何洪波
,
薛霜霜
,
吴榛
,
余长林
,
杨凯
,
彭桂明
,
周晚琴
,
李德豪
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62515-9
TiO2作为一种光催化剂广泛应用于各种污染物的降解.但是它较大的宽禁带(~3.2 eV)导致其很难吸收可见光,因此寻找窄禁带的具有可见光响应的半导体光催化剂成为近年来光催化研究的热点.在众多窄禁带光催化剂中,纯 Ag2S在降解污染物方面并不出色,但是作为一种窄禁带的直接带隙半导体,它在加快电子迁移和提高光量子效率方面表现出色.目前有许多高催化活性的 Ag2S异质结复合半导体光催化剂的报道,如 Ag2Mo3O10-Ag2S, TiO2-Ag2S, ZnS-Ag2S和NiO-Ag2S等. Ag2WO4是一种具有新颖物理化学性质的半导体材料,在催化、传感器、抗菌和光致发光等方面有着广泛应用.但是, Ag2WO4的理论带隙较宽,约为3.5 eV,而且光照下Ag2WO4很容易产生光化学腐蚀而分解出单质银,作为光催化剂存在太阳光利用率低和稳定性较差等缺点.声化学是一种特殊纳米材料的合成方法.它主要是利用超声空化产生特殊的物理化学环境来强化化学键的生成,同时实现半导体从无定形态到固定晶型转变.本文采用超声辅助共沉淀法制备了长为0.2?1μm、直径为20?30 nm的 Ag2S/Ag2WO4微米棒复合光催化剂.利用 X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、光电子能谱、光致发光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)和光电流等手段对所制 Ag2S, Ag2WO4和 Ag2S/Ag2WO4进行了表征.结果表明,合成的样品比表面积较小(2.7?3.6 m2/g). UV-vis DRS测试表明,声化学处理能有效拓宽 Ag2S/Ag2WO4在可见光区的吸收范围,提高其可见光响应性能.另外, PL和光电流测试结果证实,在声化学制备的 Ag2S/Ag2WO4体系中,光生电子(e?)-空穴(h+)的复合过程被极大地限制,具有较高的 e?-h+分离效率.以金卤灯为光源进行了光催化降解染料亚甲基蓝的性能测试.结果表明,声化学合成的 Ag2S/Ag2WO4的反应速率常数(0.150 min?1)分别为单纯 Ag2WO4(0.031 min?1)和 Ag2S (0.004 min?1)的4.7和29.8倍.自由基捕获实验表明,在 Ag2S/Ag2WO4光催化降解甲基橙过程中主要的活性物种为超氧自由基(?O2?)和光生空穴(h+).此外,声化学合成的 Ag2S/Ag2WO4表现出很好的光催化稳定性.循环使用3次后,该样品对亚甲基蓝的光催化活性仍高达80.4%,而纯 Ag2WO4几乎完全失活. Ag2S/Ag2WO4具有很高的光催化活性的原因,一方面是声化学处理提高了催化剂的结晶度,同时生成了独特的棒状结构；另一方面是在超声作用下, Ag2S和 Ag2WO4两相紧密接触形成异质结,促进了可见光的吸收和光生 e?与 h+的分离.
关键词:
声化学
,
微米棒
,
钨酸银
,
光催化
,
异质结
吕慧
,
陈爱平
,
张哲
,
何洪波
,
李春忠
膜科学与技术
在FTO导电玻璃上组装了CNTs/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂.首先制备合成孔剂嵌段聚合物P123和掺杂铁和镍的TiO2前驱体溶胶,然后采用喷涂热解法在FTO导电玻璃上组装掺杂铁和镍的TiO2多孔膜,最后采用CVD法将CNTs原位生长在多孔TiO2膜上,得到过渡金属掺杂的CNTs/TiO2多孔复合膜.通过XRD、SEM、TEM、Rarman和光电流等方法考察了原位生长CNTs的工艺条件对CNTs/TiO2复合膜光催化剂的结构和性能的影响,并通过降解甲基橙溶液评价了CNTs生长工艺条件对光催化活性的影响.考察了多孔复合膜在液相光催化降解中的稳定性.结果表明,原位生长CNTs的较适宜的工艺条件为:温度550～600℃,时间20min.
