光催化性能研究

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光催化性能研究相关的耗材

  • 光源配件光纤
    光的传播方向是直线,为了解决入射光线的柔性传导问题,光纤应运而生。 光纤是一种利用全反射原理制成的光传导工具,通过光纤可以实现复杂角度下的照射。 在一般的光催化实验中,光源需正对反应器的光窗。然而,在一些特异性光催化实验中,受制于反应器形状和实验室空间,光源不便于放置在距离反应器较近的位置,需要将光源发出的光通过光纤改变方向后射入反应器。 光纤的种类很多,根据光纤材质不同,相应的功能和性能也有所差异。 在光催化等相关研究领域中,最常用的光纤是石英光纤和液芯光纤。 液芯光纤采用液体材料作为芯料、聚合物材料作为皮层管,具有大芯径、光谱传输范围广、传光效率高等特点,尤其是在紫外光波段比普通的石英传光束具有较好的传光效率。 石英光纤的芯层为石英材质,多为石英光纤束,由直径为Φ0.2 mm的单丝集束而成。 氙灯光源加装(a)石英光纤和(b)液芯光纤前后光谱对比本文素材来源:https://www.perfectlight.cn/Product/detail/id/102.html想要知道“什么是光纤,光催化实验用光纤如何选择?”请点击https://www.perfectlight.cn/Home/News/detail/id/107.html
  • 电催化剂
    利用清华大学在燃料电池领域多年的技术积累,现已成功开发出可量产化并具有高性能、低成本、长寿命的燃料电池Pt/C催化剂。可按客户需求定制不同Pt、C比,不同载体的Pt/C催化剂。用途:氢气、甲醇、天然气等燃料的电催化氧化;氧气、空气、H2O2等氧化剂的电催化还原 用于质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、金属空气燃料电池、化学传感器等能量转换与传感器设备的电催化。技术特点:Pt/C催化剂的Pt质量分数可控;催化剂颗粒尺寸主要分布在2-3nm之间; 电化学活性面积可达90m2/g以上;杂质 (Al + Ca + Co + Cr + Cu + Fe + Mg + Ni + Pb)≤ 500 ppm。相关图片 Pt/C催化剂 TEM图片 催化剂粒径分布 循环伏安曲线
  • 力可 氮催化剂 (氧化、催化剂) 氧化剂
    氮催化剂 N-catalyst Pt 1 %货号参照货号规格包装CN02211502-0492-3mm50ml/瓶用于CHN测定,高性能催化剂,促进氧化产物的分解和N2的形成

光催化性能研究相关的仪器

  • Sirius-300P天朗系列300W催化光源规格参数■ 灯泡集成高效抛物面聚光镜,确保高准直、高能量输出■ 可一体或分体使用,出光高度可调,操作灵活、使用方便■ 定时斩断光路功能,使用更便捷■ 高效风冷散热,延长灯泡使用寿命■ 恒光功率工作模式,不稳定度1% Sirius-300P系列光催化氙灯光源从紫外到近红外都有很高的输出,Sirius-300P-F主要侧重于模拟日光的可见光范围;Sirius-300P-UV在200nm-400nm内有较强的连续输出,主要应用于对紫外连续分布有较高要求的领域,两者光谱分布如图:规格参数主要参数Sirius-300P-FSirius-300P-UV电源工作电压AC190~240V 50Hz FUSE~5AAC190~240V 50Hz FUSE~5A额定功率300W(180~320W)300W(180W~320W)工作电流DC 21A(10A~22A)DC 21A(10A~22A)工作电压DC 14V(13~16V)DC 14V(13~16V)总输出光功率50W50W发光光谱范围320~2500nm200~2500nm紫外区输出功率,390nm(Watts)2.6W6.6W红外区输出功率 ,770nm(Watts)28.8W26.8W可见区输出390-770nm(Lumens)5000Lu4500Lu光功率密度连续可调(1Sun=1000W/m2)太阳能标准电池测量5~15 Sun@50mm5~15 Sun@50mm色温5600K5050K工作光斑直径Φ30~70mm可调(距出光口100mm处)Φ30~70mm可调(距出光口100mm处)平行光发散角平均5°平均5°输出光中心高70-220mm可调(也可分体,任意调整高度)70-220mm可调(也可分体,任意调整高度)灯泡寿命Life(Hours)1000H (极限6000H)1000H (极限6000H)最小体积341mm × 244mm × 290mm341mm × 244mm × 290mm重量(kg)11kg11kg主要应用300W催化光源主要应用于光催化、工业催化、光解水产氢、光化学催化、光化学合成、光降解污染物、水污染处理、生物光照、光学检测、各类模拟日光可见光加速实验、紫外波段加速实验等研究领域,右图为光解水产氢应用示例: 冷却符合灯泡要求的高效径向散热模式,减小集成灯杯由于热效应变形对光束准直性带来的影响,同时确保灯泡的工作温度符合要求,延长灯泡使用寿命。输出组合光源实际使用场合不同,对其要求也会有相应的变化,卓立提供了聚焦组件、光路转向反射镜、滤光片座、液体近红外滤光片等附件,可以满足大部分应用要求。应用特色■ 组合调高。光源室和电源可快速组装为一体,此时光源的出光高度可在70-220mm内自由调节■ 定时斩断光路功能。可设定需要的工作时间,计时完成之后自动斩断光路并报警提醒。安全为了充分保护用户和产品的安全,我们的光源系统设计了以下自动保护功能:1. 开盖后自动断电功能当光源室或者电源箱被人为开箱后,系统会无法启动(待机状态时)或自动断电(处于工作状态时),保护用户的人身安全。2. 过热保护功能在光源工作状态下,当光源室内部温度超过安全范围后,电源会自动切断灯泡供电,确保灯泡在安全的温度范围内工作,延长其使用寿命。3. 触发保护功能当触发10S点灯不成功,系统会禁止点灯,避免长时间连续频繁点灯,造成触发器和灯泡损坏。4. 灯泡寿命提示当灯泡输出衰减过大时,大部分电能直接转化为热量,会有潜在的爆灯危险,Sirius300P系列光源会实时检测灯泡的使用情况,在处于潜在危险状态时会提醒用户更换灯泡。注意!!!氙灯的高强度紫外线辐射可能损害眼角膜、水晶体和视网膜。点燃氙灯后,在没有戴防护眼镜的情况下,不能通过透镜或通风口直接观察氙灯。工作人员的皮肤也不要长期暴露在氙灯光源照射下。
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  • 控温光催化反应仪 400-860-5168转4202
    控温光催化反应仪JT-GHX-AC光化学反应仪, 又称为光化学反应釜,多功能光化学反应器.主要用于研究气相或液相介质、固定或流动体系、紫外光或模拟可见光照、以及反应容器是否负载TiO2光催化剂等条件下的光化学反应。具有提供分析反应产物和自由基的样品,测定反应动力学常数,测定量子产率等功能,广泛应用化学合成、环境保护以及生命科学等研究领域。主要特征:1.光化学反应仪智能微电脑控制,可观察电流和电压实时变化 2.进口光源控制器,内置光源转换器,功率连续可调,稳定性高 3. 光化学反应仪具有分步定时功能,操作简便 4.反应暗箱内壁使用防辐射材料,且带有观察窗 5.采用内照式光源,受光充分,灯源采用耐高压防震材质,经久耐用 6.配有8(6/12可选)位磁力搅拌装置,使样品充分混匀受光 7.双层耐高低温石英冷阱,可通入冷却水循环维持反应温度 8.光化学反应仪高温度保护系统,自动断电功能 9.机箱外部结构设有循环水进出口,内部设有2个专用插座,供灯源和搅拌反应器用 技术参数:型号:JT-GHX-AC多试管控温光化学反应仪 (一)主体部分 1.光源功率可连续调节大小。 2.集成式光源控制器,可供汞灯、氙灯、金卤灯等多种光源使用。 3.汞灯功率调节范围:0~1000W可连续调节。 4.氙灯功率调节范围:0~1000W可连续调节。 5.金卤灯功率调节范围:0~500W可连续调节。 (二)小容量反应部分 1.石英试管规格:30ml、50ml(或定做)。 2.可同时处理8个样品(或定做)。 3.八位磁力搅拌装置可同步调节8个样品的搅拌速度。 (三)控温装置 1.冷却水循环装置制冷量:>1000W 2.控温范围:-5°C到100°C 3.冷却水循环装置设有脚轮和底部排液阀。性能特点:1、光催化反应仪电气控制部分与保护反应暗箱分开,装配、维护、升级方便合理,整机大气美观! 2、光催化反应仪主控电源控制器光照时间数显灵活控制,适合记时作业和数据对比实验使用! 3、专业稳定的模拟光源和稳定、节省空间的体积设计,特别适合空间有限的实验室配备! 4、配套有多试管磁力搅拌器反应器功能,弥补了多试管围绕光源旋转不合理性和多试管自转机械性能差的弊端,可实现同时、部分试管充气功能,多试管磁力搅拌器反应器实际实用价值性能卓越! 5、配套有多口磁力搅拌反应容器功能,可以使反应过程具有强磁力搅拌、充气、放气、密封、测温等功能! 6、光催化反应仪配套有固体反应装置,可以对固体物质进行光催化反应,高效聚光装置提升催化速度! 7、本型号光化学反应仪增添了非实验阶段自动遮光装置,将开启光源初灯光闪烁不稳定及阶段取样的光源遮住,使实验精度提高。 8、配套有缺水报警装置,当冷却水供给出现水压不足或者漏水严重影响到实验安全性时,发出报警声,提醒操作人及时检查水源供给状况。 9、光催化反应仪配置有冷却水供给装置,进口压缩机无氟作业,确保光源长时间稳定运行,适合连续作业实验。该低温冷却水供给装置自身配备有静音外循环泵,提供冷却水循环增压,同时节约水源的浪费。 10、冷却水供给装置采用触摸按键控制,界面大方,无传统面板仪表外观呆板之感,防水防高温,可根据客户要求增添USB电脑接口和操作软件驱动,数字化作业感优越! 11、灵活多样的产品设计,可以根据客户的要求制定 小容量光化学反应仪产品配置:配置单数 量德国莱茵证书1份控制主机1台反应暗箱1台光源控制器1台双层石英冷阱1个专用循环机1套汞灯(1000W)1支氙灯(1000W)1支金卤灯(500W)1支搅拌装置1套反应罐16只(30ml,50ml各8只)移动推车1个
