可见光响应复合金属氧化物光催化剂的分子设计

合集下载

基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)

2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·131·化工进展基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究进展邵先坤，郝勇敢，刘同宣，胡路阳，王媛媛，李本侠（安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）摘要：由具有表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）效应的贵金属（Ag、Au等）纳米粒子和半导体纳米结构组成的纳米复合光催化剂具有优异的可见光光催化活性，成为新型光催化材料的研究热点之一。

本文综述了Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的制备方法、基本性质以及光催化应用方面的一些重要研究进展；重点介绍了Ag(Au)等纳米粒子的表面等离子共振增强可见光催化活性的机理，以及Ag(Au)纳米粒子与不同类型半导体复合的光催化剂的光催化性能，其中所涉及的半导体包括金属氧化物、硫化物和其他一些半导体；本领域未来几年的研究热点将集中于新型高效的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的微结构调控及其用于可见光驱动有机反应的机理研究。

本文为基于SPR效应构建Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究提供了有力的参考依据，并且指出Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究是发展可见光高效光催化剂的重要方向。

关键词：贵金属；表面等离子体共振；可见光响应；催化剂；降解；制氢中图分类号：O 649.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0131–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.017Research progress of Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalystsbased on surface plasmon resonanceSHAO Xiankun，HAO Yonggan，LIU Tongxuan，HU Luyang，WANG Yuanyuan，LI Benxia （School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui，China）Abstract：Nanohybrid photocatalysts composed of noble metal nanoparticles (Ag，Au，etc.) with surface plasmon resonance (SPR) effect and semiconductor nanostructures have become one of the research hotspots in the field of advanced photocatalysis because of their excellent photocatalytic activity under visible light irradiation. This review summarized some significant research progress about the basic properties，preparation methods and the photocatalytic applications of the plasmonic Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts. We emphatically introduced the mechanism for the enhanced effect of Ag(Au) nanoparticles with SPR on visible light response photocatalytic activity，as well as the photocatalytic performance of the nanohybrid photocatalysts composed of Ag(Au) nanoparticles and different types of semiconductors，including metal oxides，metal chalcogenides and other semiconductors. The research in this field will focus during the next few years on the microstructure modulation of the novel high-efficiency Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts and their photocatalytic mechanisms in visible-light-driven organic reactions. This收稿日期：2015-04-21；修改稿日期：2015-06-18。

Bi2Sn2O7的合成及其光催化性能

Bi2Sn2O7的合成及其光催化性能高二平;王文中【摘要】Bi2Sn2O7是一种特殊的烧绿石结构复杂氧化物,具有可见响应光催化性能,其带隙约为2.61 eV.采用水热法合成出棒状Bi2Sn2O7和颗粒组成的球形Bi2Sn2O7光催化材料,发现通过改变反应物的添加次序,可以产生不同的成核形式,从而导致产物的最终形貌不同.在可见光激发下,以罗丹明B为目标降解物进行了产物光催化性能的表征.由纳米颗粒组成的球状Bi2Sn2O7表现出更强的光催化性能,100 min时降解率达98％.通过光催化过程中的自由基淬灭反应,发现Bi2Sn2O7降解有机污染物的主要活性物种为超氧自由基和空穴.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2015(030)001【总页数】6页(P87-92)【关键词】Bi2Sn2O7;可见光;水热合成;光催化【作者】高二平;王文中【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050【正文语种】中文【中图分类】O643半导体光催化由于其在环境和能源领域的应用前景引起了广泛的研究兴趣。

近些年,一系列含铋的光催化材料具有良好的可见光催化性能, 成为光催化的研究热点。

虽然Bi 很少用于TiO2 的掺杂, 但铋基氧化物如BiVO4[1]、Bi2WO6[2]、Bi2MoO6[3]、BiPO4[4]、Bi2Ti2O7[5]等不仅可利用可见光激发, 而且由于具有独特的晶体结构, 在光催化性能方面呈现出较高的活性。