关键词:
碳纳米管
,
二氧化钛
,
多孔复合膜
,
光催化
,
CVD
董海军
,
陈爱平
,
何洪波
,
吕慧
,
李春忠
材料科学与工程学报
为了制备在高温焙烧后能保持良好管形结构的可见光响应的,TiO2纳米管,通过NH4Cl水—溶剂热和Ni(NO3)2浸渍法对传统水热法合成的TiO2纳米管进行掺氮和掺镍改性.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对样品进行了表征,并以甲基橙(MO)为光催化降解模型,考察了可见光下制备的样品的光催化性能.结果表明,NH4Cl水-溶剂热掺氮处理可提高TiO2纳米管的管状结构的热稳定性；氮镍共掺杂元素之间的协同作用增强了催化剂对可见光的吸收能力,并且能有效地抑制光生电子空穴的复合,Ni/Ti添加量为0.3％的催化剂具有较高的光催化活性.可见光照射210 min,氮镍共掺杂TiO2纳米管对MO的可见光降解率比单独氮和镍掺杂的TiO2分别提高了9.1％和21.2％.
关键词:
TiO2纳米管
,
氮镍共掺杂
,
可见光响应
,
p-n异质结
,
协同作用
余长林
,
白羽
,
何洪波
,
范文宏
,
朱丽华
,
周晚琴
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61009-9
PbWO4是一类重要的半导体,广泛运用于高能物理领域无机闪烁晶体.它具有许多独特的物理性能,如衰减时间短(10 ns)、能量密度高(8.28 cm3)、低光产率(300 photons/MeV)、短辐射长度(0.9 cm)和高抗辐照损伤等. PbWO4纳米晶体的激子荧光、热荧光和其它光学性能主要取决PbWO4晶体的形貌和微观结构.目前已经合成了不同结构的PbWO4纳米/微米晶体,如四角双锥微米晶、微米球、纳米棒、纳米纺垂体等.近年来, PbWO4的光催化性能也引起人们的重视.研究发现, PbWO4晶体的光催化性能和其形貌、微观结构密切相关.如在不同形貌的十四面体、三维多尺度微米球和纳米颗粒中, PbWO4微米球表现了极高的光催化活性.此外, PbWO4微米球由于密度大,非常容易分离,从而有利于其回收利用,在循环使用时具有很高的稳定性.因此,合成具有特殊形貌的PbWO4纳米/微米晶体具有重要的理论和现实意义.此外,合成贵金属/半导体复合纳米结构是提高光催化性能的另一有效策略.在贵金属/半导体复合纳米结构中,光生电子(e–)和(h+)的复合可以在很大程度上得到抑制,因为光生e–可以快速地迁移至贵金属颗粒中心,从而加速e–和h+的分离.本文利用水热结合焙烧法首先合成了长度大于1μm的棒状PbWO4微米晶.然后利用光化学沉积法,在PbWO4微米晶表面沉积不同含量(0.5 wt%,1 wt%,和2 wt%)的Pt纳米粒子.利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、光致发光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对所制PbWO4和Pt/PbWO4进行了表征.表征结果表明,合成的PbWO4和Pt/PbWO4的比表面积很小(1.5–1.9 m2/g),沉积的Pt纳米粒子为金属态. UV-Vis DRS测试表明,沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进可见光的吸收.另外, PL的结果则证实Pt纳米粒子的存在还可抑制PbWO4晶体在光照下产生的光生e–和h+的分离.而XRD和高分辨TEM分析表明PbWO4微米棒的晶体生长方向为(–102)晶体方向.电子选区衍射表明,棒状PbWO4微米晶具有极高的结晶度.以氙灯为光源进行了光催化降解染料酸性橙II的光催化性能测试.结果表明,当沉积1–2 wt%Pt纳米粒子时,可使光催化活性提高2倍左右.另外, Pt/PbWO4微米棒的密度较大,非常容易进行离心分离催化剂及其循环使用.在第一次使用时酸性橙II的降解率为93%,而在第四次使用时酸性橙II的降解率仍维持在88%,表现出很好的光催化稳定性. Pt/PbWO4具有很高的光催化活性的原因,一方面是由于其具有很高的结晶度和独特的棒状结构,另一方面是由于沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进了可见光的吸收和光生e–与h+的分离.
