光催化国际会议演讲稿

2024-04-29

光催化国际会议演讲稿（精选6篇）

篇1：光催化国际会议演讲稿

新型负载型光催化剂的制备及其光催化活性研究

以硝酸钙和磷酸为原料,采用均匀沉淀法制备了羟基磷灰石(HAP);以HAP为载体,采用浸渍-提拉法制得负载型光催化剂TiO2/HAP,并用其对酸性媒介红B进行光催化氧化实验;探讨了HAP煅烧温度和TiO2负载量对TiO2/HAP光催化活性的影响,并利用XRD、FT-IR和TEM对载体及TiO2/HAP催化剂进行了表征.实验结果表明,煅烧温度、TiO2负载量对HAP吸附性能及催化活性有较大的影响;TiO2/HAP的`催化活性明显优于TiO2/玻片的催化活性.

作者：王奎钱晓良方彩霞刘石明 Wang Kui Qian Xiaoliang Fang Caixia Liu Shiming 作者单位：王奎,Wang Kui(中山市环境保护科学研究所,广东,中山,528400)

钱晓良,方彩霞,刘石明,Qian Xiaoliang,Fang Caixia,Liu Shiming(华中科技大学,环境科学与工程学院,湖北,武汉,430074)

刊名：化工环保 ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： 25(3) 分类号：X703.5 关键词：羟基磷灰石负载型光催化剂酸性媒介红B 废水处理

篇2：光催化国际会议演讲稿

Huo Tong，Shuxin Ouyang, Yingpu Bi, Naoto Umezawa, Mitsutake Oshikiri,and Jinhua Ye*

半导体光催化作为全球能源短缺和环境退化在对抗潜在的解决方案方面受到很大关注。这篇文章综述了最先进的研究活动在古人专注于通过光催化提供材料科技的可能性。我们开始努力探索合适的材料，优化其能量带的特殊的配置的应用离子的调查。然后，我们研究的设计和制作先进光催化溶材料在纳米技术的框架。许多在光催化的大多数最新进展得到实现由纳米材料的选择性控制或利用集体纳米装配系统的属性。最后，我们讨论光催化材料理论认识当前的关键的方面。这项审查还强调了今后的研究活动中应处理的重要的题材。1.1基本宽半导体光催化

在半导体光催化的观点中，光催化扮演了一个发起或加速特殊的红眼突变和辐照半导体的职权范围（还原）氧化反应在存在的作用。光吸收和的电子整个的组合发生作用光子的能量匹配或超过原来时应举行 [1-3]。在半导体中，再生产-带(CB)电子(ecb)有化学的潜力+ 0.5 –1.5 V与原来的正常氢电极进行交换（钠氢交换体)，因此他们可以采取行动的作为再生者。价-带(VB)孔(hvb +)表现出强大的氧化能力的潜力+ 1.0 +3.5 V 与钠 [1]氢交换体。最初，精力的入射光子存储在半导体光材料中；它然后转换演讲电子流程和表面/界面反应的化学形态。非常规催化的热力学，生动自发反应(模拟 < 0)，但也非自然的反应(模拟 > 0)可以促进光催化。在前面的情况下，输入的能量用于克服，以便在温和条件下增加反应速度或者适宜的反应条件。在后者的情况下，能量输入的一部分被转换成累积的在反应产物中的化学能量。

一般情况下，半导体光催化循环包括三个步骤（参见图 1）：第一，CB，离开一个平等的多空置的站点（孔）；从 VB 电子照明过渡；第二，兴奋的电子和孔迁移到表面；第三，他们分别和表面的电子捐助者(D)和电子受体（A）进行反应。在第二步，大部分电子-空穴对的重组，在该窗体的热输入的能量耗散或发光。若要防止的重组线缆孔对，方法具有一般应用的是半导体表面负载铂、钯、镍、、RuO2 等在复合催化剂。异质结已经形成的主机半导体与联合催化剂提供的内部的电动坡，便于分离的电子-空穴对并诱导快承运人迁移。此外，这些在复合催化剂上表现出更好的电导率，低过电位和更高的催化活性比主导半导体光催化作为全球能源短缺和环境退化在对抗潜在的问题受到很大关注。最后，我们讨论光催化材料理论认识当前的关键的方面。这项审查还强调了今后的研究活动中应处理的最关键的问题。

图1：溶材料在纳米技术的框架

佟华，从中国的浙江大学在 2001 年获得了学士学位，2007年，在上海研究院、中国学院科学(上海硅酸盐研究所)获得博士学位。2008年至今，在叶教授团队的队伍博士后研究员在全国的研究所（日本）研究材料科学。他目前的研究重点甲醚纳米光催化材料的属性。

欧阳舒心，2004年获得南京大学学士学位，2009年获得材料科学的博士学位，在南京大学邹志刚教授和叶金华教授的指导下。从2009起，他在叶教授的工作组中作为一名博士后研究员在全国的研究所（日本）研究材料科学。他很感兴趣发展和组装新光触媒、电子结构的半导体光触媒。

叶金华，1990年在东京大学获得博士学位。在那之后，她加入大阪大学教员，然后去了国家研究所研究金属材料（formername 的 NIMS)工作了18个月。她在 2006 年是被派往研究光催化材料的中心作为管理主任。她现在是环保的可利用的材料、研究单位和材料的核心人员和原则调查员国际研究中心主任。她也是修饰语的北海道大学化学系教授。她最近的发明的利益重点环境的可持续发展和新能源的产生 1.2历史上的光催化材料.史上Fujishima发现的 TiO2 电解水光的光催化材料。这项发现和 1972 年 [4] 本田已被视为光催化方法，受刺激的光子的能量转换的标志性事件。虽然历史上的光催化可以追溯到上世纪 60 年代 [5]。自那时以来，已进行激烈的研究上 TiO2光催化，它一直侧重于了解急剧原则，[1,9]，改变光催化的效率，加强和扩大范围的应用程序。[10] 在添置氢燃料生产、TiO2光催化的许多其他潜在使用已是经可识别的，像无毒的污水，消毒，如亲水自洁，消除无机有机气态污染物的反应和患的有机燃料的综合 [10-12]。

