Maxwell Selase Akple
,
刘敬祥
,
秦志扬
,
S. Wageh
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Ahmed. A. Al-Ghamdi
,
余家国
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刘升卫
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60989-5
化石能源的使用可产生大量CO2,带来严重的温室效应。光催化CO2还原生产太阳燃料技术既有望缓解温室效应,又可以将低能量密度的太阳能转化为高能量密度的化学能储存起来方便使用。高效光催化材料的开发是发展光催化技术的关键。迄今,在已开发的所有半导体光催化材料中, TiO2仍是广泛研究的明星材料。在实际使用中, TiO2的光催化效率仍受限于其极弱的可见光利用率和较高的电子-空穴复合几率。近年来,越来越多的研究表明TiO2的结构与形貌特征极大地影响其光催化效率。尤其, TiO2的外露晶面设计与晶面效应研究引起了广泛关注。由于具有较高表面能和较多表面不饱和键,起初大多数理论和实验研究认为锐钛矿TiO2(001)晶面是光催化活性晶面。后来,越来越多研究表明并非锐钛矿TiO2(001)晶面的暴露比例越高其光催化活性就越高。最近,我们发现锐钛矿TiO2(001)晶面与(101)晶面在调控光催化CO2还原性能上具有良好的协同效应。密度泛函理论计算表明,锐钛矿TiO2的(001)晶面与(101)晶面的能带结构有差异,(001)晶面的导带位置相对于(101)晶面而言较高,而(101)晶面的价带位置相对于(001)晶面而言较低。基于此我们提出,具有合适比例的锐钛矿TiO2的(001)晶面与(101)晶面的交界处可以形成最佳的表面异质结或晶面异质结。表面异质结的形成导致光生电子倾向于向(101)扩散,光生空穴倾向于向(001)扩散,从而促进光生电子-空穴分离,降低光生电子-空穴复合几率。在此工作基础上,我们直接以氮化钛为原料,氢氟酸为添加剂,通过简单的水热反应一步合成了氮自掺杂的TiO2微米片。利用X射线粉末衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、氮气吸附-脱附以及电化学阻抗谱等方法手段对所制备的光催化剂进行了基本结构与理化性质表征分析,并研究了其可见光光催化CO2还原性能。电镜照片结果表明,我们所制备的氮自掺杂锐钛矿TiO2微米片的(001)晶面与(101)晶面比例分别为65%和35%。基于我们前期研究结果, TiO2微米片的(001)晶面与(101)晶面可以形成表面异质结,具有良好的电荷分离效率,这也得到了电化学阻抗谱研究结果的证明。同时,由于N的原位掺杂,所制备的TiO2微米片具有优异的可见光捕获能力。由于可见光利用效率增强与光生电子-空穴分离效率提高这两方面的综合作用,所制备的氮自掺杂TiO2微米片具有非常好的可见光光催化CO2还原制甲醇性能,比商用P25及氮掺杂TiO2纳米粒子等参考样品的可见光光催化性能更优异。研究表明,通过原位自掺杂方法与晶面设计方法相结合,可以同时改善TiO2的可见光利用效率和光生电子-空穴分离效率,优化TiO2的可见光光催化性能,这也为后续开发新型高效光催化材料提供了新思路。
关键词:
氮自掺杂
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二氧化钛
,
(001)晶面
,
二氧化碳还原
,
表面异质结
赵丽
,
余家国
,
赵修建
,
程蓓
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张谢群
,
郭瑞
稀有金属材料与工程
综述了介孔材料的合成方法、分类、形成机理、形貌控制和应用.目前各种形状如球形、棒状、片状、螺旋形和绳形等形状的介孔材料已经采用溶胶-凝胶、自组装、微乳、反胶束和超声等方法合成出来.按化学组成介孔材料分为硅基和非硅介孔材料,硅基介孔材料已被很好地研究,相反,非硅介孔材料虽然有着广泛的应用前景但研究不多.介孔材料的几种形成机理已经被提出, 主要包括液晶模板和协同组装机理.作者也采用化学超声和反胶束方法制备出新奇的介孔二氧化钛粉末和薄膜材料, 其光催化活性明显高于普通二氧化钛粉末和薄膜材料.
关键词:
介孔纳米结构材料
,
合成机理
,
形貌控制
,
应用发展
余家国
,
赵修建
,
韩建军
,
赵青南
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2000.12.006
通过sol-gel法在普通钠钙玻璃表面制备了均匀透明的锐钛矿型TiO2纳米薄膜.用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和紫外可见吸收光谱(UV-VIS)等对薄膜的晶粒大小和透光率进行了表征.结果表明:随着镀膜次数和热处理时间的增加,薄膜中的平均晶粒大小接近线性增加.仅增加TiO2薄膜的热处理时间,薄膜中晶粒长大不明显,其吸收阀值未发生明显的红移.因此, 薄膜中晶粒长大的机理可能是: 上一次镀的TiO2晶粒成了下一次镀TiO2溶胶的晶核, 并在此基础上逐渐长大.
关键词:
溶胶-凝胶法
,
TiO2纳米薄膜
,
晶粒长大
,
机理
余家国
,
赵修建
稀有金属材料与工程
研究了通过sol-gel工艺在普通玻璃表面制备均匀透明的掺银锐钛矿型TiO2光催化复合薄膜.研究表明:TiO2复合薄膜由TiO2球形颗粒组成,其颗粒大小在50 nm～100 nm;薄膜的厚度每镀一次增加约0.09 μm;薄膜中出现的锐钛矿在(101)面具有一定的择优取向.甲基橙水溶液的光催化降解实验表明:掺银TiO2复合薄膜的表观降解速率常数明显高于未掺银TiO2薄膜的表观降解速率常数,这为进一步提高TiO2薄膜的光催化活性开辟了新的途径.
关键词:
溶胶-凝胶工艺
,
掺银TiO2复合薄膜
,
光催化性能
赵丽
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范佳杰
,
余家国
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翟鹏程
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王世敏
功能材料
在导电玻璃FTO基底上,利用电泳沉积技术成功制备了ZnO/SnO2复合薄膜,并对样品进行了SEM和XRD表征,并以降解罗丹明B为模型反应,考察不同条件下制备的复合薄膜的光催化活性。结果表明电泳沉积时间为20min时,可得到表面致密均匀的ZnO薄膜,膜厚为0.5μm,且随着电泳沉积时间的延长,薄膜的光催化速率不断增加,沉积时间为20min时,光催化速率达到最大（0.016min-1）,如此优异的光催化性能可能是由于异质结构光催化剂ZnO/SnO2减小光生电子-空穴的复合几率,提高了复合催化剂的光催化效率。此外,还研究了热处理温度对ZnO/SnO2复合薄膜光催化效率的影响,结果发现在300℃热处理的光催化薄膜对罗丹明B的降解率最好,活性最高。
关键词:
ZnO/SnO2复合薄膜
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电泳沉积
,
光催化性能
