybromide ciprofloxacin photocatalytic S-scheme heterojunction
