光催化复合材料

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氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用

氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用

氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用一光催化原理光催化是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,就象植物的光合作用中的叶绿素。

半导体光催化剂大多是n型半导体材料,都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带(Valence Band, VB)和导带(Conduction Band, CB)之间存在一个禁带(Forbidden Band, Band Gap)。

当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。

此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。

而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。

二氯氧铋性质氯氧铋分子式:BiOCl,分子量:260.43,属于正方晶系,银白色发亮结晶粉末,揉开有银白色珍珠光泽,溶于盐酸、硝酸,不溶于水、丙酮等。

氯氧铋是一种独特的三重氧化物半导体,开放的晶体结构,它的结构是由氯离子层和[Bi2O2]2+层组成,一个[Bi2O2]2+层由两个氯离子层包裹着,形成了一种三明治的结构。

结构示意图如下:图1 BiOCl的晶体结构氯氧铋这种特殊的晶体结构,使得它的层间的空间比较大,有助于光诱导电子空穴对的分离,在光催化方面有很好的应用。

但是它也存在自身的缺陷,带隙为3.5eV,只能在紫外光有作用。

所以,为了解决这样的问题,很多研究者提出和研究了氯氧铋与其他材料制备BiOCl的复合材料,进一步改善其性能。

三文献介绍1Bi/BiOCl半导体异质结构作者通过水热法合成了Bi/BiOCl半导体异质结构复合材料,BiOCl中氧空位的存在减少了它的禁带宽度,原位生长在BiOCl表面的Bi纳米粒子增强了电子空穴对的分离,使得合成的复合材料在可见光下有优异的催化活性和稳定性,可应用于染料的分解以及持久性有机污染物(POPs)的降解。

《CdS基宽光谱复合材料合成及其光催化还原CO2性能研究》

《CdS基宽光谱复合材料合成及其光催化还原CO2性能研究》

《CdS基宽光谱复合材料合成及其光催化还原CO2性能研究》一、引言随着环境问题的日益严重,光催化技术已成为科研领域的一个热点。

其中,光催化还原CO2技术具有巨大的应用潜力,可有效减少温室气体的排放并转化为有价值的化学品。

CdS作为一种典型的宽光谱半导体材料,因其具有较高的光吸收能力和良好的光催化性能,在光催化还原CO2领域受到了广泛关注。

然而,单纯的CdS材料存在着一些缺陷,如光生载流子复合率高、光响应范围有限等。

为了解决这些问题,研究者们开始探索将CdS与其他材料复合,以提高其光催化性能。

本文旨在研究CdS基宽光谱复合材料的合成及其在光催化还原CO2方面的性能。

二、实验方法1. 材料制备本文采用溶胶-凝胶法合成CdS基宽光谱复合材料。

首先,将适量镉盐和硫源在溶液中混合,加入表面活性剂以控制颗粒形貌。

随后,通过热处理和硫化处理得到CdS基复合材料。

2. 结构表征利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对合成材料的晶体结构、形貌和微观结构进行表征。

3. 光催化性能测试以光催化还原CO2为探针反应,评价CdS基宽光谱复合材料的光催化性能。

在封闭的光反应器中,以合成材料为光催化剂,以CO2和H2O为反应物,光照条件下进行反应。

通过气相色谱仪分析反应产物,计算CO2的转化率和产物选择性。

三、结果与讨论1. 材料表征结果XRD结果表明,合成材料具有典型的CdS晶体结构。

SEM 和TEM图像显示,材料具有均匀的颗粒形貌和良好的分散性。

此外,通过能谱分析(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等手段,证实了材料中各元素的化学状态和价态。