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  • 在气-固相光催化CO2还原实验中,CO2的含水量会影响光催化CO2还原的CO2转化率及产物的选择性。对湿度的精准控制可以用于研究含水量对CO2还原效率影响的机理,也可以优化CO2还原的反应条件。PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统采用8.5英寸LED超大显示屏,所有操作均可在显示屏上完成,人性化设计,操作简单。图1. PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统和操作界面产品优势1.精准调控原料气体湿度反应系统中的配气模块采用高精度智能控制模式,结合加湿灌,可精准调控原料气体中CO2气体的湿度2.高传质效率反应器扁平化设计,可减短CO2到光催化剂表面的自由扩散距离,增强CO2与光催化剂的碰撞几率,提高传质效率3.高效气体循环密闭相反应模式具有气体循环装置,有利于传质作用优势分析1. 智能控湿系统,精准调控CO2中的水汽含量PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统采用程序反馈控制,通过气、液多路气体混合得到可控湿度的CO2气体,进气口标配温度、湿度和压力传感器检测,同时可选配在出气口配置温度、湿度和压力传感器,对反应体系中CO2的状态进行实时监测,进而对反应气的湿度进行反馈控制,湿度控制范围为5~95%RH,控制精度为±3%RH。实验时,仅需在显示屏上设置好湿度,反应系统便会自动配置相应湿度的CO2气体通入反应器中进行反应。图2. PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统湿度控制示意图2. 反应器扁平化设计,减短CO2自由扩散距离,提高传质效率PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统反应器采用扁平化设计,减短CO2到光催化剂表面自由扩散的距离,增强CO2气体与光催化剂的碰撞几率,提高传质效率。同时采用气体穿透式设计,保证CO2气体与光催化剂充分接触并反应。PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统内部具有气体循环动力源,反应体系内的气体始终处于单向循环状态,有效保证反应的传质过程。反应器底部具有水冷控温槽,可对反应体系进行温度控制。图3. PLR-GSPR常压气固相光催化反应系统反应器及气体流向示意图 图4. 作为关键装置参与制订国家标准GB/T 39716-2020《光催化材料及制品空气净化性能测试方法氮氧化物的去除》应用领域▲特别适用 ●较为适用 ○可以使用▲ 光降解气体污染物(如VOCs 、甲醛、氮氧化物、硫氧化物等)▲ 其他常温常压(光)化学反应○ 光催化CO2还原○ 膜光催化技术参数控制单元智能显示8.5 英寸 LED 超大显示器,反应流程可视化监控软件控制基于 ROM 框架下的软件架构,传感器反馈控制,可以满足不同实验条件要求控制模式气路纯流量、气路总流量、反应总流量、虚拟总流量独立气路控制4 路独立气路控制(可扩展 8 路标准气),满足不同配气需求流量控制质量流量计控制,精度 ±1%F.S.加湿方式智能湿度反馈系统,独立气路湿化罐湿度控制加湿罐加湿及传感器采集反馈控制气体状态监测进出口双位检测,湿度监测分辨率 0.04% RH,温度分辨率 0.01℃,压力分辨率 0.016 mbar反应单元反应器规格及材料250 × 120 × 40 mm³ ,耐腐蚀合金(标配),聚四氟乙烯材质(选配)反应体积版式:50 × 100 × 5 mm³ ;多孔介质:50 × 100 × 10 mm³ 光窗材质石英玻璃,有效光窗尺寸 50 × 100 mm² 反应器控温反应器底部水冷控制催化材料1. 膜材料(100 × 50 × 5 mm³ ,负载于玻璃等基材上)2. 块 材(100 × 50 × 1 ~ 10 mm³ )3. 粉 末(成型到 100 × 50 mm² 的滤膜基材上)基础参数电源参数220 VAC/50 Hz,1 A(宽电压输入,110 ~ 260 VAC)流量控制精度 ±1%F.S.,重复性 ±0.5%F.S.,控制范围 4% ~ 100%F.S.,量程可选气流压降≤3.5 kPa(1 L/min 流量条件下)湿度监测范围 5 ~ 95%RH(非冷凝);精度 ±1%RH,分辨率0.1%RH温度监测范围 5 ~ 95%RH(非冷凝);精度 ±3%RH@20 ~ 80%(其余为 ±5%),分辨率0.1%RH注:温度的控制范围与各路气体流量、湿化罐温度等条件相关压力检测范围 1 ~ 200 kPa;精度 ±0.2 kPa,分辨率 0.1 kPa液位监测液位高度 16 mm;误差 ±1.5 mm检测设备选型(根据目标检测物,可选配不同类型检测设备)气相色谱CO, CO₂ , 低碳烷烃类离子色谱NO₃ ⁻ 、NH₄ ⁺ 、Cl⁻ 、Br⁻ 光声光谱仪痕量气体分析,VOCs氮氧化合物分析仪NO、NO₂ 、NOx
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光催化性能研究相关的试剂

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  • 时间分辨荧光光谱测定不同氮化碳纳米结构的光催化性能研究

    时间分辨荧光光谱测定不同氮化碳纳米结构的光催化性能研究

    [align=center][b][font=黑体]时间分辨荧光光谱测定不同氮化碳纳米结构的光催化性能研究[/font][/b][/align][align=center][font=宋体]刘传德,束[/font][font=宋体]爽,魏[/font][font=宋体]巍[/font]*[/align][align=center][font=宋体]江苏大学[/font][font=宋体]分析测试中心[/font], [font=宋体]江苏[/font] [font=宋体]镇江[/font] 212013[/align][b][font=黑体]摘[/font][font=黑体]要[/font]: [/b][font=宋体]本文系统地研究了不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]纳米结构(块体[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和纳米线)光催化降解亚甲基蓝的活性及其在纳米尺度下的时间分辨荧光光谱。主要研究目的是阐明不同氮化碳纳米结构对光活性影响的因素。时间分辨荧光光谱表明,氮化碳纳米线形成了低的价导带和稳定的发光缺陷态,进而增长了其荧光寿命。研究进一步表明,氮化碳纳米线的界面发生的电子转移受氮化碳结构缺陷的影响。此外,光催化实验结果表明,与块体[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]相比所制备的纳米线具有更高的催化活性。[/font][b][font=黑体]关键词[/font]: [/b][font=宋体]氮化碳[/font][font=楷体_GB2312];[/font][font=宋体]纳米线;时间分辨荧光光谱;光催化活性[/font][align=center][b]Study on photocatalytic properties of different carbonnitride nanostructures determined by time-resolved fluorescence spectroscopy[/b][/align][align=center] LIU Chuan-de, SHU Shuang, WEI Wei *[/align][align=center]Analysis &Testing Center, Jiangsu University,Zhenjiang 212013, China[/align][b]Abstract:[/b]The time-resolved photoluminescence(PL) in the nanosecond time scale of different g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub]nanostructures (bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4 [/sub]and nanowires) has beensystematically investigated in relation to their photocatalytic degradation ofMethylene blue (MB). The main aim of the study is to elucidate the origin ofthe effects in photoactivity produced by different g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub]nanostructures. Time-resolved PL analysis indicates carbon nitride nanowiresintroduce new stabilized luminescent defective trap states below the conductionband revealed by long-living PL components. While analysis indicates that theelectron transfer occurring at the carbon nitride nanowires interface is affectedby the defective structure of carbon nitride. Furthermore, the photocatalyticexperimental results indicated that the as-prepared nanowires showed enhancedactivities compared with bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub].[b]Key words:[/b]carbon nitride nanowires time-resolvedphotoluminescence photocatalytic activity[font=宋体]石墨相氮化碳([/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体])是由[/font]N[font=宋体]桥连七嗪环([/font]C[sub]6[/sub]N[sub]7[/sub][font=宋体])结构单元构成的二维层状材料,它具有可见光响应、化学稳定性好、热稳定性高及成本低廉等突出优点[/font][sup][1, 2][/sup][font=宋体],在可见光催化水分解制氢[/font][sup][3][/sup][font=宋体]、二氧化碳还原[/font][sup][4][/sup][font=宋体]及环境治理[/font][sup][5][/sup][font=宋体]等领域得到了广泛应用,是近年备受研究人员关注的一种聚合物光催化材料。