不幸的是，TiO2 并不适用于所有目的和每个形式而是差在太阳能光催化与关联的进程。原则上，TiO2 可以利用其中太阳能照射地球是表面及其宽带隙的不超过 5%（3–3.2 eV)。在过去十年，一直致力于修改 TiO2，包括能量调制掺杂元素如 [

13、14] N、C和S，拖延异质结的建设相结合 TiO2和金属铂、钯或其他半导体等此类的像NiO、RuO2、WO3 或 Cd，[15-17]再加入一些微小的原子，TiO2 表面的量子染料以及更好地轻宣传。[18-21] 同时，使用常规半导体货量 SrTiO3 [22,23] 和 WO3 [24] 在光催化一直在寻找替代物 TiO2 可能的选择。在过去十年，尽最大努力已被作为新型的光催化材料，包括铌、钽电照片功能材料及其应用和发芽，他们加入+ d0 或 d10 电子对，如 In3 + Ga3 +、Sb5 +、Bi5 +、银等阳离子。[25-36]这些新型半导体证明是其中最成功的光催化剂。

例如，NiOx/In1-x NixTaO4 是第一个被发现催化整体水光解下可见光解释的燃料。[35]作为替代材料可见太阳能光催化氮化物和氧化物（CdS、Ta3N5 和从不走调是最有前途的例子)的材料已经进入令人研究阶段。[37] 除了经典半导体，聚合物 C3N4 是氢的最近可识别的，作为新的光催化载体生产的在水中可见的光。[38]

经过在上世纪 80 年代和 90 年代活动较少的时间，科学和工程项目的观点的光催化研究兴趣发展迅猛。这是纳米技术的快速发展很大程度上归结于它具有的先进的特征，如透射电镜、EELS和 XPS，其中提供巨大的机会，以实现的光催化技术预期潜力。经过过去的四十多年来的不懈努力，取得在半导体半导体光催化显著进展。商业光催化的产品，包括空气自净和自洁窗户，已经成为市场上的一个数字。但是，为其他重要应用程序文正制氢和光电太阳能电池的有机燃料或制造等，很多的发展思路仍之前需要商业化是可能的。1.3 主要挑战机遇

我们已经看到的纳米材料已成为新型的光催化和代表了这一领域当前的大多数帐户。纳米材料可以提供表面积大、丰富的表面状态、不同形貌和简单的仪器的模型，所有这些都是属性归结于光催化。在近年来，重要的发展已经在纳米材料领域取得了。[39-49]不过，纳米材料，尤其是在太阳能光催化必须得到提高，以满足工程需要。再者，稳定性和这些材料的成本应还仔细考虑。因此是一大重要凹槽，找出并设计半导体新材料是必要，稳定和丰富的挑战。

第一个属性相关的光催化活性是一个半导体的其能量带的产生，而阻止地雷事件光子、光量子的电子-空穴对，迁移的运营商和在修复的能力对激发态的电子和空穴的吸收。[50] 因此，能源带工程是窗户的半导体光催化剂制备的一个基本方面。当作常规的吸收，直接和窄带隙的半导体更有可能展示高吸收，因此是适合有效的低能量的光子的收获。不过，经常符合所需带有电子化学潜在的触发器特殊的氧化还原反应(如图二)。这些结合概率高的光电子-空穴对，在这些类型的半导体和乐队的合作。间接带隙半导体的事实，但他们 TiO2 和 WO3 等一些知名制氢展示突然发病的吸收像直接带隙的半导体的职权范围。为了调节带隙和边带位置精确的方式，这两种掺杂和固态解决方案战略已经广泛的不同元素调查和应用。[51–57]此外，颗粒电子半导体纳米晶有最近发现并且有效地在能源带重建和禁带变窄起作用。[58,59]利用有效的入射光子半导体光催化材料可以进一步改善比能量带工程，例如提高面向光致敏的量子点，列入光电子[60] 等离子体激子耦合锚的贵金属纳米粒子在复合催化剂上与主机半导体、[61] 和半导体光子晶体中的光复合。[62]

图2

另一个关键问题包括半导体光催化的能力在其表面/接口具有的化学性质。表面能源和化学吸附性能扮演重要的角色，在物质界面之间转移电子与能源，在执政的选择性与过电位的氧化还原反应在光触媒边缘上，以及确定光量子载体对照片腐蚀的易感性。[63,64] 通常，较高的表面能量收益较高的催化活性。最近，很多机构已经把目标集中在半导体晶体上，以便提供的高度大的百分比的研究重点。[65–67]故意编造这种材料受到照射晶体的热力学增长机制的尝试。选择性吸收的聚合物或离子在更高的能源方面用以抑制其轴的增速。在这种方式，有可能增特殊材料的表面具有更高的能量，将近100%的的能量。

尽管获得了重要的见解，在光催化的机制的影响都还不知道的很详细。这种目标的满足需要诸如电子的结构计算和分子动力学的捷联惯组半导体的帮助下进行理论研究。事实上，光催化理论研究通过实验工作，有了很显著的进步。上述的计算过程方法需要对光催化有一定程度的了解。计算结果获得然后提高价格水平的这种认识和指导对光催化材料和才能的有实际的改进。