2. 光催化性能分析实验结果表明,CdS基宽光谱复合材料具有优异的光催化还原CO2性能。

在可见光照射下,该材料能够有效地将CO2转化为碳氢化合物和醇类等有机物。

与纯CdS相比,复合材料的光催化性能得到显著提高。

这主要归因于复合材料具有较宽的光谱响应范围、较高的光生载流子分离效率和较强的氧化还原能力。

光催化剂的种类

光催化剂的种类

光催化剂的种类光催化剂是一种能够利用光能激发电子,从而参与化学反应的催化剂。

根据其组成和性质的不同,光催化剂可以分为多种类型。

本文将从不同类型的光催化剂出发,对其进行介绍和探讨。

一、金属氧化物光催化剂金属氧化物光催化剂是应用最广泛的一类光催化剂。

其中,二氧化钛(TiO2)是最具代表性的一种。

二氧化钛能够吸收紫外光,在光照下产生电子空穴对,从而催化氧化还原反应。

此外,氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)等金属氧化物也被广泛研究和应用于光催化领域。

二、半导体光催化剂半导体光催化剂是指具有半导体性能的材料,如二氧化钛、氧化锌等。

这类光催化剂能够利用光能激发电子,从而参与化学反应。

半导体光催化剂具有活性高、稳定性好等优点,被广泛应用于水处理、空气净化、有机废水处理等领域。

三、金属有机框架光催化剂金属有机框架(MOF)是一类由金属离子或金属簇与有机配体组成的材料。

由于其结构多样性和调控性能强,金属有机框架被广泛应用于催化、吸附、分离等领域。

近年来,研究者发现金属有机框架也具有光催化活性,能够在光照下催化多种有机反应。

四、纳米材料光催化剂纳米材料光催化剂是指尺寸在纳米级别的材料,如纳米金、纳米银、纳米铜等。

由于其小尺寸效应和高比表面积,纳米材料具有优异的光催化性能。

纳米材料光催化剂在环境净化、有机合成等领域具有广泛的应用前景。

五、复合光催化剂复合光催化剂是将不同类型的光催化剂组合在一起,形成具有协同效应的复合材料。

例如,二氧化钛与氧化锌的复合光催化剂能够提高光催化反应的效率和选择性。

此外,复合光催化剂还可以将光催化反应与其他催化反应相结合,实现多步骤的催化转化。

光催化剂的种类多样,每一种都具有不同的特点和应用领域。

随着光催化技术的不断发展,人们对光催化剂的研究也越来越深入。

未来,随着新材料的不断发现和合成技术的进步,光催化剂的种类将会更加丰富,应用领域也会更加广泛。

光催化技术的发展将为环境治理、能源转化等领域带来更多的可能性,为人类创造一个更加清洁和可持续的未来。

g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能

g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能

g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能摘要:甲醛是一种常见的室内有机污染物,对人体健康会造成一定的危害。

因此,发展高效、低成本的甲醛净化材料具有重要的实际意义。

本文通过对g-C3N4基光催化复合材料的制备及其甲醛净化性能的研究,探讨了该复合材料的制备条件及其在甲醛净化方面的应用前景。

1. 引言室内空气质量直接关系到人们的身体健康,而甲醛是室内环境中常见的有机污染物之一。

研究表明,长期接触高浓度的甲醛会对人的呼吸系统、神经系统和免疫系统等产生不良影响。

因此,开发高效的甲醛净化材料对于室内空气净化至关重要。

2. g-C3N4基光催化复合材料的制备g-C3N4是一种光催化材料,具有良好的光催化性能和化学稳定性,因此被广泛应用于环境污染物的治理。

制备g-C3N4基光催化复合材料的方法有多种,其中包括溶液法、水热法和溶胶凝胶法等。

本文采用水热法制备了g-C3N4基光催化复合材料。

具体制备步骤如下:将尿素与硝酸铜溶液混合,在热水浴中加热搅拌,得到蓝色沉淀。

之后,将蓝色沉淀经过洗涤和干燥处理,得到g-C3N4基光催化复合材料。

3. g-C3N4基光催化复合材料的甲醛净化性能通过甲醛吸附实验和光催化实验,研究了g-C3N4基光催化复合材料的甲醛净化性能。

实验结果表明,g-C3N4基光催化复合材料对甲醛有很好的吸附性能,可显著降低甲醛浓度。

同时,当材料暴露在紫外光照射下时,其光催化性能能够进一步提高,对甲醛的降解效果更显著。

这是因为g-C3N4基光催化复合材料具有良好的光吸收性能和光生电子-空穴对的分离能力,可有效提高催化反应的速率。

4. 影响g-C3N4基光催化复合材料甲醛净化性能的因素研究了影响g-C3N4基光催化复合材料甲醛净化性能的因素,主要包括催化剂的负载量、催化反应温度和空气湿度等。

结果表明,适当增加催化剂的负载量和提高催化反应温度有助于提高甲醛的降解率。

g-C3N4Ti-MOF复合材料的合成及其光催化性能

g-C3N4Ti-MOF复合材料的合成及其光催化性能

g-C3N4/Ti-MOF复合材料的合成及其光催化性能(1.东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318; 2.东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:采用快速微波合成法合成了Ti-MOF(MOF,金属有机骨架材料),并在其基础上合成新型可见光响应光催化剂g-C3N4/Ti-MOF。