块体氮化碳([/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体])存在比表面积低、光生载流子易复合和光吸收有限等缺点[/font][sup][6][/sup][font=宋体],限制了石墨相氮化碳的实际应用前景。[/font][font=宋体]研究工作者通过调控[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的形貌来改善其催化活性[/font][sup][7][/sup][font=宋体],近年来,各种形态的纳米结构不断出现,已经报道的超薄纳米片、三维多孔等结构[/font][sup][3-5][/sup][font=宋体],此类结构都有这优异的特性,备受工作者青睐。[/font][font=宋体]时间分辨荧光光谱也叫瞬态荧光光谱,能够表征样品由基态受激发到激发态后,再由激发单重态回到基态辐射光子的过程,能够直接获得荧光衰减曲线,从而获得瞬态相关的物理机制,可以进一步研究光催化过程的光诱导电荷分离及其转移过程。[/font][font=宋体]我们利用高级稳态瞬态荧光测试系统,以可调谐皮秒激光器为激发光源,对制备的不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]纳米结构(块体[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和纳米线)进行荧光性能检测。考察不同形貌[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的瞬态寿命,辅以[/font]X[font=宋体]射线衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和比表面分析仪器等相应的检测手段,研究不同结构[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的相应性能,从而总结时间分辨荧光光谱寿命对催化性能的影响。[/font][b]1[/b][font=宋体]实验[/font][b]1.1[/b][font=黑体]材料与仪器[/font][font=宋体]三聚氰胺、三聚氰酸、无水乙醇、乙腈、亚甲基蓝均为分析纯,购自国药集团化学试剂公司;实验用水采用二次蒸馏水。[/font]X[font=宋体]射线衍射分析仪[/font]([font=宋体]德国[/font]Bruker [font=宋体]公司,[/font]D8 Advance)[font=宋体],扫描电子显微镜[/font]([font=宋体]日本[/font]JEOL[font=宋体]公司,[/font]JSM-7001F)[font=宋体],透射电子显微镜[/font]([font=宋体]日本[/font]JEOL[font=宋体]公司,[/font]JEM-1200EX)[font=宋体],傅里叶红外光谱仪[/font]([font=宋体]美国赛默飞世尔科技有限公司,[/font]Nicolet 50)[font=宋体],紫外可见分光光度计[/font]([font=宋体]日本岛津公司,[/font]UV-2450)[font=宋体],全自动比表面和孔隙分析仪[/font]([font=宋体]美国康塔公司,[/font]NOVA4200E)[font=宋体]、高级稳态瞬态荧光测试系统[/font]([font=宋体]美国[/font]Photon Technology International[font=宋体]公司,[/font]QM4m)[font=宋体]。[/font][b]1.2[font=黑体]不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=黑体]纳米结构的制备[/font][/b][font=宋体]首先,称取等摩尔比的三聚氰胺和三聚氰酸,直接溶解于[/font]60 mL[font=宋体]的乙腈中,充分搅拌[/font]12h[font=宋体],待搅拌结束后,用乙腈清洗数遍后,在[/font]80[font=宋体]℃下干燥[/font]12h[font=宋体],获得白色粉末。将白色粉末分散于[/font]80 mL[font=宋体]的乙腈中,放入[/font]100mL[font=宋体]的内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密封在[/font]180[font=宋体]℃下反应[/font]24h[font=宋体],反应结束后,离心洗涤多次,在[/font]80[font=宋体]℃下干燥[/font]12h[font=宋体]获得前驱体。将前驱体放入坩埚中于管式炉中在氮气保护[/font]500[font=宋体]℃下煅烧[/font]2h[font=宋体],待管式炉自然冷却至室温,取样品袋备用,标记为[/font]CNWs[font=宋体]。作为参比,根据之前的报道直接热解三聚氰胺获得样品,标记为[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][sup][3, 6][/sup][font=宋体]。[/font][b]1.3[font=黑体]光催化活性测试[/font][/b][font=宋体]取[/font]0.1g[font=宋体]催化剂加入到[/font]100mL 10 mg/L[font=宋体]亚甲基蓝溶液,暗反应[/font]30min[font=宋体]以保证吸附[/font]-[font=宋体]脱附达到平衡,然后打开光源([/font]350 W[font=宋体]氙灯)照射在每隔[/font]30min[font=宋体]取出约[/font]3mL[font=宋体]液体,离心分离,利用采用紫外可见分光光度计测定溶液的吸光度。亚甲基蓝溶液的脱色率用以下公式计算:[/font][font=宋体]降解率[img=,433,65]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310091630259980_5308_5248244_3.png!w433x65.jpg[/img][/font][font=宋体]式中:[/font][i]C[sub]0[/sub][/i]—[font=宋体]原溶液中亚甲基蓝的初始质量浓度;[/font][i]C[sub]e[/sub][/i]—[font=宋体]亚甲基蓝溶液降解后的质量浓度;[/font][i]A[sub]0[/sub][/i]—[font=宋体]原溶液中亚甲基蓝的初始吸光度;[/font][i]A[sub]e[/sub][/i]—[font=宋体]亚甲基蓝溶液降解后的吸光度。[/font][b] 2 [/b][font=宋体]结果与分析[/font][b]2.1[font=黑体]不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=黑体]纳米结构的表征[/font][/b][align=center][img=,690,265]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310091629425631_5031_5248244_3.png!w690x265.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体]图[/font]1 [font=宋体]所制备的[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的[/font]XRD[font=宋体]谱图[/font](a)[font=宋体]和红外光谱图[/font](b)[/align][align=center] Fig. 1 XRD patterns (a) and FT-IR spectra (b)for the as-prepared samples: bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub] and CNWs.[/align][b]2.1.1[/b][font=楷体_GB2312]样品的晶相分析[/font][font=宋体]图[/font]1(a)[font=宋体]为[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的[/font]XRD[font=宋体]谱图。在[/font]12.8[font=宋体]°和[/font] 27.3[font=宋体]°处出现石墨相氮化碳的特征衍射峰,与标准[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的晶面相相吻合[/font][font=宋体],分别对应于[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的[/font](100)[font=宋体]和[/font](002)[font=宋体]晶面,[/font][font=宋体]且未观测到其它特征峰,表明采用超分子自组装法能够制备[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][sup] [6][/sup][font=宋体]。[/font]12.8[font=宋体]°处的衍射峰归属于[/font]melon[font=宋体]类物质的特征峰,由体系内缩聚的三嗪单元的有序排列引起;[/font]27.3[font=宋体]°处的衍射峰归属于典型层间堆积的共轭芳香体系,表明[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]具有类石墨的层状结构[/font][sup][4][/sup][font=宋体]。[/font][align=center][font=宋体][img=,690,297]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310091630100029_8764_5248244_3.png!w690x297.jpg[/img]图[/font]2[font=宋体]所制备的[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]样品的[/font]TEM[font=宋体]图:[/font](a) bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font](b) CNWs[/align][align=center]Fig. 2 RepresentativeTEM micrographs of (a) bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub] and (b) CNWs.