近年来，出现了大量的文学评论，处理不同主题的光催化股票挂鈎存款等为基本原则，[68,69] 表面/接口光化学过程，[70] 环境治理、[71,72] 水 [75,76] [73,74] 材料的开发、光解和光合作用。[12,77]在这里我们超越上述审查和关注的范围的设计和制造的先进的光催化工控机能源带工程（第2 节）、纳米技术(第3 和 4 节)，和现代理论模拟和计算(第5 节)。在检讨中，我们提供调查的实验与理论，主要最近取得的成就和突出的途径和重要的影在环境可以接受的可见光和太阳能应用的发展方面的重要性。

2．能源带工程

能源带指出半导体的扮演着重要的角色，在对光线的吸收和在确定氧化还原电位。目的而有效地利用太阳能，能源带工程代表有效途径小道的勘探与开发可见光敏感光催化剂具有先进的性能。为了缩小范围扩大吸收光在的可见区域的半导体的分割带中，三种方法已广泛的应用到:(I)修正VB、(二)调整 CB 和(III)连续调制的 VB 或 CB(见图 3)

图3 2.1.调制的VB

大多数氧化物半导体中，CB 极小值（而不是钠氢交换体)在 H2O中减潜力比明显是消极的，但是 VB 极大值在在水氧化（而不是钠氢交换体中起着重要的积极作用。因此，为材料稳定性的考虑，提高 VB以减少带隙带来的对能量带的其他的弊端。在过去的几十年中，扩大的影响已经被应用到调整VB的水平中。三种方式已被证明是最有效的，涉及活泼的3d 过渡元素，包括d10 或 d10的阳离子和非金属元素。

在早期的研究中，敏感的 TiO2 可见光，因为有活泼的3d 过渡元素而吸引了相当大的注意。[78–82]理论研究基于从头带结构的计算文正显示本地化的 3d 水平转向增加掺杂低能量的原子数目。因此，生产 3d 的国家可以到原始的带隙混合的 CB 或 VB，并在某些情况下可以装换成新的带区。[83,84] 如果还考虑到不同化学价键和自旋态，电子结构变得更为复杂。邹和同事报告了 In1-xNixTaO4（x = 0–0.2），开拓一例兴奋剂 3d-过渡金属氧化物。[35,85] 这种材料已被用作为催化剂，将NiOy 或 RuO2加入复合催化剂，满载时螺丝钉整体水在可见光照射下分裂。出现量子的有效率达到 0.66%，已经得到了 NiOy/In0.9Ni0.1TaO4 的入射波长 λ = 402 nm。如何过掺杂 3d 过渡元素可以有两个关键的不利因素，限制其适用性。首先，有不同化学价的外来元素介绍相当大的体缺陷，并因此增加重组照片产生电子-空穴对的概率。第二，本地化的价态电子结构取消迁移的运营商。

因为有极少数的方法来修改电子的结构简单的金属氧化物，作为多金属氧化物像 Ag +-、Pb2 +-，和 Bi3 +-[25，27-29, 86–91] 基于的化合物在过去十年吸引了越来越大的兴趣。在这些氧化物中，d10 或 d10s2 电子配置能与阳离子引入被占领的 d 或 s 国这些 d/s 国，杂交的 O 2 p 国家有助于向上移的 VB 顶的 VB，因此收窄带隙。一个典型的例子是基于双光触媒 CaBi2O4、夫妻店分解气体乙醛和降低可见光照射下溶液中的亚甲蓝(MB)。[29] Ef 环城次生化合物的 CaBi2O4 可以归因于其电子结构，包括双 6 p 国家在 CB 和杂交化国家来自 O 2 p 和双 6s 水平在 VB。协议-ingly、CaBi2O4 均有凸起的 VB 最大使狭窄去变得敏感，可见光的带隙的充分性。此外，参与的 Bi 6s 国家重要的分散VB，便于迁移的孔。同样，银 +-基于和 Pb2 +-基于氧化物如 AgNbO3 也对光敏可见光有影响，由于对被占领的 Ag 4d或者Pb 还制定了顶部的相同的策略，一大批新可见光敏感光催化剂泰宁铜 + 和 Sn2 + VB。基于 Pb 6s 国家。[92–95] 用于提高 VB 最大的其他战略是介绍警惕不同阴离子 O 的网站上。例如，已广泛调查 TiO2 已经掺杂 N、C、B 和 S 和这些材料的光催化适当的关系。[13，96–98]但是，只有有限的光吸收的增强至今尚未取得成功。N-兴奋剂，光吸收边缘保持中的非掺杂材料几乎相同。掺杂C、B 和 S 窄带隙小于 0.3 eV.然而，关键是扩展名的可见光吸收通过阴离子的兴奋剂仍事一个巨大的挑战。Et al.李报告表明分层结构和质子酸性的层状固体酸性能提供的扩散通道和强烈吸收网站论坛氮源，允许增加的兴奋剂 N，在图 4 中看到的。[56,99,100] 在典型的示例中所示，浅显的固态反应以尿素为氮源准许浅显的HNb3O8掺氮，而不破坏它的分层的结构。这一过程产生了 0.8 eV 减少带隙和吸收边缘80 nm 的区转移。在可见光放射下，掺杂N HNb3O8.在商业 TiO2(P25）以及 N 掺杂的 Nb2O5 和 TiO2的样品中，显示优越的催化活性。[56] 对于一些简单的氧化物和金属氧化物，晶体结构被破坏时所占的比例取代阴离子超过其公差；然后及氮氧化物、硫氧化物或氧卤转化开始，[101–105] 它可以促使可见光吸收，并且增加了他的重要性。Hitoki 和他的工作发明了TaON来说明这种效果。与 Ta2O5 相比，从不走调展品窄带隙 2.5 电动汽车和吸收边缘就是红移的 170 nm。[101] 下可见光 irra-辐射，从不走调分别启用 H2 和 O2，从甲醇和 AgNO3 的解决方案，有效的进化论。及氮氧化物等的像LaTiON、硫氧化物如 Sm2Ti2S2O5 和氧卤素像BiOX（X = Br，I)[102–105] 可以也可以有效地收获可见光和展示高水分裂状况和有机污染物降解的光催化活性比其氧化前的象限。这些非金属元素中，S 可以经常完全的代替O，将氧化物转化为硫化物，因为O和S都属于可以通过的行列。一系列的硫化物已报告，包括硫化镉，AgInZn7S9，ZnIn2S4，比其氧化类似物等等，[106–109]比可见光吸收的效果要好。这些硫化物，因此表现出高的光催化活性的可见光线照射下的Na2S Na2SO3 水溶液中的 H2 变迁。