通过X射线衍射、扫描电镜、EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱、N2吸附-脱附和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行表征,同时光催化还原Cr(Ⅵ)研究g-C3N4/Ti-MOF的光催化性能。

结果表明,g-C3N4/Ti-MOF 复合光催化剂在150 min内能还原92%的Cr(Ⅵ),远远高于g-C3N4和Ti-MOF;同时g-C3N4/Ti-MOF复合光催化剂经过4次循环实验后仍能保持较稳定的光催化活性。

最后提出了g-C3N4/Ti-MOF复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的可能机理。

关键词:g-C3N4;复合光催化剂;金属有机骨架;光催化活性近年来,天然水体中的有毒重金属离子对环境造成严重的污染已逐渐引起人们的重视。

其中从电镀、鞣革、印刷、颜料和金属加工等行业中排放出来的六价铬(Cr(Ⅵ))是地表水和地下水中常见的重金属污染物,其具有高毒性、致癌性和高溶解特性,会对人类健康构成巨大威胁[1]。

因此人们使用膜分离、离子交换、化学沉淀、电还原、吸附等多种技术来除去废水中的Cr(Ⅵ)[2-3]。

由于三价铬(Cr(Ⅲ)) 对植物和人类无害,且在中性或碱性溶液中以较为稳定的Cr(OH)3形式存在,因此将Cr(Ⅵ) 还原成Cr(Ⅲ)被视为对其有效去除措施[4]。

半导体光催化剂还原Cr(Ⅵ)是一种经济有效的方法,且受到广泛关注。

金属有机骨架(MOF)是一类由金属离子与有机配体自组装形成的高度多孔晶体材料[5],具有较高比表面积、晶体开放结构、可调节孔径和多功能性等优点,可用于H2储存、CO2捕获催化,制备光学材料等[6];同时,MOF在光诱导催化、CO2还原、有机污染物降解和有机化合物转化等方面有独特应用[7]。

《CeO2-ZnO-石墨烯复合材料制备及其光催化性能》

《CeO2-ZnO-石墨烯复合材料制备及其光催化性能》

《CeO2-ZnO-石墨烯复合材料制备及其光催化性能》CeO2-ZnO-石墨烯复合材料制备及其光催化性能一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重,光催化技术作为一种新型的环保技术,已引起了广泛的关注。

其中,CeO2/ZnO 复合材料因具有较高的光催化活性和良好的稳定性,被广泛应用于废水处理、空气净化等领域。

而石墨烯作为一种具有优异导电性能和巨大比表面积的二维材料,其与CeO2/ZnO复合可进一步增强光催化性能。

本文将详细介绍CeO2/ZnO/石墨烯复合材料的制备过程及其光催化性能。

二、材料制备1. 原料准备本实验所需原料包括氧化铈(CeO2)、氧化锌(ZnO)、石墨烯、去离子水等。

其中,CeO2和ZnO均购买自国内知名厂商,石墨烯通过化学剥离法制备得到。

2. 制备方法采用共沉淀法与水热法相结合的方法制备CeO2/ZnO/石墨烯复合材料。

首先,将一定量的Ce(NO3)3和Zn(NO3)2溶于去离子水中,加入适量的石墨烯分散液,搅拌至完全溶解。

然后,加入沉淀剂,使Ce3+和Zn2+与沉淀剂发生共沉淀反应,形成CeO2/ZnO沉淀物。

接着,将得到的沉淀物与石墨烯分散液混合,在一定的温度和压力下进行水热反应,得到CeO2/ZnO/石墨烯复合材料。

三、性能表征1. 结构分析通过X射线衍射(XRD)对制备的CeO2/ZnO/石墨烯复合材料进行结构分析。

结果表明,复合材料中CeO2和ZnO的晶型良好,且与石墨烯成功复合。

2. 形貌分析利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合材料的形貌进行观察。

结果表明,复合材料中的CeO2和ZnO纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层上,形成三维结构。

3. 光催化性能测试以甲基橙溶液为光催化目标物,通过模拟太阳光照射下的光催化实验来评价复合材料的光催化性能。

结果表明,在可见光照射下,CeO2/ZnO/石墨烯复合材料对甲基橙溶液的降解率明显高于纯CeO2和纯ZnO。

《全光谱及蓄光型TiO2、氮化碳复合光催化材料的制备和性能研究》范文

《全光谱及蓄光型TiO2、氮化碳复合光催化材料的制备和性能研究》范文

《全光谱及蓄光型TiO2、氮化碳复合光催化材料的制备和性能研究》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、污染物处理等方面得到了广泛的应用。

