催化学报

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第40卷第6期目次

2019, 40 (6): 0-0.

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第十一届全国环境催化与环境材料学术会议专栏

赵震

2019, 40 (6): 795-795. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63373-5

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异质/同质相结高效光催化的研究进展:以相变构建为例

杨凯, 李笑笑, 余长林, 曾德彬, 陈范云, 张开莲, 黄微雅, 纪红兵

2019, 40 (6): 796-818. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63290-0

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半导体光催化剂在环境处理和能量转换方面有着巨大的应用潜力，但由于电子-空穴对的复合作用，半导体光催化剂的光催化性能较低.相结的存在是提高电子-空穴分离效率及光催化活性的有效途径，对相结设计的深入研究是提高电荷转移性能和效率的有效手段.因此，相结光催化技术的发展，对于设计一个良好的相结和了解电子-空穴分离机理具有重要的意义.
通常，相结的构建需要特殊的制备技术以及良好的晶格匹配.纳米异质结材料结合快速转移载流子的特点，具有小尺寸效应和颗粒限域效应的优点，且具有单组分纳米材料或体相异质结不具有的独特特性.纳米晶异质结可以促进光生电子的快速转移，根据两种半导体带的相对位置，异质结可分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型，根据不同的电子转移途径可分为p-n型和Z-型.当p型半导体（空穴为多数电荷载流子）或n型半导体（电子为多数电荷载流子）密切接触时，由于能带和其它性质的差异，会形成结，并在结的两侧形成空间电位差.空间电位差的存在可以使产生光生载流子从一个半导体能级注入到另一个半导体能级，从而促进电子和空穴的分离，提高光催化效率.以p-n结为例，当它们在这两个区域共存时，它们的边界层形成一个薄的p-n结.由于p型区空穴浓度高，n型区电子浓度高，结处存在电子和空穴的扩散现象.在p-n结边界附近形成空间电荷区，从而在结内形成强的局域电场.在结的局部电场作用下，电荷在结两端累积形成电位差，后者作为驱动力可以有效地分离光生电荷.
近年来，人们在纳米相结的设计和制备上做了大量工作以提高光催化剂活性.虽然异质结具有优良的性能，但异质结的成分和元素并不是单一的，它的形成也不是一步反应.首先，需要分别合成异质结的两个成分，反应复杂，耗时，不环保.与异质结相比，同一材料通过相变构建的结也能实现光生载流子的高效分离.同质化不需要引入其它要素，因此引起了大量关注.在相变过程中，大多数均由不同晶相的半导体形成，如锐钛矿型/金红石型TiO₂，α-β相Ga₂O₃或六方/立方CdS.由于化学成分相同，半导体材料的能带结构不易改变.因此，对同晶材料的同质结研究较少.虽然已有几篇关于异质相结的综述论文，但通过对外部诱导相变法制备相结的回顾，仍可为读者提供有关该领域研究进展的新的认识.本文对低成本、高效率的相变思路在光催化领域中的应用进行了简要的总结，并对其在光催化领域中的应用前景进行了展望.

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单原子铂和氮化硼载体之间电子作用及其对丙烷脱氢反应催化性能的影响

孙晓颖, 刘美君, 黄瑶瑶, 李波, 赵震

2019, 40 (6): 819-825. DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63196-1

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随着世界范围内大规模页岩气资源的发现和开采，如何进一步高效转化页岩气生成高附加值化学品是提升页岩气资源利用率和增加经济收益的关键.页岩气主要的组分是甲烷，同时还包含10%左右的乙烷和丙烷.另一方面，由于当前丙烯的市场价格远远超过丙烷，因此丙烷到丙烯的催化转化是高效利用我国页岩气资源的有效途径.丙烷直接脱氢制丙烯是工业上常见的催化转化丙烷的方法.丙烷直接脱氢面临的主要问题是反应中积碳覆盖活性位导致催化剂失活.最近，单原子催化剂在烷烃碳氢键活化过程中表现出优异的催化性能，尤其在抑制深度反应、减少积碳方面有突出效果.然而，单原子催化剂在苛刻反应条件下容易团聚失活，因此选择合适的载体材料是单原子催化剂设计的关键.
本文利用氮化硼作为单原子铂催化剂载体，考察了其在丙烷直接脱氢反应中的催化性能.第一性原理计算表明，氮化硼载体上硼和氮空穴是单原子铂稳定的锚定点，同时单原子铂在硼和氮空穴上表现出截然相反的电子结构.电荷分析表明，在硼和氮空穴位上的单原子铂分别失去0.71 e和得到1.06 e个电荷.PDOS分析表明，在硼空穴上单原子铂在费米能级之上有更多的空轨道，有利于得到电子.通过密度泛函理论计算构建了从丙烷到丙烯的完整反应路径.计算结果表明，负载在硼空穴上的单原子铂比在氮空穴上的具有更好的碳氢键活化能力.在硼空穴和氮空穴上第一个碳氢键断裂能垒分别是0.64和0.82电子伏特，第二个碳氢键断裂能垒分别是0.26和1.10电子伏特.计算还详细分析了产物脱附过程，结果表明氢气先于丙烯脱附的路径能垒更小.同时丙烯脱附能垒已经接近或者超过丙烷碳氢键活化能垒.因此，对于丙烷直接脱氢反应，催化剂要兼顾丙烷碳氢键活化和产物脱附两个方面.虽然负载在硼空穴上的单原子铂催化剂有着优异的丙烷碳氢键活化能力，但产物丙烯由于强相互作用而难以脱附.另一方面，负载在氮空穴上的单原子铂对于碳氢键活化和产物脱附具有比较均衡的反应活性.
综上所述，氮化硼载体和单原子铂催化剂之间的电子结构作用对丙烷直接脱氢反应的催化性能有着重要影响.负载在硼和氮空穴的单原子铂表现出截然相反的电子结构，电子结构差异导致不同的催化性能.基于计算结果，负载在氮空穴上的铂单原子具有优异的丙烷直接脱氢催化性能.本工作为进一步加深理解单原子催化中载体的作用提供了理论依据.

