Lei Miao
,
Sakae Tanemura
,
Thi Hue Nguyen
,
Li Luo
,
Masaki Tanemura
,
Shoichi Toh
,
Kenji Kaneko
,
Masahiro Kawasaki
材料科学技术（英文）
An alternative sol-gel method has been applied to fabricate anatase and rutile TiO2 coatings uniformly on Al scale fibers with very thin naturally oxidized layer from mixed precursors of Ti tetraisopropoxide, acetyl acetone, deionizer water and ethanol in different molar ratios. The crystal structure of TiO2 coatings on Al scale fiber was confirmed by both XRD and TEM. The surface morphology of the coatings was observed by SEM and the chemical composition of the grown TiO2 was analyzed by EDS in TEM. Anatase coating, having a fine crystalline structure, was grown at 450℃ while rutile was being done at 670℃. The TEM results indicated that the fabricated TiO2 coatings consisted of anatase/rutile polycrystalline structures. The optimal fabrication conditions for TiO2 coatings with about 400 nm in thickness on Al scale fibers were established through the characterization results.
关键词:
Sol-gel method
,
null
,
null
,
null
,
null
杨花
,
王春涛
,
郑银萍
材料科学与工程学报
以三乙胺为氮源,钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备氮掺杂TiO2,并用旋涂法制备ITO导电玻璃为基材的氮掺杂TiO2薄膜,经300℃、400℃、500℃处理制得ITO/TiO2-xNx薄膜.采用XRD、XPS、SEM和UV-Vis吸收光谱等对样品进行表征,并进行光电化学性能测定,结果表明500℃处理制得的ITO/TiO2-xNx薄膜具有最佳的光电催化性能.进一步采用化学沉积法在ITO/TiO2-xNx薄膜表面上沉积多孔NiO薄膜,制得ITO/TiO2-xNx/NiO复合薄膜,研究表明该复合薄膜具有很好的光电致色特性及储放电性能,可应用于光电致变色和光电能量储存领域.
关键词:
光催化剂
,
溶胶-凝胶法
,
氮掺杂二氧化钛
,
氧化镍
,
光致变色
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
张广山
,
张文
,
陈勇生
,
王鹏
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60675-5
研究了沉淀煅烧法制备的纳米级(CuAg)0.15In0.3Zn1.4S2光催化剂以及产氢效率,并采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、N2吸附-脱附、紫外-可见吸收光谱等手段对催化剂进行了表征.结果表明,(CuAg)0.15In0.3Zn1.4S2的结晶度、比表面积和吸收可见光能力与煅烧温度和煅烧时间有关.在可见光下,以KI为电子给体,考察了不同条件对光催化产氢能力的影响.发现在600℃煅烧5h时所制的(CuAg)0.15Ir0.3Zn1.4S2光催化剂产氢活性最高,产氢速率为1750 μmol g-1 h-1,量子效率在420±5nm达到12.8％,比未煅烧催化剂的光催化活性提高了约6倍.
关键词:
光催化剂
,
多金属复合硫化物
,
制氢
,
煅烧
,
光催化活性
,
可见光
吴亭亭
,
康向东
,
Mohammad W. Kadi
,
Iqbal Ismail
,
刘岗
,
成会明
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60996-2
光催化反应发生在半导体材料的表面,材料表面的原子/电子结构直接影响光催化剂的活性或选择性。因此,发展具有特定晶面的半导体光催化剂受到各国学者的普遍关注,被认为是调控光催化材料性能的有效途径之一。自2008年yang等首次合成高表面能{001}晶面占优的锐钛矿TiO2单晶以来,控制合成暴露不同晶面TiO2晶体的研究得到了迅猛的发展,已发展了多种方法合成了具有不同晶面的TiO2晶体。研究表明,选择性地暴露特定的活性晶面能够显著地提高光催化剂的活性或者改变光催化反应的选择性。但是,含有完整晶面构型的TiO2单晶样品的颗粒尺寸一般都较大,通常为几微米,因而显著增加了光生载流子传输与分离的难度,并且导致材料较小的比表面积,限制了对光催化活性的进一步提高。能否在合成含特定晶面单晶的同时增加多孔结构成为有效解决这一问题的关键。