其中,TiO2因其良好的光催化性能和化学稳定性被广泛研究。

然而,其光响应范围窄、量子效率低等问题限制了其应用。

为解决这些问题,本研究旨在通过制备全光谱及蓄光型TiO2与氮化碳复合光催化材料,以提高其光催化性能和扩展其应用范围。

二、实验材料与方法1. 材料准备本实验所需材料包括TiO2、氮化碳、以及其他必要的化学试剂和设备。

所有材料均需符合实验要求,并经过预处理。

2. 制备方法(1)TiO2的制备:采用溶胶-凝胶法或水热法等方法制备TiO2。

(2)氮化碳的制备:采用高温固相法或气相沉积法等方法制备氮化碳。

(3)复合材料制备:将TiO2与氮化碳进行复合,通过物理混合或化学方法实现两者的结合。

3. 性能测试通过紫外-可见光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对制备的复合材料进行表征,并测试其光催化性能。

三、全光谱及蓄光型TiO2、氮化碳复合材料的制备1. 溶胶-凝胶法制备TiO2采用钛醇盐为原料,通过溶胶-凝胶法合成TiO2。

在合适的温度和pH值下,使钛醇盐发生水解和缩聚反应,得到TiO2凝胶。

经过干燥、煅烧等步骤,得到TiO2粉末。

2. 氮化碳的制备采用高温固相法或气相沉积法等方法制备氮化碳。

在高温条件下,将含有C和N元素的化合物进行反应,得到氮化碳粉末。

3. TiO2与氮化碳的复合将制备好的TiO2与氮化碳进行物理混合或化学结合,得到全光谱及蓄光型TiO2、氮化碳复合材料。

四、性能研究1. 结构与形貌分析通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对制备的复合材料进行结构与形貌分析。

结果表明,复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。

2. 光吸收性能研究通过紫外-可见光谱测试复合材料的光吸收性能。

结果表明,复合材料具有较宽的光响应范围,能够吸收可见光和紫外光。

BiOCl基光催化复合材料的改性研究进展

BiOCl基光催化复合材料的改性研究进展

BiOCl基光催化复合材料的改性研究进展摘要:能源和环境问题已经成为制约人类社会发展的重要因素。

光催化技术被认为是解决上述问题的一种绿色有效途径。

氯氧化铋(BiOCl)作为一种新型的光催化材料,由于特殊的层状结构和优异的理化性能在能源和环境治理方面引起了广泛的兴趣。

然而氯氧化铋光催化材料却存在可见光利用率低,光生载流子易复合等问题。

为了提高性能和了解相关机制,人们进行了大量的研究。

本文介绍了几种BiOCl的主要制备方法,重点细述了近年来对BiOCl光催化剂的改性策略。

最后对氯氧化铋半导体光催化材料的未来前景做出展望。

关键词:光催化;氯氧化铋;复合改性1 引言随着经济和社会活动的快速发展,越来越多的能源短缺问题和环境危机引起人们的关注。

工业污水的排放、不可再生资源的过度消耗等环境问题已经成为制约人类社会发展的重要因素。

污染水资源的处理亟待解决。

传统的水污染处理方法包括生物方法、物理方法和化学方法。

这些方法都对水资源的保护和治理起了很大的作用,但都存在着不同程度的缺点。

这种背景下一种新型环保的技术—光催化技术运营而生,半导体光催化不仅能够有效地将可再生的太阳能转化为化学能和电能以降解污染物,而且还能做到低成本、绿色、不产生二次污染。