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BiOI上Bi单质和缺陷的协同作用:增强的光催化NO去除和转化途径

孙明禄, 张文东, 孙艳娟, 张育新, 董帆

2019, 40 (6): 826-836. DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63195-X

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BiOI具有独特的层状结构及较窄的带隙，是具有可见光响应的光催化剂.然而，高光生载流子复合率抑制了其光催化活性.大量研究表明，氧缺陷不但是催化剂表面最具活性的位点，而且可以通过减小禁带宽度扩大光响应范围.与此同时，氧缺陷也可以作为光致电荷陷阱，抑制电子-空穴复合，并作为电荷转移到吸附物种的吸附位点.金属的表面等离子体共振（SPR）效应为半导体材料更高效的光吸收和利用提供了一条崭新的途径，从而可以获得更好的太阳光转换和光催化效率.然而，SPR效应和由氧缺陷引起的多个中间能级协同作用还未被探究.本文研究了利用金属铋的SPR效应和引入缺陷共同提高BiOI的光催化性能.通过部分还原BiOI制备出具有较高可见光催化去除氮氧化物活性的Bi@缺陷型BiOI，研究了还原剂用量对Bi@缺陷型BiOI光催化性能的影响.发现用2mmol还原剂NaBH₄制备的光催化剂（Bi/BiOI-2）具有最高效的可见光催化活性.
XRD、XPS、SEM和TEM表征表明Bi单质沉积在BiOI表面，整个体系由纳米片自组装为海绵状立体结构.BET比表面积增大，结合SEM推测是由纳米片的分层堆叠造成的.UV-DRS表明带隙宽度仅有1.8eV的BiOI具有可见光响应.EPR和态密度（DOS）结合可以证明氧缺陷及其激发多个中间能级的存在.中间能级可以促进电子在可见光下从价带到导带的转移.PL表明体系中Bi金属的SPR效应所激发的电磁场可以促进光生载流子的分离.通过DFT理论计算催化剂的电子结构，差分、电子局域函数（ELF）及电势表明Bi单质和Bi-O层间强的共价作用形成一个通道，使得热电子从较高电势的Bi单质向相对低电势的BiOI传递，Bi单质PDOS的计算证明价带变宽归因于Bi元素轨道的贡献，Bi的SPR效应激发BiOI的电子到更高能级并聚集在价带顶，这有利于光生载流子的分离.ESR表明提升的电荷分离和迁移率促进了羟基和超氧自由基的产生.结合表征及理论计算结果，活性的增强可归因于金属Bi和氧空位的协同效应.氧缺陷激发的中间能级促进了电荷转移，Bi金属的SPR效应使可见光吸收效率提高并且促进了光生载流子分离，这些是增强光催化性能的关键因素.此外，采用原位红外光谱法（FT-IR）对Bi/BiOI-2的NO吸附和反应过程进行了动态监测.根据中间产物分析和DFT计算结果，提出了金属Bi和氧空位协同作用提高Bi/BiOI光催化性能的机理.本研究为高性能光催化剂的设计和理解空气净化光催化反应机理提供了新的思路.

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AgAuPd/meso-Co₃O₄高效甲醇氧化催化剂

杨军, 刘雨溪, 邓积光, 赵星天, 张昆锋, 韩卓, 戴洪兴

2019, 40 (6): 837-848. DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63205-X

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甲醇是重要的化工原料和溶剂，也是一种典型的挥发性有机物（VOCs），其排放会对人体和大气环境造成危害.迄今为止，最有效的消除低浓度VOCs的方法是催化氧化.该方法具有VOCs去除效率高、起燃温度低、设备简单且无二次污染等优点.众所周知，负载贵金属催化剂对VOCs氧化显示良好的低温活性，但反应气流中的水分会降低贵金属的催化性能.研究表明，与单一贵金属催化剂相比，贵金属合金催化剂不仅具有高的催化活性，而且还具有良好的水热稳定性.尽管已有文献报道了二元贵金属合金催化剂对VOCs的催化氧化，然而VOCs在三元贵金属合金上催化氧化的研究则较少.本文采用三维有序介孔结构的二氧化硅（KIT-6）硬模板法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了0.68 wt% Ag_0.75Au_1.14Pd/meso-Co₃O₄，0.84 wt% Ag_0.54Au_2.29Pd/meso-Co₃O₄和0.93 wt% Ag_0.51Au_0.65Pd/meso-Co₃O₄三元贵金属合金催化剂以及0.28 wt% Ag/meso-Co₃O₄，0.35 wt% Au/meso-Co₃O₄和0.33 wt% Pd/meso-Co₃O₄单一贵金属催化剂.利用电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、高角环形暗场-扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、X射线光电子能谱（XPS）和氢气-程序升温还原（H₂-TPR）技术表征了催化剂的物化性质.催化剂的活性评价在固定床石英微型反应器中进行，反应气组成为0.1%甲醇+氧气+氮气（平衡气），甲醇/氧气摩尔比为1/200，空速约为80000mL g^–1 h^–1，利用气相色谱检测反应物和产物的浓度.
广角度XRD结果表明，meso-Co₃O₄具有立方晶相结构.XRD谱中未检测到Ag，Au和Pd的衍射峰，系贵金属负载量低且均匀分散在载体表面所致.贵金属粒径为2.8-4.5nm.小角度XRD和TEM结果表明，meso-Co₃O₄具有有序介孔结构.从HAADF-STEM照片可以观察到，0.68 wt% Ag_0.75Au_1.14Pd/meso-Co₃O₄中的贵金属形成了Ag-Au-Pd合金.BET结果显示，所制得催化剂的比表面积为115-120m²/g，孔径为5.7-6.0nm，孔容为0.15-0.16cm³/g.XPS结果表明，贵金属与载体之间较强的相互作用使0.68 wt% Ag_0.75Au_1.14Pd/meso-Co₃O₄具有最低的表面Co³⁺/Co²⁺摩尔比，从而使该催化剂表面拥有更多的氧空位，有利于吸附和活化氧气，提高表面吸附氧浓度，从而提高催化活性.0.68 wt% Ag_0.75Au_1.14Pd/meso-Co₃O₄具有最低的还原温度（即最好的低温还原性），有利于催化活性的提高.因此，高分散的Ag_0.75Au_1.14Pd纳米粒子、高的吸附氧浓度、优良的低温还原性以及载体与Ag_0.75Au_1.14Pd粒子之间强的相互作用是0.68Ag_0.75Au_1.14Pd/meso-Co₃O₄具有最高催化活性（当空速为80000mL g^–1 h^–1时，T_50%=100℃和T_90%=112℃）的主要原因.在反应温度为110℃和空速为80000mL g^–1 h^–1的条件下，向反应体系中分别引入3.0 vol%水蒸气和5.0 vol%二氧化碳，甲醇转化率分别下降6.0%和7.0%；当切断水和二氧化碳后，甲醇转化率均恢复到在无水和二氧化碳时的数值.因此，水和二氧化碳对该催化剂的失活是可逆的.换句话说，0.68 wt% Ag_0.75Au_1.14Pd/meso-Co₃O₄具有优良的水热稳定性和抗二氧化碳中毒能力.