最近, Crossland等采用晶种模板法成功合成了介孔的锐钛矿TiO2单晶,并且通过光电器件研究证实了采用该思路可进一步提高材料的光电性能。金红石TiO2在光催化全分解水方面具有独特的优势,然而关于多孔单晶金红石TiO2的研究相对较少,尤其是合成热力学不稳定的高表面能{111}晶面完全暴露的多孔金红石单晶面临较大的技术挑战因而一直未见文献报道。本文利用晶种模板法,以TiCl4溶液为含Ti前驱体、NaF为形貌控制剂、采用水热处理制备出不同比例{111}晶面的介孔金红石单晶。我们前期工作表明, NaF可作为形貌控制剂合成低表面能{110)晶面占优的介孔金红石单晶。本文发现,通过改变NaF的添加量,可有效调变{111}/{110}晶面比例,最终合成完全暴露{111}高表面能的介孔金红石TiO2单晶。扫描电镜结果显示,当添加20 mg NaF时,合成{110}占优的具有高长径比的介孔晶体；当NaF用量增加到40 mg时{110}晶面进一步缩短；至80 mg时则制备出{111})高能面完全暴露的金红石TiO2晶体。值得注意的是,对比研究表明,不采用模板合成了与多孔晶体完全相对应的不同{111}/(110}晶面比例的实心金红石晶体。透射电镜及选区电子衍射以及结合X射线衍射进一步证实,多孔的金红石TiO2晶体与实心金红石单晶均都为单晶结构,孔结构贯穿于样品内部且具有较高的晶面结晶性。氮气吸附实验发现,虽然三个不同晶面比例介孔金红石单晶样品间的形貌具有显著的差异,但比表面积非常相近(分别为24,25,28 m2/g),孔径也都为50 nm左右,该值与所用SiO2模板球的直径以及TEM观察结果相一致。光催化产氢性能结果表明,选择性的暴露活性晶面显著提高了光催化活性,仅含高能面{111}的介孔金红石单晶样品具有最高的产氢速率(约800μmol h–1 g–1),比常规{110}晶面占优的介孔单晶样品速率提高了约一倍。尤其比实心单晶样品的产氢速率提高了至少一个数量级,这应归结于介孔结构特性所导致的表面反应活性位增加、电子传输距离缩短以及光吸收增强协同作用的结果。
关键词:
二氧化钛
,
光催化剂
,
介孔
,
单晶
,
产氢
代卫炯
,
闫俊青
,
戴珂
,
李兰冬
,
关乃佳
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60954-8
作为一种新兴技术,半导体催化在太阳能转化、环境净化以及有机合成等多种领域中具有重要的用途,因而近年来引起了研究者的广泛关注.在众多半导体材料中, TiO2具有价廉,无毒,来源广泛和光化学稳定等优点,被认为是太阳能转化领域最有潜力的催化剂.然而,由于其相对较宽的禁带宽度和激发条件下较快的光生电子和空穴的复合率,导致TiO2在太阳能转化过程中具有较低的量子效率.为了克服以上缺陷,研究者尝试了多种方法来提高TiO2的量子效率,如TiO2的表面修饰以及元素掺杂等.其中,过渡金属尤其是贵金属(如Au，Pd和Pt等)的掺杂能有效提高其催化效率,主要原因在于大多数贵金属的费米能级低于TiO2半导体催化剂,因此,光生电子迁移到催化剂表面的同时,会被贵金属捕获,进而有效地防止电子与空穴的复合,提高其催化效率.在众多贵金属助催化剂中, Pt因具有较大的功函数和较低氢过电势而被认为是TiO2在光解水反应中最好的表面修饰剂.然而,有关贵金属负载的TiO2在光解水反应中的系列性的对比研究还相对较少,一些基础的问题还有待解决.如在相同激发条件下,不同贵金属如何影响TiO2的光催化活性？ TiO2的晶体结构对其光催化活性是否有影响？在TiO2的三种晶体结构中,金红石和锐钛矿的光催化活性得到了较多的研究,而有关板钛矿的研究却较少.基于此,本文首先采用水热法合成纳米棒状的锐钛矿和板钛矿TiO2,随后利用光沉积法在上述TiO2载体上负载不同的贵金属(Pt, Pd和Au)助催化剂,利用透射电镜(TEM),紫外可见光谱(UV-Vis),荧光光谱(PL)等手段对比研究了贵金属助催化剂和晶体结构对其催化光解水制氢反应的影响.射线衍射(XRD)结果表明,负载贵金属后的锐钛矿和板钛矿晶型保持完好,且未出现贵金属物种的衍射峰. UV-Vis结果表明,负载贵金属后的锐钛矿和板钛矿样品的紫外光吸收均略有红移,并且紫外光谱的变化趋势相同,说明TiO2的晶型对其紫外光吸收性质影响不大.此外, TEM结果发现,贵金属纳米颗粒在TiO2表面分散均匀,并且颗粒规整,没有出现团聚的现象,在锐钛矿和板钛矿表面的颗粒大小分别为1.3–1.5和1.9–2.1nm,与XRD结果吻合.最后,利用紫外光激发下的甲醇水蒸气重整制氢反应考察了不同样品的催化性能.结果表明,在无贵金属助催化剂存在的条件下,锐钛矿和板钛矿样品上的光催化活性均较低.负载贵金属后, Pt-TiO2的光催化活性最高, Pd-TiO2次之, Au-TiO2最差,与文献结果类似.结合表征结果推测,造成上述样品活性差异的主要原因在于助催化剂的本征性质,如功函数和氢过电势等. Pt, Pd和Au共催化剂的功函数分别为5.7,5.1和5.1 eV,均高于TiO2(4.2 eV).在紫外光激发下,光生电子可以有效地从TiO2载体传递到贵金属助催化剂上,并在TiO2载体表面形成肖特基势垒,进而有效地阻止光生电子和空穴的复合,提高其光催化活性.因此,负载Pt, Pd和Au后的TiO2样品上产氢效率均高于TiO2载体.不同样品的PL结果也与其催化活性数据相吻合,说明贵金属助催化剂的负载能有效地捕获光生电子,进而阻止光生电子与空穴的复合,提高其催化活性.此外,氢过电势也是影响贵金属助催化剂活性差异的主要原因：氢过电势越高,其还原质子的能力越弱,在产氢反应中的产氢效率越低.因此,三种金属中,具有最低氢过电势的Pt产氢效率最高.此外,同种贵金属负载的锐钛矿和板钛矿上的催化活性相似,表明负载型贵金属催化剂载体对其催化活性的影响较低.