Bi3+离子具有5d106s26p0 的电子构型, Bi6s 轨道与O2p 轨道相互作用导致较小的带隙和较分散的价带, 从而形成较轻的空穴有效质量, 有利于光生空穴的迁移[6]。

特别是Bi(Ⅲ)氧化态的6s 轨道与6p 轨道杂化会形成立体化学活性的孤电子对, 而这种孤电子对往往与低对称性的晶体结构密切相关[7-8]。

这种孤电子对和低对称晶体结构对光催化氧化过程有重要影响。

《基于缺陷型CeO2的金属基光催化材料设计及其高效催化小分子产氢研究》范文

《基于缺陷型CeO2的金属基光催化材料设计及其高效催化小分子产氢研究》篇一一、引言随着全球对清洁能源的需求日益增长，光催化技术已成为当前研究的重要方向之一。

在众多光催化材料中，基于缺陷型CeO2的金属基光催化材料因其高活性和良好的稳定性受到了广泛关注。

本篇论文将深入探讨缺陷型CeO2的金属基光催化材料的设计、制备及其在高效催化小分子产氢方面的应用研究。

二、文献综述（一）CeO2光催化材料概述CeO2作为一种重要的光催化材料，具有优异的氧化还原性能和良好的化学稳定性。

然而，其光催化效率受制于光生电子和空穴的快速复合。

为解决这一问题，研究者们通过引入缺陷来调控CeO2的电子结构，提高其光催化性能。

（二）缺陷型CeO2的制备与性能缺陷型CeO2的制备方法主要包括化学气相沉积、溶胶凝胶法、水热法等。

通过引入氧空位、铈离子间隙等缺陷，可以有效提高CeO2的光吸收能力和光生载流子的分离效率。

此外，缺陷型CeO2还具有较高的比表面积和丰富的表面活性位点，有利于提高光催化反应的活性。

（三）金属基复合光催化材料为进一步提高CeO2的光催化性能，研究者们将金属（如Pt、Au、Ag等）与CeO2复合，形成金属基复合光催化材料。

金属的引入可以改善CeO2的光吸收性能，同时作为助催化剂，促进光生电子和空穴的分离和传输，从而提高光催化产氢的效率。

三、实验方法（一）缺陷型CeO2的制备采用溶胶凝胶法制备缺陷型CeO2。

以硝酸铈为铈源，通过调节pH值、温度等参数，制备出具有不同缺陷浓度的CeO2样品。

（二）金属基复合光催化材料的制备将制备好的缺陷型CeO2与金属前驱体溶液混合，通过浸渍法、光还原法等方法，将金属负载到CeO2表面，形成金属基复合光催化材料。

四、实验结果与讨论（一）缺陷型CeO2的表征通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的缺陷型CeO2进行表征。