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Pd/TiO₂催化剂上氢气选择性催化还原NO_x的研究

张祎旸, 曾慧, 贾斌, 王智华, 刘志明

2019, 40 (6): 849-855. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63297-3

摘要 ( 170 ) [Full Text(HTML)] ()

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氮氧化物（NO_x）的控制是当前环境催化领域研究的热点.氢气选择性催化还原NO_x（H₂-SCR）近年来引起研究者的高度关注.在H₂-SCR反应中，NO_x可在较低的温度（100–300℃）下被还原，并且过量氢气会与氧气反应生成水，不会导致二次污染.研究表明，Pd基催化剂在H₂-SCR反应中具有良好的活性，并且其催化活性与Pd的化学价态密切相关，Pd⁰较Pd²⁺具有更高的催化活性.
鉴于Pd的化学价态与催化剂的制备方法密切相关，本文通过浸渍法、沉积–沉淀法和聚乙二醇还原法分别制备了Pd/TiO₂（IM）、Pd/TiO₂（DP）和Pd/TiO₂（PR）催化剂，研究了不同方法制得的Pd/TiO₂催化剂对H₂-SCR的催化性能.实验结果表明，与Pd/TiO₂（IM）和Pd/TiO₂（DP）相比，Pd/TiO₂（PR）催化剂的催化活性明显提高，并且温度窗口显著拓宽.
为了揭示Pd/TiO₂（PR）催化剂具有高活性的原因，对Pd/TiO₂（IM）、Pd/TiO₂（DP）和Pd/TiO₂（PR）催化剂进行了一系列分析表征.XRD分析表明，在三种不同方法制备的Pd/TiO₂催化剂上，活性组分Pd高度分散在TiO₂表面.TEM结果也证实了Pd高度分散在TiO₂表面，并且在Pd/TiO₂（PR）催化剂上，Pd颗粒粒径（1.02nm）最小，这可能是Pd/TiO₂（PR）催化剂具有高活性的原因之一.XPS分析表明，在Pd/TiO₂（IM）和Pd/TiO₂（DP）催化剂中，Pd主要以Pd²⁺的形式存在；而在Pd/TiO₂（PR）中，Pd则以Pd⁰的形式存在，高分散的Pd⁰有利于H₂-SCR反应的进行.同时，Pd/TiO₂（PR）中表面吸附氧（O_α）含量明显高于Pd/TiO₂（IM）和Pd/TiO₂（DP），较高含量的O_α能有效促进NO_x的吸附与活化，从而促进NO_x还原反应的进行.
通过原位漫反射红外光谱（In-situ DRIFTS）分析发现，与Pd/TiO₂（IM）催化剂上NO+O₂稳态吸附的光谱相比，Pd/TiO₂（PR）催化剂上螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根的特征峰明显增强.同时观测到Pd⁰上吸附的单齿亚硝酰基特征峰，由此进一步证实在Pd/TiO₂（PR）催化剂中Pd以Pd⁰的形式存在.NO+O₂ → H₂（或H₂+O₂）→ NO+O₂瞬态吸附研究表明，Pd/TiO₂（PR）催化剂上吸附的NO_x具有高的反应活性，并且吸附态NO_x和H₂（或H₂+O₂）反应可生成中间产物NH₃，NH₃可进一步与NO_x反应.Pd/TiO₂（PR）催化剂上高分散的Pd⁰以及在反应条件下表面生成的更多螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根反应中间体是其具有高H₂-SCR催化性能的主要原因.

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胆碱和^*BEA分子筛在硅锗铝IWR分子筛制备中的协同导向效应

付文华, 袁志庆, 金少青, 刘巍, 王振东, 王传明, 王仰东, 杨为民, 何鸣元

2019, 40 (6): 856-866. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63324-3

摘要 ( 213 ) [Full Text(HTML)] ()

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分子筛的制备过程一般需要结构导向剂的参与.结构导向剂主要包括碱（土）金属离子、有机胺或季铵盐为代表的有机模板剂和固体晶种等三类.研究合成凝胶中不同结构导向剂之间的作用对于理解分子筛晶化机理意义重大.以往的研究大都集中在模板剂-模板剂、模板剂-碱（土）金属离子和模板剂-同晶之间的相互作用，迄今尚未有模板剂-异晶之间相互作用研究的报道.
我们研究组首次发现模板剂和异晶在分子筛制备中存在协同导向效应.在硅锗铝IWR分子筛的合成中，我们考察了不同的季铵碱模板剂和铝源，发现只有使用胆碱作模板剂、^*BEA分子筛作铝源才可以成功制得目标分子筛，相同条件下不加入^*BEA分子筛或换用MOR、ZSM-5、MCM-22、USY分子筛及异丙醇铝等铝源都无法合成得到IWR分子筛.这说明^*BEA分子筛在IWR分子筛的制备中起到了其他铝源所不具备的结构导向作用，因此我们称之为合成IWR分子筛的“异晶”.
为了研究胆碱和^*BEA分子筛之间的相互作用，进而揭示模板剂-异晶协同导向制备分子筛的一般规律与反应机理，我们制备了不同晶化时间的IWR分子筛样品，使用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-拉曼光谱（UV-Raman）、固体核磁共振（MAS NMR）和N₂物理吸附等手段对这些样品进行了表征.结果显示，加热过程中^*BEA分子筛首先发生溶解解离，72h后该分子筛相完全消失；12h开始出现CDO分子筛相，随着晶化时间延长，CDO分子筛先增多后减少，在24h时达到最大值，120h时消失，说明该分子筛是晶化过程的一个中间相；IWR分子筛在12h开始出现，此后结晶度不断升高，至168h晶化完全.
在上述表征的基础上，我们提出了模板剂-异晶协同导向制备IWR分子筛的晶化机理.IWR分子筛的晶化分为以下5个步骤：（1）^*BEA分子筛溶解解离得到硅铝4元环、5元环和6元环等结构单元；（2）胆碱诱导形成硅锗5元环结构单元；（3）硅锗5元环组装生成CDO分子筛；（4） CDO分子筛溶解解离形成硅锗5元环；（5）^*BEA分子筛导向的结构单元与胆碱导向的结构单元重组生成IWR分子筛.其中，步骤3和4是一对可逆反应，且可与步骤5同时进行；随着反应物原料的不断消耗，步骤5占据主导，从而导致CDO分子筛完全消失和IWR分子筛的结晶完成.由于胆碱只导向生成5元环结构单元，而构成IWR分子筛骨架结构的4元环和6元环只能由^*BEA分子筛提供，因而模板剂和异晶在反应中都不可或缺，二者起到协同导向的作用.分析发现，^*BEA分子筛与IWR分子筛具有共同的结构单元（4、5、6元环）和一定的结构相似性是其可以成为异晶、发挥协同导向作用的关键.
上述协同导向法的关键在于模板剂和异晶分别导向生成部分结构单元，再经重组得到目标分子筛.这种方法有望用于合成通过传统水热法难以得到的分子筛，并且为新结构分子筛的开发提供新思路.使用协同导向法制备更多种类分子筛的研究正在进行中.