[/align][font=宋体]此外,与[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]相比,[/font]CNWs[font=宋体]处于[/font]27.2[font=宋体]°处的峰出现偏移,说明该材料的晶面间距增大,表明层状结构被破坏,且强度变弱,说明采用超分子自组装法合成的[/font]CNWs[font=宋体]具有更高的缺陷率[/font][sup][8][/sup][font=宋体]。图[/font]1(b)[font=宋体]为[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的红外光谱图。[/font]CNWs[font=宋体]的红外吸收峰位与[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]基本一致,均表现出典型的[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]特征振动模型,说明两种纳米结构的[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]表观官能团结构相似,[/font]810 cm[sup]-1[/sup][font=宋体]处的吸收峰归属于三嗪结构单元典型的弯曲振动模式[/font][sup][4][/sup][font=宋体],[/font]890 cm[sup]-1[/sup][font=宋体]处的吸收峰归属于[/font]N-H[font=宋体]键的弯曲变形,[/font]1240~1640 cm[sup]-1[/sup][font=宋体]处的吸收峰是典型的芳香型碳氮杂环([/font]C–N(–C)–C [font=宋体]或[/font] C–NH–C[font=宋体])的伸缩振动峰[/font][sup][9][/sup][font=宋体]。同时,与[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]相比,[/font]CNWs[font=宋体]在[/font]3000 cm[sup]-1[/sup][font=宋体]处有更强的吸收峰([/font]N-H[font=宋体]的弯曲振动峰),表明[/font]CNWs[font=宋体]中有较多的氨基基团。[/font][b]2.1.2[/b][font=楷体_GB2312]样品的形貌分析[/font][font=宋体]图[/font]2[font=宋体]为[/font][font=宋体]所制备的[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]样品的[/font]TEM[font=宋体]图。由图可见,与直接热解三聚氰胺得到的层状堆叠结构的[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]相比,[/font]CNWs[font=宋体]形成了纳米线结构。这种特殊形貌的形成是因为非共价键(氢键和卤键)在超分子自组装过程中的引导作用[/font][sup][9][/sup][font=宋体],使得三聚氰胺和三聚氰酸分子出现定向排布,最终形成纳米线构型。[/font][b]2.1.3[/b][font=楷体_GB2312]样品的紫外光谱及比表面积分析[/font][align=center][font=宋体][img=,690,261]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310091630395450_9441_5248244_3.png!w690x261.jpg[/img]图[/font]3[font=宋体]所制备的[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的[/font]Uv-vis[font=宋体]谱图[/font](a)[font=宋体]和氮气吸附[/font]/[font=宋体]脱附等温曲线[/font](b)[/align][align=center]Fig. 3 (a)Uv-vis diffuse reflectance spectra of bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub] andCNWs (b) Nitrogen adsorption/desorption isotherm curves of bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub]and CNWs[/align][font=宋体]光吸收性能是影响样品的光催化活性的重要因素。图[/font]3(a)[font=宋体]为[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的紫外可见漫反射光谱图。从图中可以发现,制备的[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的最大吸收边为[/font]465 nm[font=宋体],而具有纳米线形貌的[/font]CNWs[font=宋体]的最大吸收边发生了明显的红移,大大增强了其对可见光的响应。相比[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体],超分子自组装法制备的纳米线在光吸收能力上显著增强,提高了其对可见光的利用率。根据[/font]Tauc plot[font=宋体]公式计算[/font][sup][3][/sup][font=宋体],[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]禁带宽度为[/font]2.62 eV[font=宋体],而氮化碳纳米线的禁带宽度为[/font]1.52 eV[font=宋体],形成了较低的价导带,表明了光吸收性能得到了有效的改善,可能由于入射光在纳米线堆中多次反射后增大了光吸收的有效光程所致[/font][sup][10][/sup][font=宋体]。图[/font]3(b)[font=宋体]为[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的的[/font][font=宋体]氮气吸附[/font]/[font=宋体]脱附等温曲线。经吸附脱附等温线测试得分析[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]表现出典型的第Ⅳ类等温线特征,其比表面积为[/font]74.25 m[sup]2[/sup]g[sup]-1[/sup][font=宋体]和[/font]60.16 m[sup]2[/sup]g[sup]-1[/sup][font=宋体]。[/font]CNWs[font=宋体]在[/font]p/p[sub]0[/sub] = 0.8- 1.0 [font=宋体]质检出现滞后环,表明其内部结构介孔较多,且孔径较大,纳米线结构有利于分子的穿插和吸附,增强了反应分子的传质效率[/font][sup][5,11][/sup][font=宋体]。[/font][align=center][img=,690,269]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310091630514303_7222_5248244_3.png!w690x269.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体]图[/font]4 (a) bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的荧光光谱图[/font] (b)bulkg-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的时间分辨荧光光谱寿命图[/font][/align][align=center]Fig.4 (a) Photoluminescence spectra of bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4 [/sub]and CNWs (b) Time-resolvedfluorescence decay spectra of bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4 [/sub]and CNWs[/align][b]2.1.4 [/b][font=楷体_GB2312]样品的光学性质分析[/font][font=宋体]光致发光光谱中荧光强度越弱表明光生电子空穴复合作用越弱,光量子效率越高,说明光催化性能越好。荧光光谱的强度是反应半导体中光致电子空穴分离和复合效率的重要手段,其峰值强度越大往往代表着较低的电子空穴复合速率以及较高的光催化活性[/font][sup][3][/sup][font=宋体]。图[/font]4(a)[font=宋体]显示的是在[/font]350 nm[font=宋体]处激发的[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的荧光光谱图。[/font]bulkg-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]在[/font]469 nm[font=宋体]处有一个强度较高的发射峰,然而[/font]CNWs[font=宋体]的发射峰强度比[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的强度急剧下降,说明[/font]CNWs[font=宋体]拥有相对较低的电子空穴复合速率。从中推测[/font]CNWs[font=宋体]的纳米线结构形成有效的界面电子转移,从而大幅抑制光生载荷子的复合[/font][sup][8][/sup][font=宋体],实现[/font]TiO[sub]2[/sub][font=宋体]光催化活性的提高,这与上述[/font]Uv-vis[font=宋体]分析结果一致。