结果表明，制备的CeO2具有较高的结晶度和良好的形貌。

氧空位、铈离子间隙等缺陷的存在可以通过XPS等手段进行证实。

光催化材料的可见光响应性能分析

光催化材料的可见光响应性能分析近年来，光催化材料的研究和应用掀起了一股热潮。

光催化材料以其高效、环境友好、可回收等特点在环境净化、能源转化和有机合成等领域展现出巨大潜力。

其中，可见光响应性能是评估光催化材料优劣的重要指标之一。

首先，我们需要了解光催化材料的可见光响应机制。

可见光区域的波长范围是380~750 nm，而传统的光催化材料无法有效利用可见光能量。

因此，改善光催化材料的可见光响应性能成为研究的热点。

在光催化反应中，光催化剂的能带结构在可见光照射下会产生电子-空穴对。

电子可以迁移到带有负电势的催化剂表面，参与反应。

而空穴则可氧化有机物或还原光催化剂，从而形成活性物种。

因此，提高光催化材料的载流子的光生产量和分离效率是改善可见光响应性能的关键。

其次，我们可以根据光催化材料的能带结构来评估其可见光响应性能。

理想的光催化材料应该有合适的价带位置和导带位置，能带带隙在可见光范围内。

常用的方法是通过调控材料的能带结构来实现可见光响应。

例如，通过调控材料的掺杂、组分和结构可以改变其能带结构。

这些调控方法可以有效地拉近材料的能带带隙，使其能够吸收可见光。

比如氧化铋（Bi2O3），其通过掺杂和修饰能够实现可见光响应，从而促进光催化反应的进行。

此外，光催化材料的光吸收性能也决定了其可见光响应性能。

光吸收性能受到材料的光学性质和表面形貌等因素的影响。

例如，通过改变材料的晶体结构、表面形貌和粒径等，可以增强光吸收效果，提高光催化材料的可见光响应性能。

研究发现，具有高比表面积和优秀光学性能的纳米材料往往具有更好的可见光响应性能。

因此，在合成光催化材料时，需要精确控制材料的形貌和粒径，以提高其可见光吸收性能。

除了光吸收性能，光释电子和光生活性能也是衡量光催化材料可见光响应性能的重要指标。

光释电子和光生活性能直接影响了光催化反应的速率和效果。

光释电子是指材料的电子在光照下的产生能力，而光生活性能则表示材料中产生的载流子在光照下的寿命。

TiO_2基复合纳米材料的制备及其光催化性能研究

TiO_2基复合纳米材料的制备及其光催化性能研究面对日益严重的能源短缺问题和环境污染问题,寻找一种能够高效利用太阳能降解有机污染物的光催化剂成为当前研究的热点。

在众多光催化剂中,TiO2光催化材料表现出较高的催化活性,且其物理化学性质稳定、无毒副作用、费用低廉。

然而,传统的TiO2材料吸收光谱范围窄,禁带宽度较宽（3.2eV）,只能被紫外光激发,对可见光的利用率较低。

因此,TiO2光催化材料的改性研究的重点在于拓宽其光响应范围,提高对可见光的吸收能力,使其充分利用太阳光。

基于此,本文将过度金属氧化物与TiO2复合,制备具有p-n结结构的复合纳米材料,并以典型有机污染物亚甲基蓝、邻氯苯酚以及可挥发性污染物（VOCs）的光催化降解实验考察各改性材料的光催化性能。

本文选取p型半导体NiO和Co3O4对TiO2进行改性,缩小TiO2的禁带宽度,提高对可见光的吸收能力,并通过构建p-n异质结形成半导体复合界面的内电场,抑制光生电子和空穴的复合,提高电子传输效率,从而提高纳米材料的光催化效率。

本文主要研究内容及结果如下:（1）水热法合成了NiO/TiO2复合纳米材料,通过TEM和HRTEM表征结果说明合成的NiO/TiO2光催化剂为平均直径180nm的棒状纳米材料,尺寸均匀且结构稳定,主要暴露晶面为锐钛矿型TiO2的101晶面和NiO的200晶面。