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可用于高效光催化制氢的Ni-P团簇改性氮化碳材料

王雅婕, 李瑶, 曹少文, 余家国

2019, 40 (6): 867-874. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63343-7

摘要 ( 164 ) [Full Text(HTML)] ()

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在过去的几十年里，化石能源的过度消耗导致了全球能源短缺和环境污染，这严重制约着人类社会发展.因此，寻找一种清洁的可再生的能源成为了人们亟待解决的问题.太阳能是地球上最丰富的能源，通过半导体光催化技术把太阳能转化为清洁的氢能是解决能源危机和缓解环境污染最有效的方法之一.石墨相氮化碳（CN）具有合适的能带结构、良好的稳定性、无毒性，且合成方法简单、成本低廉，因而被视为是一种非常有潜力的半导体光催化剂.然而，由于CN在光催化反应过程中光生电子与空穴极易发生复合，严重影响了电子从体相到外表面的转移过程以及随后的光催化质子还原反应，使得CN光催化制氢效率不高.通过负载助催化剂可以有效地促进光生电子和空穴的分离.但是现有的高效助催化剂一般为贵金属，如Pt，Pd和Au等，成本较高，不利于实际应用.因此，寻找高效、稳定且廉价的助催化剂成为光催化领域的挑战之一.本文通过化学镀的方法将Ni-P合金团簇锚定在CN表面，并通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、X射线光电子能谱（XPS）、稳态荧光光谱（PL）、时间分辨荧光光谱（TRPL）、光电化学测试和光催化制氢测试等方法研究了负载Ni-P助催化剂对CN晶体结构、化学组成、微观形貌、吸光能力、电荷转移以及光催化性能的影响.
XRD，FTIR，FESEM和TEM的结果显示，Ni-P均匀紧密地与CN结合在一起.UV-vis DRS测试表明，负载Ni-P提高了材料体系的光吸收能力.XPS结果表明，在复合光催化剂中电子从CN转移到了Ni-P助催化剂上，表明光催化剂和助催化剂之间强的界面相互作用.PL，TRPL和光电化学测试结果表明，与普通CN相比，负载了Ni-P的CN有更小的荧光强度、更短的荧光寿命和更小的电荷转移电阻.这说明负载Ni-P助催化剂提高了CN的电荷转移效率，抑制了光生电子和空穴的复合.因此在光催化制氢反应中，复合光催化剂的氢气产率可高达1506μmol h^-1 g^-1，可以与负载贵金属Pt助催化剂的CN相媲美，并且在9h的循环试验中，产氢性能没有明显下降.综上所述，Ni-P合金团簇在光催化质子还原反应中有望作为贵金属助催化剂的高效、稳定且廉价的替代品.

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含咪唑环与嘧啶环的可可碱掺杂的氮化碳聚合物及其增强的光催化性能

李泽浩, 杨茜, 陈成成, 张正国, 方晓明

2019, 40 (6): 875-885. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63337-1

摘要 ( 221 ) [Full Text(HTML)] ()

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氮化碳聚合物（PCN）是一种有潜力的聚合物型半导体光催化剂，具有原料廉价、物理化学稳定性好以及合适的带边等优点，使其在光催化分解水产氢产氧、降解染料以及抑菌等方面具有很大的潜力.但是由于高电负性的N原子被低电负性的C原子均匀地取代，增加了PCN内部电子传输的难度，使得光生电子–空穴对的复合度增加，进而光催化活性降低.由于PCN的分子结构可调控，所以可以通过分子掺杂来改变氮化碳分子结构，提高光催化活性.常用的分子有机分子，比如吡啶类化合物、嘧啶类化合物以及噻吩类化合物.研究发现，强电负性元素的引入可以改变氮化碳的电子分布，所以含有两个N原子的咪唑类化合物理论上对氮化碳的光催化活性提升帮助更大.由于此类化合物还未见有报道.因此，本文将同时含有咪唑环和嘧啶环的可可碱与尿素反应，生成了咪唑环与嘧啶环共掺杂的氮化碳聚合物，并通过一系列的表征方法验证了咪唑环与嘧啶环成功引入到氮化碳聚合物结构中；然后利用紫外可见光谱（UV-vis），荧光发射光谱（PL），电子顺磁共振（EPR）等实验与DFT理论计算共同验证了咪唑环与嘧啶环共掺杂的氮化碳光学性能；最后通过光催化分解水产氧和降解罗丹明B（RhB）来评价改性后氮化碳的活性.
UV-vis测试结果表明，改性后的PCN不仅本征吸收发生红移，而且在波长450到550nm之间有一个明显的吸收峰，这是由于引入咪唑环和嘧啶环后本征n→π^*电子跃迁所致.并且改性后的PCN的禁带宽度相比于未改性有所降低，说明其可利用的可见光范围增加.PL和EPR结果表明，改性后的PCN不仅光生载流子的复合得到了极大地抑制，而且能够产生更多的孤对电子.通过XPS价带谱，莫特–肖特基曲线以及DFT理论计算推断出改性前后PCN的带边位置，发现改性后PCN的价带位置更正，说明其产生的空穴氧化能力更强.光催化分解水产氧和降解RhB发现，最优改性样品CN40的产氧和降解RhB活性分别是未改性氮化碳的4.43倍和5.1倍.这说明通过咪唑环和嘧啶环共掺杂改性后的氮化碳的光催化活性确实得到了大幅度提升.最后通过添加各种牺牲剂和ESR/DMPO表明·O₂^-和空穴是降解RhB的主要因素.
综上所述，通过咪唑环和嘧啶环共掺杂改性氮化碳聚合物，不仅提高了其光吸收能力，抑制了光生载流子的复合，产生更多的孤对电子，而且使得价带位置正移，提高了价带空穴的氧化能力，光催化活性显著提高.

