刘松翠
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吕康乐
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邓克俭
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唐红梅
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黎小芳
影像科学与光化学
分别以Ti(SO4)2和TiCl4为原料,通过水热pH值的控制,批量制备了片状的锐钛矿(AT)、棒状的金红石(RT)和菱形的板钛矿型(BT)TiO2.其中,AT具有最小的晶粒尺寸(约10 nm),其次为RT(30-50 nm),而BT具有最大的晶粒尺寸(50-70 nm).固体漫反射显示出AT、BT和RT对光响应的阀值分别为375 nm、385 nm和415 nm.其中,AT在紫外区显示出最强的光吸收能力.以阴离子活性染料X3B为目标分子的光催化降解实验结果显示,3种催化剂的光活性次序为AT>RT>BT,这与它们对X3B的吸附能力一致.文章对这产生TiO2光活性差异的原因进行了讨论.
关键词:
二氧化钛
,
晶型
,
活性染料X3B
,
光催化降解
蓝俊峰
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伍晓锋
,
吕康乐
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司玲玲
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邓克俭
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60987-1
TiO2空心微球因具有低密度、高活性、易分离而有利于多次重复使用的优点而广受关注.本文介绍一种无氟制备TiO2空心微球的简单方法——磷钨酸钾(K3PW12O40)模板法.首先，将H3PW12O40和KCl溶液混匀，得到白色牛奶状的K3PW12O40模板(式(1))，然后在磁力搅拌下加入一定量的Ti(SO4)2粉末，加热至大约125oC开始回流.回流8 h后，过滤洗涤.滤饼分散在强NaOH溶液中，原位除去K3PW12O40模板(式(2)).最后，将催化剂洗涤到滤液为中性，干燥后即得到TiO2空心微球.3KCl + H3PW12O40= K3PW12O40ˉ+3HCl (1) K3PW12O40+24NaOH =12Na2WO4+ K3PO4+12 H2O (2) Ti(SO4)2+2H2O = TiO2+2H2SO4(3)我们将所制备的TiO2空心微球，采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱、固体粉末漫反射和X射线光电子能谱等进行了表征.采用紫外光催化降解阴离子染料(活性嫣红X3B)来评价催化剂的性能.实验结果显示：(1)所制TiO2空心微球直径在0.5–1.0μm；(2)磷钨酸钾模板剂充当晶核，有利于空心微球的晶化；(3)加入的高浓度硫酸钛，水解产生大量的硫酸，抑制硫酸钛水解，不利于TiO2空心微球的晶化(式(3))；(4)催化剂的活性随着硫酸钛量的增加而先增后降.4 mmol硫酸钛用量的TiO2空心微球具有最高的光催化活性，是TiO2颗粒样品(无磷钨酸钾模板法制备)的2.1倍.用该方法制备的TiO2空心微球活性高可归因于以下主要原因：(1)TiO2空心微球独特的孔结构；(2)良好的晶化程度(TiO2样品晶化度越高，越有利于光生载流子的分离，抑制复合)；(3)样品残余磷钨酸钾模板和TiO2之间存在光生电子转移，有利于空心微球TiO2活性的提高.该法具有操作简单、重复性好、易于批量制备的等优点，有望广泛应用于(光)催化、电化学、分离与纯化以及药物缓释等领域.
关键词:
二氧化钛
,
空心微球
,
磷钨酸钾
,
模板
,
降解
李宇涵
,
吕康乐
,
何咏基
,
赵再望
,
黄宇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62573-1
采用一种原位合成工艺制备了具有类石榴结构的金属铋(Bi)单质修饰的g-C3N4复合材料(Bi-CN),并用于可见光氧化NO反应中.金属Bi单质镶嵌在CN层间形成的复合物,由于金属Bi单质显著的表面等离子体共振(SPR)作用可将光吸收范围由紫外光延展至近红外,极大地提高了复合物的光吸收.此外,由于Bi单质存在于复合物界面可产生内建莫特-肖特基效应,从而加快光生载流子的分离与转移.由此,Bi-CN复合物光催化剂展现出超强的光催化去除NO性能.我们提出了类石榴结构的形成以及相应的Bi-CN复合物光催化活性的提高机理.这不仅为高效的金属铋单质改性的g-C3N4基光催化剂提供了一种新的设计方案,也对g-C3N4基光催化的机制理解提出了新的见解.通过X射线衍射、红外光谱和X射线光电子能谱结果发现Bi是以金属单质的形式存在于Bi-CN复合物中,这得益于我们采用了二水合铋酸钠(NaBiO3·2H2O)作为铋前驱体,从而成功避免了氧化态铋的形成.Bi-CN复合物中金属铋单质的存在有诸多优点.首先,金属铋单质具有显著的表面SPR效应,它的引入可大大提高复合物的光吸收能力和太阳光利用率.有研究表明,直径为150–200 nm的铋球能够在紫外-可见漫反射图谱(UV-vis)在λ=500 nm处呈现出典型的SPR峰,但本样品在λ=200–800 nm区间内并未发现该SPR峰.由于铋单质的共振受限于其尺寸大小、颗粒形状和构造环境.本文中球形铋单质的直径约为1μm,其可能发生共振效应的峰位置应超过800 nm,因此未发现相应的SPR峰.其次,金属铋单质分散在CN层表面上构建的肖特基垫垒能够高效地阻止光生电子与空穴的复合,促进了光生载流子的分离与转移,从而提高光氧化NO进程.再者,金属铋单质的介入成功构造了Bi-CN异质结,在可见光照射下NO氧化反应中,Bi-CN复合物活性显著高于CN(22.2%)、CN-EG(36.4%)和Bi(14.1%),其中以10%Bi-CN活性最佳,NO去除率到70.4%,远远超过K插层的g-C3N4、Ag掺杂的g-C3N4和氧化石墨烯修饰的g-C3N4.当复合物中金属铋单质含量超过10%时,其活性明显下降.这是因为大量的金属铋单质积聚在Bi-CN复合物表面上而造成物理堵塞,妨碍了CN吸收可见光,从而降低了其可见光吸收能力;同时导致只会吸收更多的紫外光(λ<280 nm)而不是可见光,因而其可见光催化氧化NO能力下降.
关键词:
金属铋
,
表面等离子体共振
,
光氧化
,
一氧化氮
,
可见光
,
石墨型碳化氮