[/font][font=宋体]为了进一步研究不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的光生载流子的光物理性质,采用时间分辨荧光光谱定量测定样品的荧光寿命,以高级稳态瞬态荧光测试系统可调谐皮秒激光器为激发光源,激发光波长为[/font]337 nm[font=宋体],检测荧光发射信号在样品荧光发射峰[/font]469 nm[font=宋体]位置。图[/font]4(b)[font=宋体]为[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的时间分辨荧光光谱寿命图。采用单指数衰减方程[/font][sup][4][/sup][font=宋体]来拟合相应的荧光衰减曲线,经拟合计算[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]的平均荧光寿命分别为[/font]2.36 ns[font=宋体]和[/font]3.29 ns[font=宋体]。可见,[/font]CNWs[font=宋体]的光生载流子复合率较低,可能与的二维线性结构和改变的电子能带有关[/font][sup][10][/sup][font=宋体]。时间分辨荧光光谱寿命进一步表明,[/font]CNWs[font=宋体]体系中的光生电子具有较长的荧光寿命。由此,利用二维纳米线结构,促进材料间的光生电荷快速迁移,使催化剂的光生电子与空穴能够有效分离与传输,并保持较强的氧化还原能力[/font][sup][11][/sup][font=宋体]。[/font][b]2.2[font=宋体]不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]纳米结构的光催化性能[/font][/b][font=宋体]图[/font]5 [font=宋体]为制备的不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]纳米结构样品随光照时间的变化降解亚甲基蓝([/font]MB[font=宋体])的降解率曲线及降解有机染料[/font]MB[font=宋体],对比两种不同形貌[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]的光催化活性。[/font]bulk g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]和[/font]CNWs[font=宋体]对[/font]MB[font=宋体]的降解率分别为[/font]71.08%[font=宋体]和[/font]98.52%[font=宋体],纳米线具有更大比表面积的纳米线结构有利于[/font]MB[font=宋体]吸附,提供了更多的反应位点;其二维结构促进了电荷转移传输,增大了光生载流子的转移效率和存活时间,使得催化效率得到了进一步提高[/font][sup][5, 8,12][/sup][font=宋体]。[/font][align=center][img=,690,272]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310091631019684_8928_5248244_3.png!w690x272.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体]图[/font]5 [font=宋体]不同[/font]g-C[sub]3[/sub]N[sub]4[/sub][font=宋体]样品对亚甲基蓝的降解率[/font] (a) [font=宋体]和降解动力学曲线[/font] (b) [/align][align=center]Fig. 5 (a) Degradation of MB by differentsamples and (b) degradation kinetics curve of different samples.[/align][b] 3[font=宋体]结[/font][font=宋体]论[/font][/b][font=宋体]二维线性结构的氮化碳纳米线结构形成有效的界面电子转移,大幅抑制光生载荷子的复合,使得光催化活性明显高于块体氮化碳。借助时间分辨荧光光谱寿命研究了不同氮化碳的荧光性能,进一步证明了纳米线具有更长的荧光寿命,表明氮化碳纳米线的界面发生的电子转移受氮化碳结构缺陷的影响,提高了氮化碳的光催化性能。[/font][font=黑体]参考文献:[/font][1] Wang, Y., Wang, X., & Antonietti, M. (2012).Polymeric graphitic carbon nitride as a heterogeneous organocatalyst: fromphotochemistry to multipurpose catalysis to sustainable chemistry. [i]AngewandteChemie International Edition[/i], [i]51[/i](1), 68-89.[2] Wang, X., Blechert, S., & Antonietti, M.(2012). Polymeric graphitic carbon nitride for heterogeneousphotocatalysis. [i]Acs Catalysis[/i], [i]2[/i](8), 1596-1606.[3] Cao, S., Low, J., Yu, J., & Jaroniec, M.(2015). Polymeric photocatalysts based on graphitic carbon nitride. [i]AdvancedMaterials[/i], [i]27[/i](13), 2150-2176.[4] Zhao, Z., Sun, Y., & Dong, F. (2015). Graphiticcarbon nitride based nanocomposites: a review. [i]Nanoscale[/i], [i]7[/i](1),15-37.[5] Zheng, Y., Lin, L., Wang, B., & Wang, X.(2015). Graphitic carbon nitride polymers toward sustainable photoredoxcatalysis. [i]Angewandte Chemie International Edition[/i], [i]54[/i](44),12868-12884.[6] Ma, T. Y., Cao, J. L., Jaroniec, M., & Qiao, S.Z. (2016). Interacting carbon nitride and titanium carbide nanosheets for high[font=宋体]-[/font]performance oxygen Evolution. [i]AngewandteChemie International Edition[/i], [i]55[/i](3), 1138-1142.[7] Xia, P., Zhu, B., Yu, J., Cao, S., & Jaroniec,M. (2017). Ultra-thin nanosheet assemblies of graphitic carbon nitride forenhanced photocatalytic CO[sub]2[/sub] reduction. [i]Journal of MaterialsChemistry A[/i], [i]5[/i](7), 3230-3238.[8] Cui, Q., Xu, J., Wang, X., Li, L., Antonietti, M.,& Shalom, M. (2016). Phenyl[font=宋体]-[/font]modified carbon nitride quantum dots with distinct photoluminescenceBehavior. [i]Angewandte Chemie International Edition[/i], [i]55[/i](11),3672-3676.[9] Zhou, C., Lai, C., Huang, D., Zeng, G., Zhang, C.,Cheng, M., ... & Wen, X. (2018). Highly porous carbon nitride bysupramolecular preassembly of monomers for photocatalytic removal ofsulfamethazine under visible light driven. [i]Applied Catalysis B:Environmental[/i], [i]220[/i], 202-210.[10] Niu, P., Qiao, M., Li, Y., Huang, L., & Zhai,T. (2018). Distinctive defects engineering in graphitic carbon nitride forgreatly extended visible light photocatalytic hydrogen evolution. [i]NanoEnergy[/i], [i]44[/i], 73-81.[11] Xia, P., Antonietti, M., Zhu, B., Heil, T., Yu,J., & Cao, S. (2019). Designing defective crystalline carbon nitride to enableselective CO[sub]2[/sub] photoreduction in the gas phase. [i]AdvancedFunctional Materials[/i], 1900093.[12] Zhang, G., Li, G., Heil, T., Zafeiratos, S., Lai,F., Savateev, A., ... & Wang, X. (2019). Tailoring the grain boundary chemistryof polymeric carbon nitride for enhanced solar hydrogen production and CO[sub]2[/sub]reduction. [i]Angewandte Chemie International Edition[/i], [i]131[/i](11),3471-3475.