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等离子共振效应的Ag纳米颗粒修饰生物炭点/Bi₄Ti₃O₁₂纳米片复合材料的制备及其光催化性能

汪涛, 刘锡清, 门秋月, 马长畅, 刘洋, 马威, 刘志, 魏茂彬, 李春香, 闫永胜

2019, 40 (6): 886-894. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63330-9

摘要 ( 122 ) [Full Text(HTML)] ()

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众所周知，能源危机和环境污染是当前人们所面临的巨大难题和挑战，因此寻找或开发一种高新的技术解决上述难题尤为重要.近年来，基于半导体的光催化技术被广泛应用于能源制备和环境污染物去除领域，该技术通过直接转化太阳能为化学反应所需的能量来产生催化作用，使周围的氧气或水分子激发成活性物质，进而进行催化反应，且同时催化材料自身不受损耗，被认为是一种高效、安全的环境友好型技术.
Bi₄Ti₃O₁₂是一种物理化学性质稳定、环境友好型的半导体材料，也是当前研究较多的一类铋系半导体光催化材料.然而，纯相的Bi₄Ti₃O₁₂纳米材料自身电子分离效率低且可见光响应范围窄，严重限制了其在光催化领域的应用.Ag纳米颗粒具有等离子共振效应，可以形成强的电场作用，从而增强光的利用和电子-空穴对的产生.碳点（CDs）是一类表面基团丰富、具有独特光物理性质的纳米级碳材料.碳点修饰的半导体光催化剂具有良好的稳定性和光催化活性.因此，制备Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂可以有效扩宽Bi₄Ti₃O₁₂的光吸收范围，增强电子-空穴对的分离效率，从而提高光催化活性.
本文利用竹子作为碳源，通过简单的水热法合成碳点，以熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂纳米片，用简单的物理混合法将碳点修饰在Bi₄Ti₃O₁₂表面，再通过光沉积法将Ag⁺还原在CDs/Bi₄Ti₃O₁₂的表面，从而制备出Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂.以10mg/L的四环素水溶液作为目标污染物，测试光催化剂在可见光下对目标污染物的降解能力.采用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、荧光光谱（PL）和光电流等表征方法分析了催化剂的结构特征、微观形貌和光电性质等.XRD分析表明Bi₄Ti₃O₁₂材料被成功合成，在CDs和Ag纳米颗粒进行修饰后未改变Bi₄Ti₃O₁₂的晶型结构.XPS和EDS mapping的结果均表明复合材料由Ag，C，Bi，Ti和O元素组成，说明Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂成功制备.UV-vis DRS结果表明，Ag和CDs的修饰扩宽了Bi₄Ti₃O₁₂的可见光吸收范围.荧光光谱和光电流结果也证明了Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂具有更好的光响应能力和电子分离效率.光催化性能测试最终证实Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂在可见光下具有良好的催化降解能力.循环实验说明Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂具有很好的稳定性，是一种具有潜力的催化材料.
用不同捕获剂进行了自由基捕获实验，研究了Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂的催化机理，结果证实超氧自由基和空穴在光催化过程中起主要作用，羟基自由基也部分参与反应.总之，将碳点、Ag纳米颗粒与Bi₄Ti₃O₁₂结合制备的Ag/CDs/Bi₄Ti₃O₁₂复合光催化剂具有良好的光催化性能，该工作为相关材料的制备和光催化研究提供了理论依据.

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空间位阻对吡啶过度修饰导致丝光沸石二甲醚羰基化酸性位中毒后再生的诱导作用

赵娜, 田野, 张丽芙, 程庆鹏, 吕帅帅, 丁彤, 胡振芃, 马新宾, 李新刚

2019, 40 (6): 895-904. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63335-8

摘要 ( 142 ) [Full Text(HTML)] ()

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当今世界环境与能源问题日益加剧，乙醇作为一种重要的清洁燃料和化学品受到广泛关注，迫切需要探索高效的乙醇合成方法，以满足日益增长的市场需求.其中，将煤炭、生物质、页岩气等为原料合成的二甲醚通过羰基化反应制乙酸甲酯、乙酸甲酯加氢制乙醇的串联式绿色乙醇合成路线具有重要的工业应用前景.然而，在二甲醚羰基化过程中，丝光沸石分子筛易积碳失活，阻碍了其工业应用.吡啶改性可以毒化丝光沸石12元环孔道中的酸性位，抑制积碳的形成，进而大幅度提高该催化剂的稳定性，但同时会使其催化活性降低约40%–50%.
为了解决这一难题，本文从分子水平上研究了吡啶吸附行为以及分子筛骨架空间位阻对丝光沸石催化剂上二甲醚羰基化反应的影响.通过解析丝光沸石的骨架结构，我们发现位于8元环侧袋和12元环孔道共用孔壁处O2位置上的酸性位是二甲醚羰基化反应的活性位，但它们在吡啶修饰过程中易被毒化而使催化剂活性下降.密度泛函理论计算结果表明，吡啶分子因受分子筛骨架空间位阻的影响，在O2处酸性位上的吸附较弱.而实验结果也表明，通过673K热处理可以再生被吡啶毒化的O2活性位，而并不影响12元环孔道中其它吡啶分子的吸附.因此，该热处理方法可以使丝光沸石催化剂保持高稳定性的同时，将二甲醚羰基化反应催化活性提高约60%.本文从分子水平证明了丝光沸石中O2活性位对二甲醚羰基化反应的重要作用，为绿色乙醇合成技术研究提供了新的思路，也为其它高效分子筛催化体系设计提供了有益的参考.