关键词:
棒状
,
钨酸铅微米晶
,
铂纳米粒子
,
光催化活性
,
光催化稳定性
,
表面等离子体
,
电子-空穴分离
马磊
,
陈爱平
,
陆金东
,
何洪波
,
李春忠
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2012.00033
以Fe-Ni/TiO2为催化剂, 采用流化床化学气相沉积法(FBCVD)在TiO2表面原位生长碳纳米管(CNT), 得到CNT/Fe-Ni/ TiO2复合光催化剂. 通过SEM、XRD、UV-Vis等方法表征其结构和性能, 以亚甲基蓝溶液降解为模型考察其光催化性能. 结果表明: Fe-Ni/TiO2催化剂在FBCVD过程中, 镍主要起到了CNT生长催化活性位的作用; 在生长CNT后的复合光催化剂中, 比例较低的Fe3+主要作为电子俘获剂, 抑制TiO2光生电子空穴的复合; Ni和CNT共同起到将电子迅速地从TiO2中导出, 从而降低光生电子-空穴复合几率的作用. 三者的协同作用显著改善了TiO2的光催化性能. 其中Fe和Ni掺杂量分别为0.25mol%和4.75mol%样品的光催化活性较高, 生长CNT后得到的复合光催化剂对亚甲基蓝的降解效率较纯TiO2提高约70%.
关键词:
过渡金属
,
TiO2
,
photocatalysis
,
fluidized bed
,
CNT
马磊
,
陈爱平
,
陆金东
,
何洪波
,
李春忠
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2012.00033
以Fe-Ni/TiO2为催化剂,采用流化床化学气相沉积法(FBCVD)在TiO2表面原位生长碳纳米管(CNT),得到CNT/Fe-Ni/TiO2复合光催化剂.通过SEM、XRD、UV-Vis等方法表征其结构和性能,以亚甲基蓝溶液降解为模型考察其光催化性能.结果表明:Fe-Ni/TiO2催化剂在FBCVD过程中,镍主要起到了CNT生长催化活性位的作用；在生长CNT后的复合光催化剂中,比例较低的Fe3+主要作为电子俘获剂,抑制TiO2光生电子空穴的复合；Ni和CNT共同起到将电子迅速地从TiO2中导出,从而降低光生电子-空穴复合几率的作用.三者的协同作用显著改善了TiO2的光催化性能.其中Fe和Ni掺杂量分别为0.25mo1％和4.75mo1％样品的光催化活性较高,生长CNT后得到的复合光催化剂对亚甲基蓝的降解效率较纯TiO2提高约70％.
关键词:
过渡金属
,
TiO2
,
光催化
,
流化床
,
CNT
陈建钗
,
余长林
,
李家德
,
方稳
,
何洪波
无机材料学报
doi:10.15541/jim20150075
首先利用沉淀法合成了BiOCl纳米片,然后利用研磨-焙烧法将La2O3纳米颗粒复合到BiOCl纳米片中,制备了一系列La2OJBiOCl复合光催化剂(La2O3∶ 1wt％、2wt％、4wt％、8wt％).运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等对样品的晶相、光吸收和表面性能等进行了表征.以紫外灯(λ=254 nm)为光源,评价了所制备样品光催化降解高浓度染料酸性橙Ⅱ(40×10-6)的活性.结果表明,经过研磨-焙烧后该系列催化剂均具有较好的结晶性能,同时2～5 nm的La2O3纳米粒子粘附在BiOCl纳米片表面.200℃焙烧制备的1wt％La2O3/BiOCl催化剂具有丰富的表面羟基,对染料表现出较强的吸附性能.该催化剂表现了最高的光催化活性,活性为纯BiOCl的2.4倍.另外,La2O3/BiOCl中的La3+提供的氧化-还原势阱可能捕获光生电子,从而阻止了光生电子(e-)和空穴(h+)的复合,有利于光催化活性的提高.
关键词:
La2O3/BiOCl
,
光催化
,
稀土
,
高浓度染料
,
研磨-煅烧