  • 【资料】光催化转化氮氧化物的研究进展

    光催化转化氮氧化物的研究进展 马睿 谭欣 赵林 ( 天津大学环境学院, 天津 300072) 摘要:对光催化转化氮氧化物的研究进展进行了综述。首先介绍了氮氧化物的危害及传统处理方法的缺点以及光催化反应的机理 随后着重介绍了以 TiO2 为催化剂对 NOx 去除的研究进展, 并对其他用于分解氮氧化物新型光催化进行了介绍 最后对应用前景作出 展望。光催化转化氮氧化物的研究分为光催化氧化和光催化还原 2 种, 反应器则主要为固定床反应器和流化床反应器。N 原子的搀 杂、氧空穴的产生以及表面负载 Pt 均能有效地利用可见光, 炭( AC) 、沸石、氧化钙、ZrO2、高岭土等载体也可明显地提高光催化转化 氮氧化物的效率。此外, 植入过渡金属离子沸石, 也可有效地转化氮氧化物。 关键词 TiO2 氮氧化物 光催化 脱除 载体 可见光 进展 中图分类号 O43 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2007) 08- 02215- 03目前, 脱除 NOx 的技术措施主要有非催化法和催化还 原法两类[1]。非催化法主要包括湿式吸收法、固体吸附法、电 子束照射法等, 这些方法往往需要复杂的设备、较高的成 本, 且存在二次污染问题。选择性催化还原法是目前主流发 展方向, 但也存在二次污染及要求较高的反应温度等问题。 例如, 在 Ag/Al2O3 催化剂上选择性还原 NO 的最佳操作温 度是 500 ℃[2], 在 Ba/MgO 催化剂上选择性还原 NO 的最佳操 作温度是 700 ℃[3]等。光催化技术是近几年发展起来的一项 空气净化技术, 具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等 优点[4], 笔者对光催化分解氮氧化物的研究进展进行了综述。1 光催化反应机理半导体材料存在能级分布, 当用能量大于半导体禁带 宽度的光照射半导体时, 光激发电子跃迁到导带, 形成导带 电子( e-) , 同时在价带留下空穴( h+) 。由于半导体能带的不 连续性, 电子和空穴的寿命较长, 它们能够在半导体本体和 表面运动, 与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生 氧化还原反应, 而将污染物分解掉。以 TiO2 为例, 它的禁带 宽度为 3.2 eV, 在波长小于 380 nm 光照下, TiO2 的价带电 子被激发到导带上, 产生高活性的电子- 空穴对。图 1 绘出 了受光源照射时半导体内载流子的变化。电子和空穴被光 激发后, 经历多个变化途径, 主要存在俘获和复合两个相互 竞争的过程。光致空穴具有很强的氧化性, 可夺取半导体颗 粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子, 使原本不吸收光而 无法被光子直接氧化的物质, 通过光催化剂被活化氧化。光 致电子具有很强的还原性, 能使半导体表面的电子受体被 还原, 这两个过程均为光激活过程。同时迁移到体内和表面 的光致电子和空穴又存在复合的可能, 此为去激活过程, 对 光催化反应无效。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH-或 H2O 发生作用生成 HO?。HO?是一种活性很高的粒 子, 通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电 子能够与 O2 发生作用生成 HO2?和 O2?-等活性氧类, 这些活 性氧自由基也能参与氧化还原反应。目前对 NOx 的光催化 反应的研究分为光催化氧化和催化分解 2 种。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/03/200903201415_139711_1614854_3.gif[/img]

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    1. 文章信息标题:Onion-ring-like g-C3N4 modified with Bi3TaO7 quantum dots: A novel 0D/3D S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation中文标题: 钽酸铋量子点修饰洋葱圈结构的石墨相氮化碳的S型异质结构的光催化析氢性能 页码:958-968 DOI: 10.1016/j.renene.2021.11.030 2. 期刊信息期刊名:Renewable EnergyISSN: 0960-1481 2022年影响因子: 8.634 分区信息: 中科院一区;JCR分区(Q1) 涉及研究方向: 工程技术,能源与燃料,绿色可持续发展技术 3. 作者信息:第一作者是 施伟龙(江苏科技大学)、孙苇(北华大学)(共同一作)。通讯作者为 林雪(北华大学),郭峰(江苏科技大学),洪远志(北华大学)。4. 光催化活性评价系统型号:北京中教金源(CEL-PAEM-D8,Beijing ChinaEducation Au-Light Co., Ltd.);气相色谱型号:北京中教金源(GC7920,Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.)。本工作利用SiO2微米球为硬模板和三聚氰胺为前驱体,通过空气化学气相沉积 (CVD)方法合成洋葱圈状结构的g-C3N4(OR-CN),且基于溶剂热法与0D Bi3TaO7量子点(BTO QDs)复合,形成0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂,在λ 420 nm的可见光驱动下,讨论了不同质量比的BTO/OR-CN化合物催化剂在2小时内的析氢性能。其中,0.3wt% BTO/OR-CN样品赋予了最佳的光催化析氢速率为4891 μmol g-1,且在420 nm处的表观量子产率(AQY)为4.1%,约是相同条件下的OR-CN的3倍。其增强的光催化活性归因于0D BTO量子点与OR-CN之间形成了S型异质结,有助于促进光生电荷载流子的分散,且增强了可见光吸收强度,此外,通过4次循环实验,发现0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂具有优异的稳定性,有应用前景。图1. 制备BTO/OR-CN化合物的实验过程如图1所示,BTO/OR-CN的制备是通过加入0.2 g的OR-CN在BTO的合成过程中,合成的样品命名为xBTO/OR-CN,其中x代表BTO在化合物中的质量比,分别为0.1%,0.3%,0.5%,1.0%。此外,为了比较,合成了块体g-C3N4(B-CN)和0.3%BTO/B-CN复合物,B-CN的合成是通过一步煅烧3 g三聚氰胺,550 °C加热4小时,升温速率为2.3 °C/min,从而得到黄色的产物。0.3% BTO/B-CN复合物的合成类似于0.3% BTO/OR-CN复合物的合成过程,仅仅用B-CN代替OR-CN。图2. BTO、OR-CN和不同复合物的XRD图如图2示,OR-CN、BTO以及不同质量比的BTO/OR-CN化合物(0.1%、0.3%、0.5%和1.0%)的XRD图表征晶体结构和结晶度。对于BTO样品,2θ在28.2°、32.7°、46.9°和58.4°属于Bi3TaO7的(111)、(200)、(220)和(222)面(JCPDS:44-0202)。OR-CN拥有两个衍射峰在13.1°(100)和27.4°(002),分别归因于芳香单元的层内结构堆积基序和层间堆积基序。至于BTO/OR-CN化合物,引入BTO没有影响OR-CN的相结构,当负载0.1%、0.3%、0.5%和1.0%的BTO在OR-CN上,很难发现额外的BTO特征峰,这很可能是因为少量的BTO QDs。图3. OR-CN的SEM图(a)0.3% BTO/OR-CN复合材料的SEM图(b)TEM图(c)HRTEM图(d)和EDX图(e)如图3所示,通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析制备的样品的结构和形貌。OR-CN样品呈现了洋葱圈形状,尺寸大约在150-200 nm。负载BTO QDs在OR-CN的表面上形成BTO/OR-CN复合物之后,OR-CN的洋葱圈结构没有改变,但表面变得更粗糙。