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CuO调配SnO₂表面用于碳烟颗粒燃烧:单层分散阈值效应对催化性能的影响

沈家庭, 冯小辉, 刘瑞, 徐香兰, 饶成, 刘建军, 方修忠, 谭超, 谢有畅, 王翔

2019, 40 (6): 905-916. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63354-1

摘要 ( 154 ) [Full Text(HTML)] ()

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柴油发动机由于具有良好的动力和经济性等优势而得到广泛的应用，但排放的尾气中碳烟颗粒物（PM）却给人类健康和环境带来了严重的危害.目前PM污染的治理引起了广大科研工作者的关注.催化燃烧成为PM污染消除技术中最有效的方法.
金属氧化物负载到载体上时，通常会出现单层分散现象，其单层分散容量可以通过XRD，XPS和Raman等外推法测定.此外，当负载体系用作某种反应的催化剂时，往往会表现出单层分散阈值效应，即阈值附近的催化剂通常具有较高的活性和选择性等.目前单层分散理论已被广泛接受，成为设计高性能催化材料的重要指导思想.
在过去八年本课题组将SnO₂基催化材料用于多种环保和能源反应，并系统地探究了其催化性能.结果表明，SnO₂含有丰富的表面活泼氧和晶格氧，且热稳定性高，是一种优良的催化剂载体.基于单层分散理论，为获得更实用的PM燃烧催化剂，我们利用浸渍法设计制备了系列不同CuO负载量的CuO/SnO₂催化剂，并使用XRD，XPS，Raman，TEM，STEM-mapping，H₂-TPR，soot-TPR和O₂-TPD等手段深入研究了其构效关系.利用XRD和XPS外推法测得的CuO高度分散在SnO₂载体表面，其单层分散阈值为2.09mmol 100 m^-2，即相当于4.8% CuO负载量.低于该负载量时，CuO以亚单层分散态存在；而高于该负载量时，形成的CuO微晶和单层分散态的CuO共存.在单层分散阈值之前，催化剂的碳烟燃烧活性随CuO负载量的升高而上升；进一步提高CuO负载量对其活性无明显的影响.Raman结果表明，在单层分散阈值之前，CuO负载到SnO₂载体上可有效形成表面活泼氧中心，且其含量随CuO负载量升高而增加；进一步提高CuO负载量则对其含量无明显改变.因此，CuO/SnO₂催化剂用于碳烟颗粒燃烧具有明显的阈值效应.以上结果表明，表面活泼氧中心含量是决定该催化剂活性的主要因素.

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PbO₂/Sb-SnO₂/TiO₂纳米管阵列电极电化学氧化降解罗丹明B

武佳, 朱凯, 徐浩, 延卫

2019, 40 (6): 917-927. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63342-5

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罗丹明B（RhB）在印染废水中广泛存在，具有难降解和易积累等特点，严重威胁生态系统和人类健康，因此寻找一种高效、清洁、经济的处理方法引起人们的广泛关注.电化学氧化法因其操作简单、环境友好等特点而广泛应用于难处理废水或有毒废水的降解，但过多的能源消耗限制了其进一步应用.在电化学氧化过程中，电极材料的选择是影响电催化性能的重要因素之一，目前的电极材料主要有硼掺杂金刚石电极、IrO₂电极、RuO₂电极和PbO₂电极等.在这些电极材料中，PbO₂电极因价格低廉、导电性良好、化学稳定性好及析氧电位高等优点而成为具有潜力的电极材料之一.近年来，为了提高PbO₂电极的电催化活性和稳定性，研究者对其进行了一系列掺杂改性，如Cu，Bi，Ce，Fe和F等金属或非金属掺杂，以及与TiO₂，SnO₂，ZrO₂，Co₃O₄和TiN等其他化合物复合等.
相比于传统的PbO₂电极基底Ti，TiO₂纳米管阵列具有高度有序、垂直取向、表面积大及亲水性良好等优势，这些特性可使其成为一个更好的载体，关于其做基底负载电催化活性层的研究引起了人们的广泛关注.本文以TiO₂纳米管阵列作为基体，通过微波法沉积Sb-SnO₂中间层，电沉积法沉积PbO₂b表层（含α-PbO₂内层和β-PbO₂外层），制得一种复合DSA阳极材料，并将其用于处理RhB废水.通过扫描电镜（FE-SEM）、X射线衍射（XRD）和电化学测试等手段对该复合电极进行了表征，系统探讨了RhB初始浓度、电流密度、pH值、温度和氯离子浓度等因素对电化学氧化降解过程的影响，并对电极稳定性及RhB降解机理进行了深入研究.
SEM和XRD结果表明，PbO₂/Sb-SnO₂/TiO₂纳米管阵列电极表面涂层覆盖紧密，电化学测试结果表明该电极寿命达815 h.RhB电化学氧化实验结果发现，RhB降解过程遵循准一级动力学模型，且高的电流密度、中性环境、低温和氯离子的添加均有利于其降解，但电流密度过高以及人工降温均会造成能耗过大，而氯离子的加入会带来潜在的二次污染，故在实际应用中需根据实际情况进行调节.此外，通过系统研究不同参数的影响，发现该复合电极对外界环境具有较强的适应性及催化能力，而降解机理的提出有利于我们更好地研究降解过程中变化.综上可知，该复合电极较强的稳定性及催化活性使其在电化学氧化降解废水中具有较大潜在应用前景.