图4 2.2.调整传导领域

虽然VB 的调节是一般的高优先级、CB 的水平与生成H2O 和 O2 能力密切相关，因此也应该得到重视。当 CB 是在适当的级别时，在 CB 体系电极可以减少 H +，以便于生产 H2或者形成高度氧化等原因的O2，和分解各自应用水和有机污染物的消除自由基的 O2。应当指出的是，CB 的价格水平可以确定进行反应的过程是否有效和有效地过程是如何的。因此，调节 CB 应认真执行。

替代的碱金属或碱土金属的元素，由低绕表中的元素被认为是有效的降低CB 的最小值。[110–117]佐藤 et al.已经系统地调查这一思想的实效性，在有机污染物和锑酸盐的领域，如 AInO2（A = Li Na），和 CaSb2O6。NaSbO3，MIn2O4(M = Ca，Sr)，M2Sb2O7(M = Ca，Sr)，[ 113–116]这些研究有助于提供洞察光催化布鲁斯整体水分裂的晶体结构和承继结构的作用。

P-块阳离子与 d10 电子组态也可以为操纵CB 的水平做出贡献。例如，邹和他的同事在 Bi2MNbO7中纳入 IIIa元素(M = 铝，Ga，）且操纵这些替代的电子结构的影响和光催化活性对化合物分解水的影响。[118] 这些光催化剂是几乎 UV-活性，因为大多数 s 和 sp 说明是碱金属元素，碱土金属元素和 IIIa 组元素是显著地对水的生成有消极的影响（而不是钠氢交换体)。因此，如 Ag2O、Fe2O3 和 Cu2O 窄带隙氧化物的组合使这些元素很可能帮助可见光敏感光催化剂的发展。欧阳和同事编造四个多晶样品，他们是α 和 β-AgMO2(M = 铝，概，In)来研究他们的光物理和光催化的适当的关系。[26] 如图 5A 所示，以α AgMO2(M = 铝，遗传算法，在）为例，电子结构计算提供收窄带隙为禁止在系统中发生提供了一个合理的解释。当M不同的时候Al，Ga，In也不同。CBs主要由Ag 5s5p和 M sp部分构成的，而所有的VBs都是由Ag 4d和O 2p部分组成的。这将导致 VBs 具有相同的能力，但 CBs与M不同。它表明一个较低的 CB 最低增加吸收可见光，但减少潜在的。整体效果是异丙醇的光降解，就是展示α-AgGaO2的最高级的活性活动（IPA）（图 5B，C）。此外，比较研究α-AgGaO2 和β AgGaO2澄清电子结构和光催化性能的对晶体领域的影响。最近，Yi et.al进行调查非金属元素Ag3PO4 光触媒，发现3s3p领域的非金属元素P可以用来调整相对低洼的 Ag2O中的 CB 正磷酸盐。Ag3PO4样品展示了极高的从水中光氧化O2的能力，以及有机染料在可见光照射下的代数的演变。在可见光区域 400–480 nm 范围内，可出现的量子的效率达 80%以上。[119]

篇3：光催化国际会议演讲稿

g-C3N4中的载流子在输运过程中电子空穴对快速复合,导致在可见光下的光催化性能下降[7]。通过贵金属和光催化剂复合可以改变体系中的电子分布,影响催化剂的表面性质,促进电子空穴对的分离进而改善其光催化性能[9,10,11,12]。邹志刚教授研究组研究了金属负载g-C3N4,结果显示金属与碳氮化合物的复合体系显著提高了可见光光催化效率[7,13]。在贵金属改性中,Ag表面沉积改性环境兼容性较好、成本较低,所以Ag的表面改性研究较多[7,14,15]。但是,以往的研究中Ag的沉积量较小(Ag wt.%<3%),较高Ag沉积量对g-C3N4结构与催化性能之间关系影响的系统研究还未见报道[7,14,15]。本研究主要采用简单的热分解方法系统地研究了较大Ag的含量(Ag wt.%>3%)对g-C3N4的结构及光催化性能的影响。

1 实验部分

1.1 样品的制备

将40g尿素(AR,国药集团化学试剂有限公司)置于半密闭的氧化铝坩埚中,放于马沸炉中以10℃/min升温至600℃并保温30min,自然冷却退至室温制得g-C3N4,通过控制AgNO3:g-C3N4的质量比,在460℃加热1h,制得具有不同Ag载量的Ag/g-C3N4复合材料。当质量比AgNO3:g-C3N4=0,0.05,0.1,0.2和0.3时,制得样品A(0)、B(5)、C(10)、D(20)、E(30)。