环境光催化材料与光催化净化技术——【功能材料精】

La3+
抑制金红石相成核长大，提
高氧空位和缺陷浓度。
3mol% 600℃ 3mol% 500℃
Ce4+、Ce3+ Zn2+
抑制晶粒生长及相变发生，提高氧空位和缺陷浓度，Ce4+ 易捕获光生电子。
抑制晶粒生长及相变发生，提高氧空位和缺陷浓度，
3mol% 500℃
Cu2+、Cu+
促进金红石相成核长大，Cu2+ 易捕获光生电子，Cu+易于捕获空穴。
基于电子能带结构设计的光催化剂基于固溶体结构设计的光催化剂基于微观结构设计的光催化剂
基于电子能带结构设计的光催化剂
基于电子能带结构设计的光催化剂
掺杂
能带调控
实际光催化剂电子结构更加复杂，存在缺陷或氧空位等
都可产生杂质能级，使得响应波长红移，另外表面态在光电化学中存在能级固定的重要现象。
掺杂
e— •OH+OH— O2—•OH+OH—+O2
TiO2+hv
1. >TiOH
h+ v.b.
2.R
R
O2—,HOO•,HOOH,HOO—,HO•,OH—,H2O
R•
•ROH
活性氧物质
氧化产物
热力学氧化
CO2 矿化
1.空穴
空穴是光化学反应中主要的一种氧化物质。有些纳晶光催化剂表面有深和浅两种不同的捕获位存在。其中浅捕获位容易热激发回到价带，与自由空穴建立自由转化。浅捕获空穴与自由空穴具有相当的反应活性与迁移性。深捕获空穴则具有较弱的氧化能力。浅捕获空穴能迅速与表面化学吸附的物质反应，而深捕获空穴则易于和物理吸附的物质反应，反应速率较慢。

《复合型半导体纳米光催化剂的设计、制备及催化性能研究》范文

《复合型半导体纳米光催化剂的设计、制备及催化性能研究》篇一一、引言随着环境问题日益严重，光催化技术因其高效、环保的特性，在能源转化和环境污染治理等领域得到了广泛关注。

复合型半导体纳米光催化剂以其优异的催化性能，逐渐成为研究热点。

本文以复合型半导体纳米光催化剂为研究对象，从设计、制备到催化性能进行了系统的研究。

二、复合型半导体纳米光催化剂的设计1. 材料选择复合型半导体纳米光催化剂的材料选择对催化剂的性能至关重要。

本研究选用具有良好光吸收性能的TiO2作为基体材料，并引入具有优异氧化还原能力的金属氧化物（如ZnO、SnO2等）作为复合材料。

2. 结构设计为提高催化剂的光吸收性能和电子传输效率，本研究采用构建异质结结构的设计思路。

通过控制复合材料的组成比例和晶格结构，实现不同材料间的能级匹配，从而提高光催化性能。

三、复合型半导体纳米光催化剂的制备1. 溶胶-凝胶法采用溶胶-凝胶法制备复合型半导体纳米光催化剂。

首先将选定的材料通过溶胶-凝胶过程形成均匀的溶胶体系，然后通过热处理使溶胶转化为凝胶，最后经过干燥、煅烧等步骤得到纳米光催化剂。

2. 物理法除了溶胶-凝胶法外，本研究还尝试了物理法制备复合型半导体纳米光催化剂。

通过球磨、高温烧结等工艺，将不同材料混合均匀并形成纳米级颗粒。

四、催化性能研究1. 实验方法为评估复合型半导体纳米光催化剂的催化性能，本研究采用光催化降解有机污染物（如染料、有机酸等）为实验模型。

通过测量降解过程中有机物的浓度变化，评价催化剂的光催化活性。

2. 结果与讨论（1）不同制备方法对催化剂性能的影响：通过对比溶胶-凝胶法和物理法制备的催化剂，发现溶胶-凝胶法制备的催化剂具有更高的比表面积和更好的光吸收性能，从而具有更高的光催化活性。