半导体光催化技术的核心就是半导体光催化材料,这种具有高度活性和氧化还原性的半导体材料能够在光的催化作用下对污染水资源进行强有力的降解。

虽然TiO2以强氧化能力、无毒、廉价等优点成为光催化材料研究的核心,但它有两个明显的缺点:一是量子产率低,导致光催化效果差;二是对于可见光的利用率较低。

BiOCl作为一种新型的光催化材料,是一种V-VI-VII三元化合物,它具有层状结构,其基础是Bi2O2板和两个氯离子板之间的交错模式,形成了四方镁橄榄石结构。

Bi2O2和氯离子板形成的层状结构和自建的内部静电场可以在一定程度上显著提高光生电子-空穴对的分离效率,从而产生高效的光催化活性。

宽带隙 BiOCl有较负导带(CB)边缘和较正价带(VB)边缘,可以提供更高能级的光生电子和空穴。

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larger specific surface area
more active adsorption sites
J. Phys. Chem. C 2009(113), Wenzhong Wang et al.
Efficient Visible Light-Induced Photocatalytic Degradation of Contaminant by Spindle-like PANI/BiVO4
Intensify the visible light absorption for conducting polymers/TiO2
Use TiO2 with large specific surface area and small crystallite size Increase the optical path length of photons in photocatalyst
P25
PANI/TiO2
are added to
sonicate 30 minrecursor
Dip-coating dry at 10 ◦C for 12 h
films
stir 24 h
Vis(λ>450nm)
UV(λ=254nm)
electrochemical impedance spectroscopy(EIS) Nynquist plots, bias potential is 1.0 V
P25
filter are added to
0.45 g/L PANI+THF
wash
sonicate 30 min stir 24 h
suspension
precipitate
PANI/TiO2
dry at 80 ◦C for 12 h
Visble light: When the ratio got to 3:100, the as-prepared photocatalyst had an optimal photocatalytic activity that could degrade MB by 88% in 5 h and RhB by 97% in 100 min. UV: at the ratio of 3:100, the PANI/ TiO2 samples exhibited the best value of photodegradation of MB by 99.6% in 60 min and RhB 96.5% in 30 min.
Vis(λ>450nm)
UV(λ=254nm)
EDTA (holes scavenger)
t-BuOH (radicals scavenger)
Applied Catalysis B: Environmental 2011 (102), Quan Xie et al.
Remarkable improvement of visible light photocatalysis with PANI modified core–shell mesoporous TiO2 microspheres
PANI
PANI/0.1 wt.% ZnO
PANI/0.25 wt.% ZnO
PANI/0.5 wt.% ZnO
Conclusion
high absorption coefficients in the visible light range(π-π* transition)
efficient carrier-transfer property more valuable in practice for ease of commercial-scale production high stability and does not photocorrode during the photocatalytic oxidation of the pollutant molecules
The radius of the arc on the EIS Nynquist plot reflects the reaction rate occurring at thesurface of electrode.
Oxidative Species and Photocatalytic Mechanisms
PANI modified core–shell mesoporous TiO2 hydrothermal method and chemisorption approach
Characterization: SEM&TEM, XRD, FTIR, Nitrogen adsorption, DRS Photocatalytic activity: 25mg Cat., visible light ( λ> 400 nm) RhB (50 mL, 10mg/L) or 4-CP (50 mL, 10mg/L)
Ref. system Preparation Illumination wavelength visible light ( λ> 400 nm) Evaluation of PC activity 10 mg/L RhB 10 mg/L 4-CP
[1] [2] [3] [4]
PANI/TiO2 PANI/TiO2–Fe3+ PANI/CdS PANI/BiVO4
light harvest efficiency
core–shell mesoporous structure
separation efficiency of photogenerated charges
the heterojunction between TiO2 and PANI
the interfacial reaction process
PANI 复合光催化剂研究进展
2011-3-12
Background
Metal ion & non-metal doping chemisorption noble metal deposition in situ polymerization narrow band-gap semiconductors coupling dye sensitization conducting polymers: polyaniline, polythiophene, Polypyrrol
chemisorption in situ polymerization chemisorption chemisorption
UV light (λ = 253.7 nm) 20 mg.L-1 MO & Sunlight visible light (λ > 450 nm) visible light (λ > 420 nm) Visible light 20 mg.L-1 MB 10 mg/L RhB 1 × 10-5 ~1 × 10-4 M phenol 10 mg.L-1 MB
Spindle-like 0.5% PANI/BiVO4 sample
Photocatalytic degradation of phenol with 0.5% PANI/BiVO4 under visible-light by different amounts of H2O2
λ>420nm
Colloid Polym Sci 2011(289), Hyung-Shik Shin et al. An effective nanocomposite of polyaniline and ZnO: preparation, characterizations, and its photocatalytic activity in situ polymerization of aniline monomer with ZnO nanomaterials
[5]
PANI/ZnO
in situ polymerization
Environ. Sci. Technol. 2008(42), Yongfa Zhu et al.
Dramatic Visible Photocatalytic Degradation Performances Due to Synergetic Effect of TiO2 with PANI
It is expected that the combination of photocatalyst and PANI seems to be ideal for enhancing the photoactivity under visible light. 工作计划:利用化学吸附法制备PANI/TiO2-NTs复合光催化剂
RhB
4-CP
Discussion on photocatalytic mechanism of PANI/M-TiO2 photocatalytic activity was mainly governed by three properties:
more PANI because of the large specific surface area facilitate the propagation of light and increase the optical path length in photocatalyst
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