1.2 样品的性能及表征

用X射线衍射仪(DX-2700,丹东方圆仪器有限公司)表征样品的相组成,石墨晶体单色器,Cu靶,管电压35kV,管电流30mA,2θ角的扫描范围为10~70°。采用美国尼高力公司的AVATAR360型傅里叶变换红外光谱测试仪对样品结构进行分析,扫描波段为4000-500cm-1。光吸收性质用BaSO4(分析纯)作为参比,利用紫外-可见光谱仪(Varian Cary 5000)测定。本研究所采用的荧光光谱仪是Fluorolog Tau-3型,激发波长为388nm。

1.3 光催化性能测试

通过在可见光下降解罗丹明B来评估光催化性能。以300W的氙灯为光源,利用420nm截止滤光片得到可见光。光催化反应是把0.1g的粉末样品悬浮在100mL的5mg/L的罗丹明B溶液中,室温下均匀搅拌,暗反应30min,以确保达到吸附/脱附平衡,然后开始光照。在实验过程中,每隔一定时间取2ml的液体样品,过滤,然后取清液用UV-Vis光谱进行分析测定。通过记录在554nm附近的特征吸收值来检测RhB的浓度。

2 结果与讨论

2.1 样品的XRD分析

图1(a)为硝酸银与碳氮化合物在不同混合比下加热制取的Ag/g-C3N4复合物的XRD谱图,A(0)样品在2θ=27.4°处出现了g-C3N4(002)晶面的强衍射峰,此峰是由芳香族层间堆叠形成;样品中位于2θ=13.2°的峰为g-C3N4的(100)面的峰[16]。而且我们还可以看到除了A(0)外,所有样品中均看到银的(111)峰,随着硝酸银在反应物中加入量的增加,银的(111)峰逐渐增强,并陆续出现了对应金属银的(200)、(220)峰,这说明形成的复合物中银复合量较以前报道的高[14,15]。理论计算得出样品B(5)、C(10)、D(20)、E(30)中银含量分别约为3%、6%、11%、16%。从图1(b)中可以看出随着银复合量的增加,样品中银(111)峰强度增强,然而g-C3N4的(002)衍射峰强度逐渐减弱,这说明银量的增加影响石墨相碳氮化合物晶体结晶度。当Ag的含量为16%时,其峰强度增加明显,半高宽变小,出现较大的Ag颗粒,这暗示着这个样品中的Ag分散性变差,这将不利于光催化性能的提高。

2.2 FT-IR分析

图2为不同样品的FT-IR谱,所有样品的红外光谱基本与g-C3N4相同[17,18]。其中3000-3300cm-1的宽吸收峰对应于N-H伸缩振动和O-H振动峰,这也许是由少量未完全分解的尿素和吸附水共同作用造成的[19];1200-1700cm-1范围内有一系列较强的吸收峰,这些峰是C3N4网状结构中芳香族杂环的特征峰,其中在中频区的1636cm-1、1317cm-1的吸收峰分别对应于杂环或共轭环中的C=N、C-N振动吸收[20],而1571cm-1为C=C的振动吸收[21];此外,810cm-1处的吸收峰对应环的弯曲振动峰[22]。在碳氮杂环区,基本相同的特征峰说明银仅沉积在碳氮化合物表面,并未进入晶格内部与其他元素形成新键[14]。特别注意的是在Ag/g-C3N4红外吸收谱中出现了2160cm-1峰,此峰属于C≡N的峰[23,24]。这应该是由于银的加入使某些sp2杂化的C-N单键被新形成的C≡N所替代,破坏了部分碳氮杂环。然而随着银复合量的增加,C(10)、D(20)、E(30)样品的2160cm-1峰强并没有变化,这与叶[25]在Zn/g-C3N4实验中当锌量增加时C≡N的峰增强出现的情况有所不同,这说明随着银量的增加并没有进一步地破坏三嗪环的结构。从FTIR谱图可以看出g-C3N4的三嗪环在复合物中只是部分被破坏,但仍然保持着g-C3N4的基本结构,不同银复合量的红外图谱基本一样。这些现象与XRD分析结果一致,这说明我们成功制备出了g-C3N4及Ag/g-C3N4复合物。

2.3 紫外-可见光谱和荧光光谱分析

为表征样品的光学吸收性质,测定了其吸收谱如图3。由于各样品的吸收基本相同,所以仅取A(0)、B(5)、E(30)样品的吸收谱,从图中可以看出各样品吸收边都在可见光区。

图4为样品的荧光光谱,与纯的g-C3N4相比,Ag/g-C3N4复合物的荧光强度显著下降,说明负载在g-C3N4表面上的银抑制了光激发产生的电子空穴对的复合,这将会有利于光催化效率的提高。而且从插图中可以清晰看出随着银复合量的增加荧光强度先降低后增加,也许这是E(30)样品银复合量太高可能对g-C3N4的晶体结构影响相对较大,结晶质量变差,在晶体中产生较多的缺陷而使电子空穴对的复合增加导致的结果。所以选择适当的银复合量是提高Ag/g-C3N4光催化性能的一个关键因素。

2.4 Ag/g-C3N4的可见光光催化性能

通过可见光下的RhB降解实验评价样品的光催化性能。各样品的降解率随时间的变化如图5(a)所示,为了更加直观表明样品的光催化性能及更好的理解其降解的反应动力学,应用一级动力学速率方程(1)拟合计算出光催化反应速率常数k,如图5(b)所示。

