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Ag2S/Ag2WO4微米棒的声化学合成、表征及其高光催化性能

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

水热合成Bi₂WO₆/ZnO异质结型光催化剂及其光催化性能

余长林 , 杨凯 , YUJimmyC , 操芳芳 , 李鑫 , 周晓春

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2011.01157

在不同温度下(120~220℃), 利用水热法制备了含1wt%、2wt%、4wt% 和8wt% Bi₂WO₆的异质结型Bi₂WO₆/ZnO复合光催化剂, 采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射(UV-Vis) 吸收光谱及光致发光光谱(PL)等系列手段对所制备的光催化剂进行了表征, 并以紫外光(365nm)为光源, 酸性橙II为降解对象, 进行光催化活性测试, 考察了不同Bi₂WO₆复合量及不同水热温度对ZnO光催化剂反应活性的影响.研究表明, 异质结型Bi₂WO₆/ZnO复合光催化剂的光催化活性明显优于纯ZnO和Bi₂WO₆. 当复合4wt%Bi₂WO₆水热处理温度为150℃时, 所制备的复合光催化剂的光催化活性最佳, 为纯ZnO的2.6倍.活性提高的主要原因是形成的Bi₂WO₆/ZnO异质结能显著降低光生电子和空穴对的复合几率, 并改善了异质结型Bi₂WO₆/ZnO复合光催化剂的表面性能.

关键词: 水热法 , Bi₂WO₆/ZnO heterojunction , photocatalysis , acid orange II

煅烧温度、时间和气氛对BiOBr结构和光催化性能的影响

樊启哲 , 余长林 , 周晚琴 , 李家德

材料热处理学报

BiOBr为受热不稳定的半导体.研究了煅烧温度、时间和气氛对BiOBr结晶度、表面羟基和相变影响.然后考察了催化剂结构变化对可见光催化降解染料酸性橙Ⅱ的活性影响.利用X射线衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射光谱、红外光谱等对不同煅烧条件处理后的BiOBr样品进行了结构、形貌等分析.结果表明,空气气氛下,500℃以下的煅烧处理,可以明显提高BiOBr的结晶度和光催化活性;在煅烧温度高于520℃时,BiOBr发生BiOBr→ Bi24O31Br10的转变,在600 ～ 650℃煅烧,可产生BiOBr/Bi24O31Br10混合相,大幅度提高可见光催化活性;在750℃煅烧生成的α-Bi2O3虽然具有较好的可光吸收性能,但是颗粒发生烧结,可见光活性很低.真空气氛煅烧虽然可以提高结晶度,但易导致表面脱羟基,不利于光催化活性的大幅度提高.

关键词: BiOBr , 煅烧气氛 , 相转变 , 光催化 , 结构和性能

贵金属Pd沉积对BiOCl光催化性能影响研究

欧阳振中 , 周晚琴 , 操芳芳 , 余长林 , 樊启哲

人工晶体学报

利用光化学沉积法合成了一系列不同Pd含量(0.5％、1％、2％、4％)的Pd/BiOCl复合纳米片.利用X射线粉末衍射(XRD)、N2-物理吸附/脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)等物理化学手段对合成的Pd/BiOCl进行了表征.以模型污染物-染料酸性橙Ⅱ为光催化降解对象,考察了该系列光催化剂在紫外光(λ=254 nm)和可见光下光催化降解酸性橙Ⅱ的活性.表征结果显示,尺寸为2 nm左右的Pd纳米粒子沉积在BiOCl纳米片上没有引起催化剂的比表面积的明显变化,但是Pd纳米粒子能使催化剂具有一定的可见光吸收能力.活性测试表明,在紫外光下,当沉积2％的Pd纳米粒子时,BiOCl催化降解染料的活性提高了2.1倍,而在可见光下光催化活性提高了6.3倍.

关键词: Pd , BiOCl , 光催化 , 酸性橙Ⅱ

Ni/CeO2-SiO2催化剂的制备、表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

胡久彪 , 余长林 , 毕亚东 , 魏龙福 , 陈建钗 , 陈喜蓉

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(12)60723-2

以硝酸亚铈(Ce(NO3)3·6H2O)和正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为前驱体,采用溶胶-凝胶法合成了系列具有大比表面积的xCeO2-(1-x)SiO2 (x=0,0.25,0.50,0.75,1)复合氧化物载体,然后浸渍活性组分Ni制得用于甲烷部分氧化制合成气的Ni催化剂.运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱、氢程序升温还原、氨程序升温脱附和热重等手段对所得催化剂的组织结构、还原性、表面酸性和积炭行为等进行了表征;同时考察了催化剂的组成、焙烧温度和反应时间等对催化剂在甲烷部分氧化制合成气中催化性能的影响.表征结果表明,该系列Ni/CeO2-SiO2催化剂具有大比表面积,CeO2晶粒较小,NiO的分散性好且易被还原,表面酸性弱,不容易积炭.当Ce/Si摩尔比为1∶1,活性组分Ni的质量分数为10％,焙烧温度为700℃时,所制备的Ni/CeO2-SiO2催化剂表现出较好的稳定性、最高的CH4转化率(～84％)和对产物CO及H2的选择性(＞87％).