为了进一步清晰地观察BTO/OR-CN化合物,0.3%BTO/OR-CN的TEM图展现了BTO QDs均匀地分布在OR-CN表面上且与OR-CN底物亲密的接触,这有助于电荷的分散和转移。同时,化合物的高分辨透射图(HRTEM)反映了BTO和OR-CN之间有好的界面接触,其中,晶格间距为0.27 nm与Bi3TaO7晶格面(200)相匹配。展现了成功地构造了0D/3D BTO/OR-CN异质结催化剂。0.3%BTO/OR-CN的EDX图揭示了C,N,Bi,Ta,O元素的存在,进一步证实BTO QDs锚定在OR-CN的表面上。图4. 光催化产氢(a)析氢速率(b)B-CN、OR-CN、及其0.3%化合物光催化产氢(c)析氢速率(d)循环实验(e)循环实验前后的XRD图(f)如图4所示,以300 W的氙灯作为光源(λ 420 nm),研究了制备的样品的光催化析氢活性。结果表明制备的BTO样品几乎不产氢,而OR-CN在2小时辐照过程中产生了相对较低的氢气,约为1736 μmol g-1,这是由于BTO对可见光的吸收较低和电子-空穴的快速重组所致。当耦合OR-CN和BTO之后,光催化析氢活性显著的增强,其中,最佳的0.3% BTO/OR-CN复合材料展现了析氢量大约是4891 μmol g-1,是单组分OR-CN样品的3倍左右。同时,0.3% BTO/OR-CN异质结光催化剂在420 nm波长表现出较高的表观量子产率(AQY)为4.11%。当BTO QDs的加入量从0.1%增加到1.0%时,光催化析氢性能呈现出先增后减的趋势,其中,最优的0.3% BTO/OR-CN样品的光催化性能优于其他复合样品,这是因为构建了S型异质结,加速了光生电荷的传输和分布。此外,在OR-CN上引入BTO QDs可以增加比表面积、提供更多的活性位点、增强光响应强度和延长光诱导电荷寿命。随着进一步增加BTO QDs的量,光催化产氢速率减小,这是因为过量的BTO QDs负载在OR-CN表面可能会影响BTO QDs的分散,且由于屏蔽效应阻碍OR-CN的光吸收效率。因此,负载合适量的BTO QDs有利于光催化产氢。此外,最优样0.3% BTO/OR-CN的产氢速率为2445.5 μmol g-1。为了比较,还合成了0.3%BTO/OR-CN复合物,制备的样品的析氢量和析氢速率的排序:0.3%BTO/OR-CNOR-CN0.3%BTO/B-CNB-CN,这表明CN的洋葱圈结构和化合物的异质结界面有利于提高光催化活性。经过四次循环实验,可以清晰地发现光催化析氢有轻微的降低。同时,XRD图也用于评价样品的稳定性,循环前后的XRD图没有发生改变。这些结果展现了制备的 BTO/OR-CN样品拥有优异的稳定性和光催化析氢活性。图5. MS图(a和b)S型异质结机理(c)BTO/OR-CN复合物光催化析氢中光生电荷分离转移机理(d)利用Mott-Schottky(MS)图确定OR-CN和BTO的能带结构。OR-CN和BTO样品的质谱图在1000、2000和3000 Hz处呈现正斜率,说明OR-CN和BTO具有典型的n型半导体特征。OR-CN和BTO在接触前的带位置存在偏差,OR-CN是一种费米能级较高的还原型光催化剂,而BTO是一种费米能级较低的氧化型光催化剂。此外,通过紫外光电子能谱(UPS)计算了OR-CN 和BTO的功函数,分析了界面电荷转移过程。确定OR-CN和BTO样品的二次电子截止边的结合能(Ecut-off)分别为16.921 eV和16.054 eV。然后,BTO和OR-CN在黑暗中密切接触后,OR-CN的CB上的电子自发地流向BTO,直到二者的费米能级达到相同水平。因此,OR-CN组分失去电子并携带正电荷,导致OR-CN的CB边缘向上弯曲,同时,BTO组分得到电子,电子在其CB上积聚,BTO带负电荷,导致CB边缘向下弯曲,从而,OR-CN和BTO界面形成内部电场。在可见光的照射下,电子在内部电场和库伦相互作用的驱动下由BTO的CB转移到OR-CN的VB上与空穴复合,此外,保留在OR-CN的CB上的电子和BTO的VB上的空穴将分别参与光催化氧化还原反应。基于以上的分析,提出了BTO/OR-CN光催化反应的可能的S型机理,在可见光的照射下,BTO和OR-CN中价带(VB)上的电子跃迁到导带(CB)上,价带上形成空穴,BTO导带上的电子可以转移到OR-CN的价带上并与空穴结合。由于OR-CN导带的电势比H+/H2(0 eV vs. NHE)更负,所以,H2O分子可以与电子反应生成H2。用三乙醇胺(TEOA)猝灭BTO价带上积累的空穴。
  • HORIBA用户动态 | 表面增强拉曼光谱探究银@碳点核壳纳米粒子的催化性能
    撰文:金静碳点(CDs)作为小的碳材料之一,自2004年被发现以来,已逐渐发展成为一种明星材料。作为一种新型的量子点,CDs具有可实用的光电转化能力,良好的生物相容性和低毒性,双光子吸收和上转换荧光能力,以及易于化学修饰和功能集成性等优点,在光催化,光电器件,环境检测和生物成像领域有着广泛的应用。将CDs与金属复合,以表面增强拉曼光谱(SERS)技术来研究复合基底界面与分子的化学相互作用和化学反应以及催化反应的机理,将为SERS技术的发展带来新的契机。基于以上背景,吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的赵冰教授和宋薇副教授等人在这方面做了新的研究,有了新的发现。该研究利用碳点的还原性制备出了浓度和尺寸都可调控的核壳结构银@碳点核壳纳米粒子(Ag@CDs NPs),作为SERS基底,检测到PATP探针分子低浓度为10-9 M,增强因子达6.7*10-5M,获得了佳的SERS信号。接着,与相同浓度的银纳米粒子(Ag NPs)进行SERS对比,结果发现Ag@CDs NPs具有更好的SERS性能。同时CDs荧光被猝灭后得到了其本身碳材料固有的D带和G带。之后,研究人员以Ag@CDs NPs同时作为SERS基底和催化剂,成功监测了Ag@CDs NPs催化氧化TMB,催化还原PNTP-DMAB以及PNTP-PATP的过程。他们欣喜地发现:由于CDs和Ag NPs的协同作用和电荷转移作用,Ag@CDsNPs的催化效率比相同浓度的单独的Ag NPs和CDs要高很多,并且检测到非常具有意义的H2O2的低浓度为1.6*10-8 M。由此得出Ag@CDs NPs具有更优良的SERS和催化性能的结论。图2.(a)SERS监控Ag@CDs NPs催化氧化TMB,(b) 不同浓度的H2O2催化氧化TMB的SERS,(c)Ag@CDs NPs 等离子体催化耦合PNTP-DMAB,(d) 以NaBH4为还原剂,Ag@CDS NPs 催化还原PNTP-PATP。本研究利用拉曼光谱不仅得到了被催化分子的变化信息,对分子的定性和定量具有重要意义,而且促进了核壳结构SERS基底的发展,扩展了CDs在SERS和催化领域的应用。值得一提的是,本研究中,SERS光谱的采集使用了HORIBA激光共聚焦拉曼光谱仪,所有的拉曼数据通过LabSpec软件进行分析。此项研究工作得到了国家自然科学基金项目的资金支持。相关成果近期发表在杂志《ACS Applied Materials& Interfaces》上,受到了业界同行的广泛关注,同时受邀报道在HORIBA科学仪器事业部上。Jing Jin,Shoujun Zhu, Yubin Song, Hongyue Zhao, Zhen Zhang, YueGuo, Junbo Li, Wei Song,Bai Yang, and Bing Zhao,“Precisely Controllable Core?Shell Ag@Carbon Dots Nanoparticles: Application to in Situ Super-Sensitive Monitoring of Catalytic Reactions”.ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 27956?27965.HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术,HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如:光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。
  • 新型光催化材料实现高效水净化!