在所制备的样品中,B(5)样品降解罗丹明B的活性最高,这是由于负载于g-C3N4表面的金属银费米能级较低,使gC3N4表面上光激发产生的电子转移到金属银上,形成肖特基势垒,成为电子俘获陷阱,从而阻止光生电子与空穴的复合,使参加催化反应的有效电子空穴对增加,起到提高光催化性能的作用[10,26]。从XRD图谱上我们看到C(10)、D(20)、E(30)样品结晶质量下降较大,在红外谱中除B(5)样品外其余3种复合物在2160cm-1位置上的C≡N峰均较强,这说明样品C(10)、D(20)、E(30)结构破坏较B(5)样品严重,也许这是样品C(10)、D(20)效率提高并不明显,甚至E(30)催化活性下降的最重要的原因,另一原因可能是过量沉积的金属银可能做为复合中心存在,同时过多占用g-C3N4表面活性位,降低催化剂的吸附能力,从而共同导致C(10)、D(20)、E(30)复合物的催化效率下降。

3 结论

通过加热法制备了g-C3N4和Ag/g-C3N4。与g-C3N4相比,载银量为3%的Ag/g-C3N4复合物有效地提高了可见光光催化活性,负载的银与碳氮化合物接触形成的电子俘获陷阱阻止光生电子与空穴的复合是提高催化性能的重要原因。较高的银复合量对g-C3N4结晶质量及结构有较大影响,进而会降低复合催化剂的催化性能。

摘要：通过加热AgNO3与g-C3N4成功制备了Ag/g-C3N4复合光催化材料。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析热解产物的物相和结构,采用紫外-可见吸收光谱和光致发光谱(PL)表征样品的光吸收和荧光性质。以罗丹明B为模型污染物,评价样品的可见光(λ≥420nm)光催化性能。结果表明:与纯g-C3N4相比,3%载银量的Ag/g-C3N4复合光催化材料在可见光下降解罗丹明B的光催化性能最好。分析表明Ag与g-C3N4的协同作用抑制光致电子空穴对的复合是光催化性能提高的主要原因。