关键词: 溶胶-凝胶法 , 铈-硅复合氧化物 , 负载型镍催化剂 , 甲烷部分氧化 , 合成气

一种银掺杂的ZnO/ZnSnO3复合光催化剂的制备及其光催化性能

余长林 , 杨凯 , 周轶 , 李立清

功能材料

以Zn(NO3)2·6H2O和SnCl4·5H2O为原料,氨水为沉淀剂,利用沉淀一煅烧法结合光沉积法分别制备了ZnO、ZnSnO3、ZnO/ZnSnO3和Ag/ZnO/ZnSnO3单、双和3组分光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)和X射线荧光光谱对样品进行了表征.研究结果表明,制备的该系列催化剂均具有较好的结晶性能,ZnSnO3属钙钛矿结构且纯度较高.ZnO、ZnSnO3、和ZnO/ZnSnO3具有相近的禁带宽度,银的存在引起光吸收边一定程度的红移.紫外光(λ=365nm)光催化降解酸性橙Ⅱ测试表明,其光降解催化活性按ZnSnO3

关键词: 沉淀法 , ZnO/ZnSnO3复合光催化剂 , 银掺杂 , 光催化

反相微乳液合成单分散的四方形SnO₂纳米晶

余长林 , 周晚琴 , 杨凯 , 李立清

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2010.10282

通过设计反相微乳液反应体系, 在水热条件下缓慢氧化SnF₂, 合成了单分散的四方形SnO₂纳米晶. 利用X射线多晶粉末衍射、扫描电镜、高分辩透射电镜对合成样品的形貌和结构进行了表征. 实验结果表明, 通过控制油胺的添加量调控微乳液水相的pH值, 可以对SnO₂的形貌进行调控. 使用适当量的油胺, 可以获得分散性极好、大小为10 nm左右的规则四方SnO₂纳米晶. 合适的pH值有利于晶核的定向生长, 从而在微乳液反应器中形成了规则的SnO₂四方纳米晶.

关键词: 反相微乳液 , SnO2 nanosquares , oleylamine , hydrothermal

设计和制备能量转换和环境净化的高效异质结光催化剂

余长林 , 周晚琴 , 余济美 , 刘鸿 , 魏龙福

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(14)60170-4

在过去的几十年中,光催化由于具有将太阳能转化为清洁氢化学能和降解各种污染物的广泛应用前景,因而引起了人们广泛关注。近期,很多研究表明,两个具有相匹配电子能级结构的半导体形成接触良好的异质结,可以有效地促进电荷转移和抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合,从而显著提高光催化剂的活性和稳定性。本文主要讨论了异质结对半导体光催化剂的促进作用；分析了异质结对一些典型光催化剂如TiO2, ZnO和Ag基半导体等光催化性能的影响；讨论了异质结光催化剂的制备方法和对光催化过程影响的基本机理；最后,提出了设计和理解异质结促进光催化反应机理所面临的挑战。

关键词: 光催化剂 , 异质结 , 半导体 , 光催化性能 , 有机污染物降解 , 制氢

BiOBrxI1-x半导体微球的制备、热稳定性及其光催化性能

方稳 , 余长林 , 李家德 , 朱丽华 , 陈建钗

人工晶体学报

采用溶剂热法制备了一系列花状BiOBrxI1-x复合微球.利用X射线粉末衍射(XRD)、热重(TG)、扫描电镜(SEM)、氮气物理吸附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)等手段考察了BiOBrxI1-x复合微球的热稳定性、相组成、形貌、光吸收性能和光催化活性随煅烧温度的变化规律.结果表明,BiOBrxI1-x复合样品的热稳定性小于BiOBr而高于BiOI.在煅烧过程中BiOBrxI1-x逐渐失去碘元素而转变为Bi5O7I,至500℃以后,复合物主要以溴氧铋化合物为主.BiOBrxI1-x在450℃以上煅烧其球形结构遭到破坏,同时比表面积迅速减小.BiOBr0.25 I0.75,BiOBr0.5I0 5光催化活性要高于单纯BiOBr与BiOI.复合样品经过不同温度煅烧后,光催化活性均呈现了不同程度的降低.高温煅烧所引起碘元素的流失、微球结构的破坏,比表面积的减少等因数导致了光催化活性的降低.

关键词: BiOBr , BiOI , 溶剂热法 , 热稳定性 , 光催化

超声波制备介孔结构的氮掺杂TiO2纳米晶及其可见光催化性能

周晚琴 , 余长林 , 樊启哲 , 魏龙福 , 陈建钗 ,

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(12)60578-6

采用超声波辐射法制备了具有介孔结构的高浓度氮掺杂TiO2纳米晶(N/TiO2).采用N2物理吸附、X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、光致发光谱和紫外-可见漫反射光谱等手段对N/TiO2进行了表征.以波长为400～660nm的可见光为光源,以水体污染物邻苯二甲酸二甲酯为降解对象,考察了不同制备方法对N/TiO2光催化性能的影响.结果表明,超声波辐射使氮掺杂浓度提高了2.2倍,该法制备的N/TiO2同时具有较好的介孔结构,表现了更高的光催化降解邻苯二甲酸二甲酯的活性.其活性提高的主要原因是N/TiO2含有更高浓度的氮和对可见光具有更强的吸收能力.

关键词: 氮掺杂 , 乙二胺 , 二氧化钛纳米晶 , 超声波 , 邻苯二甲酸二甲酯

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