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二维g-C₃N₄表面Au粒子尺寸调节的界面电子传输行为及光催化性能

李鑫, 刘重阳, 吴东遥, 李金择, 霍鹏伟, 王会琴

2019, 40 (6): 928-939. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63347-4

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目前，环境污染与能源危机是直接影响着人类生存与发展的两大难题.以半导体材料作为催化剂、太阳能作为驱动力的光催化技术由于具有成本低廉、清洁环保、反应条件温和等优点被认为是解决上述问题最具开发价值的理想方法，并得到科研工作者的广泛研究与关注.近几十年的研究表明，该技术在有机污水处理及光催化还原CO₂转化成高能燃料领域均有良好表现.本文采用高温热聚合及酸处理剥离技术，以尿素作为原料，成功制备出薄层二维g-C₃N₄（CN）纳米片材料，并以该材料作为载体及催化主体，通过恒温水浴还原技术在其表面负载不同尺寸的Au纳米粒子，成功制备出一系列Au/CN复合光催化材料.
运用系统的表征及测试手段，对所制备的二维光催化材料的晶相结构、化学组分、形貌和表面特征及光电化学特性进行了详细表征与研究，并针对该二维材料表面Au纳米粒子的尺寸效应、表面效应和等离子体共振效应（LSPR）等特性研究了复合材料界面间电子的传输效率与迁移机制.尺寸较小的Au纳米粒子的费米能级到CN导带底端的距离较短，其表面原子比例及缺陷含量较高，有利于Au纳米粒子对光生电子的捕获并抑制电子空穴对的复合.由于LSPR效应，可见光下Au表面可产生大量高能热电子并注入到CN表面，从而抑制光生电子从CN导带到Au表面的传输.三维时域有限差分法（FDTD）模拟结果显示，Au纳米颗粒的尺寸越大，拥有的LSPR效应越强，其表面热电子含量越高，光电子传输抑制现象越强烈.光电化学性能分析（PEC）结果显示，在颗粒分布密度合理的情况下，具有较小尺寸Au纳米颗粒的复合材料内部光生电子空穴对的分离效率越高.
光催化实验表明，在Au纳米粒子分布合理的情况下，拥有最小Au纳米颗粒尺寸的3-Au/CN样品表现出最好的光催化活性.在可见光条件下照射30min，该样品对罗丹明B水溶液（RhB，10mg/L）的光降解效率高达92.66%；紫外光条件下照射8h，该样品光催化还原CO₂转化成CO和CH₄的产率分别为77.5和38.5μmol/g，约是纯CN还原性能的6倍和10倍.结合文献报道及上述实验结果，我们提出了一个尺寸影响的光催化作用机制.

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一步水热法有效调变锰钾矿中钾含量及其对锰钾矿催化剂氧化还原性和催化性能的影响

潘会严, 陈小伟, Oihane Sanz, Miguel A. Cauqui, Jose M. Rodríguez-Izquierdo, Juan J. Delgado

2019, 40 (6): 940-952. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63339-5

摘要 ( 201 ) [Full Text(HTML)] ()

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锰钾矿是一种同时具有1×1和2×2孔道的八面体分子筛结构的氧化锰材料.通常情况下，1×1孔道是空的，2×2孔道可以被水或者不同的阳离子占据，当占据2×2孔道的阳离子为K⁺时即为锰钾矿.据文献报道，锰钾矿被广泛用于不同的催化氧化反应如一氧化碳氧化、亚甲基蓝分解、有机污染物氧化消除和小分子烷烃氧化，并表现出良好的催化性能，这通常被认为是其表面存在的活性氧物种使这类催化剂具有独特的氧化还原性.但是，关于这些活性氧的来源并没有很好的解释，而这对优化锰钾矿的氧化还原性及催化活性非常重要.如上所述，由于孔道中K⁺的存在，部分四价锰被还原为三价锰以保持电荷平衡，这意味着锰钾矿中三价锰的含量或者锰的平均价态会随着孔道中K⁺含量不同而变化.因此，锰钾矿中钾含量可能对其氧化还原性产生重要影响.然而，最近发表的几篇文献中关于K⁺含量对锰钾矿表面活性氧或氧空位影响的结果相互矛盾，因此有必要进一步深入研究K⁺含量对锰钾矿材料氧化还原性及催化活性的影响.
本文以高锰酸钾作为氧化剂和锰的前驱体，乙醇为还原剂，通过改变水热反应温度（80–120℃）和乙醇浓度（50–1550mmol/L），用一步水热法成功合成了不同钾含量的锰钾矿和软锰矿纳米材料.采用X射线衍射（XRD）、物理吸附、X射线荧光光谱（XRF）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X光电子能谱（XPS）、程序升温脱附（TPD）和程序升温还原（CO-TPR）等表征技术研究了K⁺含量对锰钾矿材料结构稳定性和氧化还原性的影响及进一步对一氧化碳催化氧化活性的影响.
XRD结果表明，在较低合成温度（80和100℃）时主要得到锰钾矿，在120℃并且乙醇浓度较高（960和1550mmol/L）时主要得到软锰矿.这些不同合成条件下得到的锰钾矿具有不同的结晶度、比表面积及钾含量等性质，根据这些性质，将制备的众多样品分为三组进行讨论.A组是具有高结晶度、中等比表面积（100–135m²/g）和高钾含量（~16%）的锰钾矿样品；B组锰钾矿样品结晶度较低，但比表面积高（160–200m²/g），钾含量中等（~11%）；C组主要是软锰矿结构的氧化锰材料，结晶度高，但比表面积低（13–50m²/g），钾含量也低（<5%）.
SEM和TEM结果表明，这三组样品均为大小不同的纳米棒状形貌，DDP分析结果与XRD结果一致，A组和B组中大直径与小直径的纳米棒样品都具有完好的锰钾矿结构.与XRF结果相同，XPS分析也发现A组样品比B组样品具有更高的钾含量，即B组样品的四价锰含量更高.对Mn 3s结合能区域分析，根据文献中报道的锰的平均氧化态公式AOS=8.956-1.126×△E_3s计算得到A，B和C组样品的AOS分别为3.73，3.81和3.96.TPD和CO-TPR表明，B组锰钾矿样品比A组更容易释放氧，也更容易被还原.这些结果都表明A组锰钾矿比B组锰钾矿更稳定.而A组样品具有更高的K含量，说明K含量高有利于锰钾矿的稳定性.
CO氧化活性实验表明，三组样品的催化活性顺序为B > A > C.由于三组样品的比表面积差别较大，我们比较了所有样品在75℃时单位面积上的反应速率.75℃时，A组锰钾矿几乎没有活性，反应速率为0.与之相反，B组样品的反应速率高于传统回流法制备的锰钾矿参考样品.这些结果表明锰钾矿的高比表面积和更好的氧化还原性是其在CO氧化反应中具有高活性的主要原因.
为了进一步研究锰钾矿在低温下释放的氧物种对CO催化氧化的影响，将B组代表样品在500℃焙烧6h.与原样品相比，TPD中低温释放的氧消失，另外两个氧气的峰也向高温方向移动了20℃以上.在CO催化氧化实验中，500℃焙烧后的样品直到100℃尚没有催化活性，而原样品在此温度则有38%的转化率.这一结果证明锰钾矿在TPD实验中300℃左右释放的第一个活性氧物种导致了低温下CO催化氧化的活性.另外，将B组代表样品在含有20%氧气的原料气氛下进行了两个循环的CO氧化反应测试，发现B组样品在高氧气浓度下具有较高的稳定性.
综上所述，锰钾矿中的钾含量可以通过改变水热合成温度和乙醇浓度成功地来调控.钾含量较低的锰钾矿样品具有更好的氧化还原性和催化CO氧化活性.而钾含量较高时，锰钾矿结构更稳定，不利于活性氧的释放，因而催化氧化活性较差.