篇4：光催化氧化

规模化、集约化的畜禽养殖业得以迅猛发展，已成为我国农村

经济的重要组成部分。但是禽畜养殖业大力发展所带来的环境

污染问题也日益严重，它不仅影响经济发展，而且还危及生态

安全，已成为人们普遍关注的社会问题。目前，我国每年约产

生畜禽粪便45亿吨，其化学需氧量（COD）远远超过我国工业

废水和生活污水之和。畜禽养殖污染已成为继工业污染、生活

污染之后的第三大污染源，成为我市农村污染的主要原因之

一。因此，为有效减少畜禽养殖废水对环境的污染，保证我市

畜禽养殖业的稳步健康发展，因地制宜地研究开发畜禽废水高

效、低成本的处理技术迫在眉睫。

Ti02作为光催化剂，因具有高活性、安全性、廉价和无污

染等特点而成为最具有前途的绿色环保型催化剂之一，而竹炭

具有均匀的微孔及稳定的骨架结构，比表面积相当丰富，且来

源丰富、价格低廉，具有很好的离子交换吸附性能。将Ti02负

载与竹炭载体上，通过吸附所提供的高浓度环境来提高Ti02的

光催化活性。利用竹炭作载体的负载型Ti02光催化复合材料研

究甚少，而其易分解、便于回收、可循环使用的优点，对环境

保护和节能具有极其重要的意义。

一、实验

1.主要的仪器和试剂：PHS-3CT型数字pH计；8411A电动

振筛机；集热式恒温磁力加热搅拌器；箱式电阻炉；COD快速

测定仪；HH-4恒温水浴锅。钛酸四正丁酯（CP）；无水乙醇

（AR）；冰乙酸（AR）；硝酸（AR）；氢氧化钠（AR）；竹炭。

2.Ti02/竹炭复合材料的制备：竹炭预处理：经8411A型

电动振筛机选出60目的竹炭用稀酸浸泡6h后，再用自来水和蒸

馏水进行反复洗涤，烘干备用。溶胶凝胶法制备Ti02/竹炭复

合材料：移取35mL无水乙醇于锥形瓶中，再加入20mL钛酸四正

丁酯和5mL冰醋酸，在60℃下搅拌10～20min，得到溶液A。量

取20mL无水乙醇和2mL蒸馏水混合，用0.06mol/L的HN03溶液调

节其pH为2.7，得到溶液B。将溶液A与一定量竹炭混合，磁力

搅拌1h，在继续搅拌下于20～30min内滴加完溶液B，并继续搅

拌，直至成为凝胶。然后在120℃下烘干4h，转移到坩埚中并

在一定温度下绝氧烧结。冷却后取出，用蒸馏水洗涤、抽滤、

烘干，得到Ti02/竹炭复合材料。

3.Ti02/竹炭复合材料和Ti02对养殖废水中COD降解的

实验：采用单一变量法进行实验。量取一定量的养殖废水于

100mL的烧杯中，然后废水的pH值和温度调到一定值，称取一

定量的材料加入废水中，在可见光的条件下，静置一段时间后

过滤，用COD快速测定仪测定滤液的COD。

二、结果

1.竹炭的粒径对复合材料处理养殖废水性能的影响。分别量取废水

25mL于6个100mL的小烧杯中，调节废水的pH为2.0，分别称取在600℃焙

烧的不同粒径的复合材料1.5g，加入烧杯中，在温度为30℃的恒温槽中

反应30min，然后再测处理后废水中的COD。得到Ti02/竹炭复合材料中竹

炭的不同粒径与废水中COD降低率的关系。

2.Ti02百分含量对复合材料催化性能的影响。分别量取废水25mL于

5个100mL的小烧杯中，调节废水的pH为2.0，分别称取在600℃焙烧的不

同Ti02含量的复合材料1.5g，加入烧杯中，在温度为30℃的恒温槽中反

应30min，然后再测处理后废水中的COD。得到不同Ti02含量的復合材料

与废水中COD降低率的关系。

3.pH值对材料处理养殖废水性能的影响。分别称取1.5g的Ti02和复

合材料各7份，加入25.00mLpH值分别为1、2、3、5、7、8、9废水中，在

30℃的恒温槽中反应30min后，再测处理后废水中的COD。得到废水的pH

与废水中COD降低率的关系。

4.废水温度对材料处理养殖废水性能的影响。分别称取1.5gTi02和

复合材料各4份，加入25.00mL温度分别为25℃、30℃、35℃、40℃废水

中，在pH=2.0的情况下，反应30min后，然后再测处理后废水中的COD。

得到废水温度与废水中COD降低率的关系。

5.反应时间对材料处理养殖废水性能的影响。分别称取1.5gTi02和

复合材料各8份，分别加入25.00mL的废水中，反应时间分别为10min、

20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min，在pH=2.0，温度恒

为30℃的情况下，测定不同反应时间对复合材料性能的影响。反应结束

后，再测处理后废水中的COD。得到反应时间与废水中COD降低率的关系。

6.材料用量对废水COD降低率的影响。分别称取Ti02和Ti02/竹炭

复合材料的量各为0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g，分别

加入25.00mL的废水中、反应时间为30min、废水的为pH=2.0、反应温度

恒为30℃，测定经过不同材料用量处理后的废水中COD降低率的影响。

反应结束后，再测处理后废水中的COD。得到材料用量与废水中COD降

低率的关系。

三、结论

1.采用溶胶一凝胶法制备的竹炭粒径为60目、Ti02的百分含量为

48.35%的复合材料经过600℃绝氧烧结后，比未负载竹炭的Ti02对养殖废

水具有更好的光催化活性。

2.与养殖废水中有机物降解有关的因素有：复合材料中Ti02的百分

含量、构成复合材料中竹炭的粒径、材料的用量、废水的温度、废水的

pH值、反应时间等。

3.材料的用量为2.0～2.5g左右、废水的温度为30℃、废水的pH值

为2.0、反应时间为60min左右时，复合材料和二氧化钛处理处理养殖废

水的效果最佳。

4.经过复合材料处理后的废水均可达国家排放标准，而经过二氧化

钛处理过的废水虽能达标排放，但对废水中COD的降低率比复合材料的

差，且费用高。因此复合材料在处理废水中的cOD比二氧化钛更优越。

可以在实际中广泛应用。

（作者单位：福建龙岩市第四中学）

篇5：半导体光催化

二、其中半导体作为催化剂在光催化领域中有广泛的应用。1尹立松，沈辉综述了二氧化钛光催化研究的国内外进展及其发展概况，一方面之处作为催化剂用的二氧化钛应摈弃使用高中压汞灯、强紫外灯作为催化光源而直接利用太阳能。另一方面，要提高光催化反应速率和提高反应效率。2武荣国、司民真对二氧化钛光催化原理、制备方法、对有机污染物处理研究现状、影响二氧化钛光催化因素等六个方面综述说明二氧化钛光催化在废水有机污染物处理中的应用前景。3孙晓军、蔡伟民介绍了近年来国内外二氧化钛 (TiO2 )半导体光催化技术的研究进展 ,主要涉及TiO2 光催化氧化机理、高活性TiO2 光催化剂的制备与改性、

4TiO2 担载及该技术在环境保护中的应用等方面的研究。张卫华、李晓彤等人研究了有关

要影响二氧化钛光催化效率的研究，并对提高其光催化效率的方法进行了综述。5王文中, 尚萌, 尹文宗, 任佳, 周林概述了 Bi2WO6、BiVO4和 Bi2MoO6三种常见的含铋复合氧化物可见光催化材料体系的近期研究进展.通过合成方法的优选、晶粒成核和生长的调节,实现晶粒尺寸、形貌、结晶度等微结构的控制,从而获得小尺寸、高表面积的光催化材料, 无论是在有机染料、苯酚和乙醛等多种模拟污染物的矿化, 还是抗菌等方面, 它们皆呈现出优秀的可见光催化性能.通过进一步发展, 含铋复合氧化物有望实现在环境净化领域的应用.6汪多仁研究了二氧化钛光催化降解农药的性能、生产的主要技术路线与最佳的操作条件及有关进展情况，对现工业化运行的主要二氧化钛光催化降解农药生产工艺的技术特点进行了具体的分析和总结，并阐述了国内外研究开发的现状与发展趋势，并探讨了扩大应用范围的前景与市场的需求。7肖信、张伟德分析了半导体光催化剂和碳纳米管的特点，总结了碳纳米管增强半导体光催化的机理。然后分别从复合材料制备方法、复合半导体种类和典型的应用三个不同的角度，归纳总结近年来碳纳米管/半导体管复合材料光催化的研究进展，最后对其发展趋势作了展望。

潘力军、金银龙介绍了饮用水有机污染物的现状、来源及其对健康的影响。综述了二氧化钛光催化技术降解饮用水中天然有机物、人工合成有机物和消毒副产物的最新研究进展。9王跃指出银基微纳米半导体在可见光辐射下表现出良好的光催化性能。10刘宗国、刘先平分为两种类型阐述了已报道的用于光催化分解水制氢反应的二元半导体第一文库网体系。一种为将两种半导体复合为一体;另一种为将两种半导体分散加到光催化反应液中z型体系。并分析了z型体系的优缺点，指出对于z型体系的放氢催化剂和放氧催化剂也可以分别进行二元复合改性，以抑制光激发载流子的复合，提高整个体系的光催化效率。11粱智研究单斜相BiVO4纳米粉体的软化学制备工艺及其可见光下的光催化性能,分析不同的反应条件对产物物相组