（2）复合材料组成对催化剂性能的影响：研究表明，适当比例的金属氧化物与TiO2复合，可有效提高催化剂的光吸收范围和电子传输效率，从而提高光催化性能。

当金属氧化物含量过高或过低时，催化剂的性能均会受到影响。

可见光响应的光催化剂

可见光响应的光催化剂可见光响应的光催化剂是一种能够利用可见光进行催化反应的材料。

传统的光催化剂主要是钛酸盐类物质，它们只能吸收紫外光，在可见光区域没有吸收能力。

而可见光响应的光催化剂则具有更广泛的吸收范围，能够利用可见光中的能量进行催化反应。

一、可见光响应的机制1. 带隙调控机制：可见光响应的光催化剂通常通过调节其带隙来实现对可见光的吸收。

带隙是指固体材料中价带和导带之间的能量差，决定了材料对不同波长光线的吸收情况。

通过合适的掺杂或改变晶体结构，可以调控材料的带隙，在可见光区域形成吸收能力。

2. 能级调控机制：除了通过调节带隙来实现对可见光的吸收外，还可以通过调节材料内部电子态能级结构来实现对可见光响应性质的改变。

这种机制主要涉及到材料的能带结构和电子态密度，通过调控这些参数可以实现对可见光的吸收和利用。

二、常见的可见光响应光催化剂1. 金属氧化物类：金属氧化物是一类常见的可见光响应光催化剂。

例如二氧化钛（TiO2）可以通过掺杂或改变晶体结构来实现对可见光的吸收。

铁氧体、锌氧化物等也具有一定的可见光响应性能。

2. 半导体量子点：半导体量子点是一种具有特殊结构和能带调控能力的纳米材料。

它们在可见光区域有很强的吸收能力，并且可以通过调节粒径和组成来实现对不同波长光线的吸收。

3. 有机-无机杂化材料：有机-无机杂化材料是一种将无机纳米颗粒与有机分子相结合而形成的新型材料。

这类材料通常具有良好的可见光响应性能，并且还可以通过调节有机分子结构来进一步提高其催化活性。

三、可见光响应催化反应1. 光解水制氢：可见光响应的光催化剂可以利用可见光的能量将水分子分解成氢气和氧气。

这是一种清洁、可持续的制氢方法，有望替代传统的化石燃料制氢方式。

2. 光催化降解有机污染物：可见光响应的光催化剂可以利用可见光的能量将有机污染物降解为无害物质。

这种方法在环境治理和废水处理方面具有重要意义。

3. 光催化合成有机化合物：可见光响应的光催化剂还可以利用可见光能够促进一些有机合成反应，例如合成有机酸、醛、酮等化合物。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