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一例新型二钴取代锑钨酸盐:合成、表征及光催化水氧化性能

韩庆, 孙頔, 赵俊伟, 梁向明, 丁勇

2019, 40 (6): 953-958. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63358-9

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太阳能分解水制氢作为解决当前能源危机和环境危机最理想和最有前途的策略之一正受到越来越多的关注.在人工模拟光合作用过程中，水的氧化（2H₂O→4H⁺+O₂+4e^-）是整个反应过程的瓶颈，因此开发高效稳定水氧化催化剂是提高人工光合作用性能的关键.在过去的几十年里，全世界科研工作者已经为设计合成高效稳定的均相和多相水氧化催化剂做了大量工作.在均相水氧化领域，多金属氧酸盐（简称多酸）作为一类结构多样的多金属氧簇化合物，由于其良好的氧化、热、水解稳定性，能够在不改变结构的前提下进行快速、可逆、多电子转移反应，因而受到广泛关注.2009年，Hill课题组首次将四钌多酸用于光驱动水氧化体系.随后，他们报道了不含贵金属的四钴多酸（Co₄（H₂O）₂（PW₉O₃₄）₂]^10-催化水氧化的工作.王恩波团队和我们课题组在该领域也进行了一些深入研究.
值得注意的是，由于Sb³⁺易于在水溶液中水解，这在很大程度上阻碍了锑钨酸盐前驱体与过渡金属离子结合形成多酸簇，所以导致有关过渡金属取代钨锑酸盐的报道非常少.本文采用一锅自组装策略，利用缺位多酸前驱体[B-α-SbW₉O₃₃]^9-与Co²⁺在弱酸性条件下反应，首次合成出一个结构新颖的夹心型锑钨酸盐Na₄[Co₂（H₂O）₆Sb₂（H₂O）₄（B-β-SbW₉O₃₃）₂]·39H₂O（1）.在可见光照射下，可有效催化水氧化反应，在最佳反应条件（Na₂S₂O₈为牺牲电子受体，[Ru（bpy）₃]Cl₂为光敏剂，缓冲溶液pH=8.5）下，反应的转化数和氧气收率最高分别可达193和30.8%，初始量子效率和初始转化频率分别为36.2%和5.3s^–1.紫外-可见吸收光谱、反应前后催化剂的红外光谱、毛细管电泳及甲苯萃取等实验结果表明，该锑钨酸盐1是一个稳定的光催化水氧化催化剂.

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CdS修饰的一维g-C₃N₄多孔纳米管在光催化降解污染物和产氢中的应用

种奔, 陈雷, 韩德志, 王亮, 冯丽娟, 李勤, 李春虎, 王文泰

2019, 40 (6): 959-968. DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63355-3

摘要 ( 229 ) [Full Text(HTML)] ()

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利用太阳光在光催化材料作用下将低能量密度的太阳能转化成化学能储存在氢气和一氧化碳等清洁能源中，有利于能量的存储、运输和使用，具有广阔的前景.光催化技术的关键在于催化剂，以TiO₂为代表的传统半导体光催化剂存在着电子与空穴复合率高、禁带宽度过大和无法吸收可见光等缺点，这些因素限制了其在光催化领域的进一步发展和应用.因此，寻找优秀的光催化材料是科研工作者的不懈追求.
石墨相氮化碳是一种仅由C和N两种元素组成的有机半导体材料，具有良好的热稳定、耐腐蚀性和生物相容性，这些优点使得石墨相氮化碳在多个领域都极具应用前景.在光催化领域，石墨相氮化碳独特的电子结构、稳定的物理化学性质，以及其导带位置（约–1.12eV）远小于氢离子的还原电势（0eV），使其能够很好地应用于光解化降解污染物和光解水产氢.
目前，石墨相氮化碳光催化技术的研究重点在于如何解决石墨相氮化碳比表面积过小和光量子效率低的问题.针对这些问题，我们对石墨相氮化碳光催化材料的结构进行了设计，构建出CdS修饰的一维g-C₃N₄多孔纳米管.以三聚氰胺为原料，通过质子化处理，得到表面光滑、质地均匀、拥有超高长径比的三聚氰胺纳米纤维（MNFs），然后对其进行煅烧处理得到多孔纳米管状g-C₃N₄催化剂.随后，在纳米管的基础上通过水热法与CdS颗粒复合，成功制备出多孔管状g-C₃N₄/CdS复合异质结型催化剂.利用多种表征手段对所合成的新型光催化剂的形貌、结构、光学性质及光电性质进行了表征，并评估了其光催化降解罗丹明B和光解水产氢性能，考察了催化剂的循环利用及稳定性.
SEM和TEM结果表明，管状的石墨相氮化碳拥有丰富的孔道结构，其增大的比表面积有利于暴露更多的活性位点，从而提高了光催化性能.光催化降解罗丹明B实验表明，多孔管状g-C₃N₄的催化性能较体相g-C₃N₄有明显提高.当管状g-C₃N₄与适量CdS复合形成异质结型光催化剂时，光催化效果得到进一步提升，其中当CdS负载量为10 mol%时，复合物的催化效果最好，在60min内可完全降解罗丹明B.在光催化分解水产氢实验中，5h内管状g-C₃N₄/CdS复合物产氢量高达362.7μmol，分别是体相g-C₃N₄的16.3倍和管状g-C₃N₄的4.6倍.

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