    【研究背景】在当今社会,安全饮用水的缺乏成为了全球性的公共卫生问题。约30%的人口没有安全饮用水,60%的人口缺乏安全的卫生设施,水传播疾病每年造成约200万人的死亡,其中大多数是5岁以下的儿童。因此,水消毒对于确保家庭用水的安全至关重要。当前的水消毒技术主要分为生物、物理和化学三大类。其中,除了紫外线(UV)技术以外,其他物理/生物方法由于能耗高或消毒周期长,未能广泛应用于大规模水处理。化学消毒方法虽然在行业中占主导地位,但也存在二次污染风险,如产生有毒残留物和消毒副产物。因此,如何实现高效的消毒,同时避免二次污染,成为亟待解决的挑战。为了解决这一问题,斯坦福大学Yi Cui(崔屹)院士团队提出了异质催化消毒方法,主要包括光催化、电催化和热催化等。这些方法的核心机制是产生高活性氧化物质以破坏细菌细胞壁、细胞膜和DNA,导致细菌失活。然而,尽管光催化在节能和消毒效率方面具有良好的前景,现有光催化剂如TiO2在可见光吸收和催化效率上仍存在不足。因此,研究人员逐渐将目光转向可见光催化剂,并对其进行各种合成和改性技术的探索。近年来,基于MoS₂ 的异质催化系统因其优良的可见光吸收特性引起了广泛关注。本研究提出了一种可见光超快速水消毒一体化系统,通过多级组装实现了催化转化、扩散和生物破坏的超高效能,同时具备快速收集和回收的能力。这种新型水消毒系统的研发有望在水消毒领域带来革命性的变化。【表征解读】本文通过电子显微镜(SEM和TEM)观察了(Al₂ O₃ @v-MoS₂ )/Cu/Fe₃ O₄ 的微观结构,揭示了纳米材料在光催化消毒过程中优异的光吸收特性和高效的电子转移能力。在实验中,利用X射线光电子能谱(XPS)分析了材料表面的化学状态和成分,进一步探讨了铜颗粒在催化反应中的作用。这些表征手段为理解材料的反应机制提供了重要依据,尤其是在电子-空穴分离及ROS生成过程中的关键角色。针对水消毒中观察到的细菌灭活现象,本文通过荧光显微镜观察了细菌在光照条件下的生长情况,发现使用(Al₂ O₃ @v-MoS₂ )/Cu/Fe₃ O₄ 的样品在光照条件下显著抑制了大肠杆菌的繁殖。结合生物相容性测试,得到了光催化剂对细菌的生物破坏作用,进而挖掘了其在水处理中的应用潜力。此外,拉曼光谱用于分析材料在光照下的化学反应,验证了催化剂表面反应物的形成情况,从而增强了对光催化机制的理解。在此基础上,结合透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析,进一步表征了新材料的晶体结构和相变特性。结果表明,(Al₂ O₃ @v-MoS₂ )/Cu/Fe₃ O₄ 在阳光照射下表现出优异的光催化性能,尤其是在短时间内实现对大肠杆菌的高效灭活。通过这种系统的表征分析,重点研究了纳米材料在光催化反应中的活性位点与细菌之间的相互作用,揭示了其卓越的消毒机制。总之,经过多种表征手段的综合应用,深入分析了(Al₂ O₃ @v-MoS₂ )/Cu/Fe₃ O₄ 在水消毒中的反应机理。这些研究不仅推动了新材料的制备,更为未来的水处理技术发展提供了重要理论依据。最终,(Al₂ O₃ @v-MoS₂ )/Cu/Fe₃ O₄ 作为一种高效的光催化剂,为可持续水资源管理的进步提供了新的解决方案。【图文速递】图1. (Al2O3@v-MoS2)/Cu/Fe3O4的合成及消毒操作原理图图2. Al2O3@v-MoS2和(Al2O3@v-MoS2)/Cu的性质分析图3. (Al2O3@v-MoS2)/Cu系统的消毒性能和工作原理图4. (Al2O3@v-MoS2)/Cu/Fe3O4可回收的光催化消毒【科学启迪】本研究揭示了基于光催化的水消毒新策略,尤其是在真实阳光照射下的应用潜力,具有重要的科学启迪。首先,通过垂直排列的二硫化钼(MoS₂ )与铝氧化物的复合,有效拓宽了可见光的吸收范围,这为设计高效光催化剂提供了新思路。其次,利用铜颗粒形成的肖特基结加速电子传输,提高了光催化反应的效率,这强调了材料界面工程在催化剂优化中的重要性。此外,结合磁性氧化铁颗粒的设计,使催化剂的回收变得简便,为其实际应用奠定了基础。这一系列创新不仅提升了消毒性能,还展示了新型催化剂在环境治理中的潜在应用。最终,本研究为未来的水处理技术指明了方向,表明高效、可持续的水消毒技术可以通过合理的材料设计与光催化机制的结合实现。这为科研人员在环境科学、材料科学等领域的进一步探索提供了宝贵的参考和启发。原文详情:Wu, T., Liu, B., Liu, C. et al. Solar-driven efficient heterogeneous subminute water disinfection nanosystem assembled with fingerprint MoS2. Nat Water 1, 462–470 (2023). https://doi.org/10.1038/s44221-023-00079-4
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