关键词:
光催化剂
,
产氢
,
锐钛矿
,
板钛矿
,
共催化剂
熊乐艳
,
郑龙珍
,
邹志君
,
亢晓卫
,
王卫
,
杨绍明
,
夏坚
材料科学与工程学报
通过主、客体反应合成了水溶性的C60-羟丙基-β-环糊精包络化合物,负载在石墨烯表面制备了C60-羟丙基-β-环糊精包络化合物/石墨烯纳米复合材料光催化剂.在常温常压条件下,该催化剂在紫外光照射下成功地将N2还原为NH3,计算出固氮反应的平均转化数(TON)为2.2,平均转化频率(TOF)为0.7h-1.C60-羟丙基-β-环糊精包络化合物/石墨烯纳米复合材料为常温常压下固氮反应提供了一种新型光催化剂,并为合成氨的研究提供了一条新思路.
关键词:
光催化剂
,
C60
,
石墨烯
,
环糊精
,
纳米复合材料
,
合成氨
崔华楠
,
石建英
,
刘鸿
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60858-0
分别采用NaBiO3和Bi(NO3)3为Bi源制备了Bi掺杂NaTaO3光催化剂，研究了Bi离子的价态对NaTaO3光催化分解水制氢性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见吸收光谱研究了催化剂的晶体结构、Bi离子的化学状态和催化剂的光学吸收性能.以光催化分解水制氢反应研究了Bi离子掺杂NaTaO3的催化性能. XRD结果表明，对于两个不同Bi源掺杂的NaTaO3样品， Bi离子的掺杂没有改变催化剂的单斜相结构，但拉曼光谱证实Bi离子的掺杂致使Ta–O–Ta键角偏离了180o. XPS结果表明，以Bi(NO3)3为Bi源时， Bi离子以Bi3+掺杂于NaTaO3的A位；当以NaBiO3为原料时， Bi3+和Bi5+共掺杂于NaTaO3的A位.两种不同Bi源掺杂得到的样品在紫外-可见吸收光谱中给出了相似的光学吸收，但Bi3+的掺杂对NaTaO3光催化性能影响不大，而Bi3+和Bi5+共掺杂大大提高了NaTaO3的光解水制氢性能. Bi离子取代Na离子在A位的掺杂，在NaTaO3结构中引入了能够促进载流子分离的空位和缺陷；与此同时， Bi的掺杂导致Ta–O–Ta键角偏离180o而不利于载流子迁移.对于Bi3+掺杂的NaTaO3样品，这两种作用相互抵消，使得其催化性能与NaTaO3相比没有变化；而Bi3+和Bi5+的共掺杂和高价态Bi5+的掺杂引入了更多的空位和缺陷，提高了光生电子-空穴的分离效率，从而提高了光催化产氢性能.研究表明，光催化过程中载流子的迁移是影响催化性能的重要因素，而在ABO3钙钛矿结构的A位引入高价态离子是促进光生载流子分离的有效途径.
关键词:
光催化剂
,
钽酸钠
,
Bi掺杂
,
化学价态
,
水分解
Yee Khai Ooi
,
Leny Yuliati
,
Siew Ling Lee
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62492-0
中孔的TUD-1负载的氧化铬掺杂TiO2(Cr-TiO2)有望用于紫外光照射下光催化降解苯酚的催化剂.低角X射线衍射和红外结果证实该样品中TUD-1存在无定形和中孔硅酸盐框架. TUD-1的中孔结构进一步得到N2吸附-脱附的证实：为IV型等温线，并具有窄的孔径分布(3.9 nm)和高的比表面积(>490 m2/g).透射电镜结果表明，所制样品保持了纳米颗粒和多孔孔道结构. TUD-1中负载Cr-TiO2后使得带隙能量增加.与未负载的Cr-TiO2相比，所有TUD-1负载的Cr-TiO2光催化剂表现出更高的紫外光下降解苯酚的活性.其中Si/Ti摩尔比为30的Cr-TiO2/TUD-1样品的光催化活性最高(82%).苯酚的光催化降解遵循一级Langmuir吸附等温线.
关键词:
苯酚
,
TUD-1
,
二氧化钛
,
光催化剂
,
中孔