12 成、微观形貌及光催化性能的影响。施章宏、刘斌、窦天军、黄鹤翔采取N过量,改变Sm

浓度的方式,借助于溶胶-凝胶法成功制备了稀土金属Sm和无机非金属N有机结合的Sm-N-TiO2样品。研究了Sm掺杂对N-TiO2光催化剂的结构、光吸收和光催化活性的影响,并对甲基橙溶液进行降解实验。结果表明,制备的Sm-N-TiO2与未掺Sm的N-TiO2相比有较高的

13光催化活性。掺杂1.0%(摩尔分数)Sm,650℃焙烧4h条件下得到的样品性能最佳。张磊、杨

国锐、常薇、延卫通过静电纺丝和水热法联用成功制备了ZnxCd1-xS/TiO2核壳纳米纤维。8

利用XRD、SEM、UV-vis、EDS、BET对样品结构等进行了表征。结果表明,在TiO2纳米纤维表面生长了一层致密的ZnxCd1-xS纳米颗粒,形成ZnxCd1-xS/TiO2核壳型异质复合材料,且其光催化活性均比纯TiO2纳米纤维高。通过调节水热温度,可以控制ZnxCd1-xS表面形貌和x值。当水热温度为200℃时,x值最大,材料光催化活性最高。陈晶玲、操小鑫、陈亦琳、高碧芬、林碧洲采用NH3-H2气氛两步热处理法制备氮掺杂氧缺陷TiO2,用X射线粉末衍射、N2吸附BET法、X射线光电子能谱、元素分析、电子自旋共振谱、紫外可见漫反射光谱和荧光光谱等技术对样品的晶相结构、表面化学状态、氮含量、氧缺陷位种类及含量、光吸收性能和光生载流子的分离效率等性质进行了表征,研究了H2气氛中不同热处理时间对催化剂性能的影响和催化剂样品在可见光(λ>400 nm)条件下的光催化氧化能力。结果表明,掺氮TiO2催化剂经H2热处理1 h后具有较好的`可见光催化活性,对苯的转化率和矿化率分别为66.8%和47.5%,其降解效率高于单掺杂催化剂活性的总和,双掺杂光催化剂活性的提高与14氮杂质氧缺陷双光活性中心的协同增强作用有关。张文莉、戴飞、陈欣、蒋银花、郭雷群以钛酸正丁酯和硝酸铁为原料,纳米碳球为硬模板剂采用低温回流-煅烧法成功制备了不同比例的Fe3+/TiO2纳米空心球。采用FE-SEM、TEM、XRD,UV-Vis及EDS对制得的样品进行表征。FE-SEM和TEM结果表明,制得样品均为空心球结构,其中Fe3+掺杂后空心球的壁厚有所增加。UV-Vis光谱表明,Fe3+掺杂的TiO2样品对可见光的响应明显增强。以阳离子蓝为目标污染物进行可见光催化降解,试验结果表明,Fe3+/Ti4+摩尔比为0.5:100时,样品的光催化效果最好,降解效率达到83.2%,是TiO2空心球降解效率的4.16倍，降解反应符合1级动力学方程。 15

迄今为止，光化学、光催化以及催化化学式目前在化学学科中最活跃的研究领域之一，特别是光催化领域。利用半导体光催化剂是把光能转化为电能和化学能，成为最热门的研究之

一。而且最近几年来，利用纳米二氧化钛光催化剂成膜后的超亲水性和光催化活性研制开发具有自清洁和光催化性能的纳米光催化膜功能材料，给纳米光催化技术的基础研究和开发应用注入了新的活力。使纳米光催化成为近年国际上最活跃的研究领域之一。一个以纳米光催化技术为核心的高新技术产业正在逐步形成，并且二氧化钛光催化剂因其高活性、低成本、稳定性好而引起人们极大的重视，使光催化的研究进入一个崭新的阶段。但是现在也有相应问题值得我们去探讨如：在光催化领域量子效率比较低，我们如何提高光催化中的量子效率我们可以对二氧化钛进行改性其中相应的措施有(1)改变催化剂的尺寸(2)与贵金属复合当然我们也可以积极寻找禁带更窄的催化剂材料。

三、参考文献

[1]尹立松，沈辉. 二氧化钛光催化研究进展及应用[D].中南大学信息院，中科院广州能源研究所，,，12(14);23 - 25

[2]武荣国，司民真.二氧化钛光催化及其在废水有机污染物处理中的应用展望[J].楚雄师专学报，，3(16):51-54

[3]孙晓军，蔡伟民.二氧化钛半导体光催化技术研究进展[D].哈尔滨大学学报，2001,4

(33):535-539

[4]张卫华，李晓彤，徐松，王卫东，徐洪军，李忠义.二氧化钛光催化效率影响因素的研究

[D] 吉林化工学院学报，,2(26):44-49

[5]王文中, 尚萌,尹文宗,任佳, 周林 .含铋复合氧化物可见光催化材料研究进展[J]无机材料学报，,1(27):12-18

[6]汪多仁,二氧化钛光催化降解农药的开发与应用进展[J]精油化工原料及中间体，， 12:33-38

[7]肖信，张伟德.碳纳米管/半导体复合材料光催化研究进展[J].化学进展，2011，4

(23):658-667

[8]潘力军，金银龙.二氧化钛光催化降解饮用水有机污染物的研究进展[D].环境与健康杂志， 2012,3(29):284-287