ＴＯ作为一种典型的半导体光催化材料，有ｉ：具
带隙值的改变，后改变掺杂量，定其对ＴＯ然确ｉ能
稳定性好、本低廉、成使用安全等优点 ¨ ，在实际但应用中还存在一些问题，如：）隙较宽，诸１带仅对紫
ＡｂｔａｔａｅｎｔｅｆｓｐｎｉｌｓａｄｔｅｄｎｉｕｃｉｎｌｔｅｒｍａｈｍａｉｍｏｅｓｆｒａａｅｅＴＯ２ｄｐｄｗｉａｓｒｃ：Ｂｓｄｏｒｔｒｃｐｅｎｈｅｓｙｆｎｔａｈｏｙ，ｔｅｔｄｌｏｎｔｓｉｏｅｔｖ — ｈｉｉｔｏｃｈｒｏｓｍｅａｓｗｒｕｌｂｓｎｅＣＡＴＰｓｆａｅｐｃｔｒｌｔｄｏｉｕｔｌｅｅｂｉｙｕｉｇｔＳＥｏｔｒａｋｉｍａｅｉｕｉ．ｗｏｃｕｅａｏｉｏｆｈｏｅａｄｔｈｗｎａｓｅｃｎｌｄｄｔｔｓｔｎｏｅｄｐｄｂｎｓｈｐｉｔｉａｔｄｔｅｏｔａｅｐｎｉｇｐｏｅｔａｄｐｏｏａａｙｉｅｏｍａｃｆＴＯ２Ｗｈｎｔｅｄｐｄｍｅａｓｍａｅ “ ｍｐｒｙｍｐｃｅｈｐｉｌｒｓｏｄｎｒｐｒｎｈｔｃｔｔｐｒｒｎｅｏｉ．ｃｙｌｃｆｅｈｏｅｔｌｄｉｕｉｔ
第２６卷
第６期
天
津
理
工
大
学
学
报
Ｖｏ．．１２６Ｎｏ６Ｄｅ２０ｃ．０１
２１００年１２月
ＪＯＵＲＮＡＬＩＯＦＴＡＮＪＮＩＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
文章编号：６３０５２１）６０２－５１７ —９Ｘ（０００ —０７０
ｂｎ ”ｏｅｔｆａｎｅｂｎ（Ｂｒｈｏｏｆｏｄｃｉａｄ（ＢｏｅｏｍｄｔｅｂｎａｏｌｅｒａｅａｄｎｔｐｏｌｃａｄＶ）ｏｅｔｍｏｎｕｔｎｂｎＣ）ｔｂｒｅ，ｈａｄｇｐｗｕｄｄｃｅｓ．ｈｏｖｅｔｂｔｃｏｆ
中图分类号：６１Ｏ３文献标识码：Ａｄｉ１。９９ｊｉｎ１７－９Ｘ．０００．０ｏ：０３６／．ｓ．６３０５２１．６０７ｓ
Ｍｏｅｕａｅｉｎｏｉｉｅｌｈｔｒｓｎｄｍｅａｌｃｌｒｄｓｇｆｖｓｂｌｉｅｐｏｄｅｔｌｇ
可见光响应复合金属氧化物光催化剂的分子设计
马伟，尹晓红，杨旭光，李会亮，隋丹丹
（津理工大学化学化工பைடு நூலகம்学院，津３０８）天天０３４
摘
要：本文基于密度泛函理论的第一性原理，用模拟软件ｍｔｉｓｓｄｏ（）Ｃｓｐ模块，究了锐钛相利ａｒｌｔｉＭＳ中ａｔｅａｕｅ研
外光的照射有反应，太阳能不能充分地利用．）对２光
带结构的影响．时，同还分别计算了替位掺杂和填隙掺杂两种不同的掺杂形式，ＴＯ对ｉ能带结构的影
ＴＯｉ，晶体的几何结构、带结构、子密度，能电以及不同金属掺杂对ＴＯｉ晶体几何结构和电子结构的影响．算得到计的能带结构和态密度等数据结果标明：杂离子的能级位置对ＴＯ的可见光吸收效率有重要影响．掺ｉ：当掺杂金属在其
ＴｈｒｆｒｔｅｒｓａｃｎＴｉｏｅｔＢｉｗｏｄｂｅｓｂｅｅｅｏｅ，ｈｅｅｒｈｏＯ２ｄｐｄｗｉｈｕｌｅｆａｉｌ．Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｐｈｔｃｔｌｓ；ｍｏｅｕｌｒｓｍｕａｉｎ；ｔｔｎｉｄｏｏａａｙｔｌｃａｉｌｔｏｉｕｍｉｘｉｅ；ｄｐｄｍｅａ；ｂｎｄｓｒｃｕｅａｄｏｄｏｅｔｌａｔｕｔｒ
价带顶或导带底附近产生新的“ 杂质能级” 可以拓宽ＴＯ对可见光的吸收范围，，ｉ：并增强吸收强度，而认为，ｉ进Ｂ的
掺杂是较好的研究方向．
关键词：催化剂；子模拟；氧化钛；属掺杂；带结构光分二金能
ｏｉｅｐｈｔｃｔｌｓｓｘｄｏｏａａｙｔ
ＭＡｅ，ＹＩＸｉｏｈｎＷｉＮａ — ｏｇ，ＹＡＮＧ — ｕｎＸｕｇａｇ，Ｌｉｌａｇ，Ｓｎ— ａＩＨｕ —ｉｎＵＩＤａｄｎ
（ｃｏｌｆｈｍｓｙａｄＣｅｉｌｎｉｅｒｇＴａｊｎｖｒｔｏｅｈｏｇ，ｉｊ０３４ｈｎ）Ｓｈｏｏｅｉｒｎｈｍｃｇｎｅｎ，ｉｎｉＵｉｓｙｆｃｎｌｙＴａｉ３０８，ＣｉａＣｔａＥｉｎｅｉＴｏｎｎ