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不同形貌结构光催化剂
1. 纳米颗粒光催化剂：由纳米颗粒构成，其具有较大的比表面积，可以提高反应速率和催化效率。
2. 多孔结构光催化剂：具有较大的孔隙结构，可以提高反应物的扩散速率和容纳量，增加反应接触面积，从而提高催化效率。
3. 杂化光催化剂：将不同的材料进行结合，形成具有双重催化机制的杂化光催化剂，可以提高反应效率和选择性。
4. 纳米线/纳米棒光催化剂：由纳米线或纳米棒构成，具有高度方向性的结构，可以提高活性位点的暴露程度，也可以增加光吸收效率。
5. 二维材料光催化剂：如石墨烯等，具有高度可控制的结构和较大的内部空腔，可用于高效光催化反应。
6. 金属有机骨架光催化剂：由金属离子和有机分子构成，具有较复杂的结构，可以实现特定反应机制和高效光催化作用。
7. 硅纳米棒光催化剂：由硅纳米棒构成，其独特的结构可以增加反应物质的吸附和光吸收效率，提高反应速率和催化效率。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
纳米材料在光催化氧气生成中的应用随着人们对环境保护意识的增强，对可持续能源的需求也日益增长。
光催化氧气生成作为一种绿色环保的方式，正受到越来越多的关注。
纳米材料作为光催化氧气生成的重要组成部分，由于其特殊的物理、化学性质，被广泛应用于这一领域。
本文将探讨纳米材料在光催化氧气生成中的应用，并着重介绍了纳米光催化剂和纳米载体的研究进展。
一、纳米光催化剂在光催化氧气生成中的应用纳米光催化剂是指具有较小尺寸的光催化剂，其尺寸一般在纳米级别。
纳米材料的尺寸效应和表面效应使得其具有优异的光催化性能，常用的纳米光催化剂主要包括金纳米颗粒、二氧化钛纳米晶等。
金纳米颗粒是一种常见的纳米光催化剂，其表面等离子体共振效应可以显著增强吸光能力，进而提高光催化反应效率。
研究表明，金纳米颗粒在可见光下可以吸收光能，将光能转化为电子激发，促进氧气在水中的光解反应，从而实现光催化氧气生成。
二氧化钛纳米晶是另一种常用的纳米光催化剂，其带隙较大，具有较高的光催化活性。
通过调控二氧化钛纳米晶的晶型和尺寸，可以进一步提高其吸光能力和光催化效率。
此外，二氧化钛纳米晶还具有较高的稳定性和可重复使用性，使得其在工业化应用中具备潜力。
二、纳米载体在光催化氧气生成中的应用除了纳米光催化剂，纳米载体也是光催化氧气生成中不可或缺的组成部分。
纳米载体可以有效提高光催化剂的分散性和稳定性，增强光催化反应的效果，并且可以实现对反应过程的有效控制。
常见的纳米载体材料包括二氧化硅、碳纳米管等。
二氧化硅作为一种常用的纳米载体，具有良好的光学性质和稳定性。
通过调控二氧化硅的孔径和介孔结构，可以实现光催化剂的高负载和高催化活性。
碳纳米管作为一种具有优异导电性和光学特性的纳米载体，可以促进电子传输和光吸收，从而提高光催化反应效率。
三、纳米材料在光催化氧气生成中的挑战与展望虽然纳米材料在光催化氧气生成中具有广阔的应用前景，但仍然面临一些挑战。
首先，纳米材料的制备和表征需要复杂的工艺和设备，增加了生产成本和实验条件的要求。
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光催化剂光催化剂研究进展李少坤（化学院11级材料化学3班，20110480）【摘要】：本⽂主要介绍了近⼏年⼯业上光催化剂的最新研究进展，主要涉及到纳⽶TiO2光催化剂的改性进展，光催化制氢⽤纳⽶结构光催化剂的研究进展以及新型光催化剂ZrW2O7(OH)2(H2O)2的光解⽔产氢产氧性能等。
【关键词】：纳⽶TiO2；光催化剂；⽔分解；改性⾃从1972年Fujishima A 等发现TiO2单晶电极可以实现光分解⽔以来，多相光催化反应⼀直是催化领域的⼀个极其重要的研究课题，光催化分解⽔制氢，光催化还原CO2制备有机物、光降解有机污染物等重要光催化过程向⼈们展⽰了诱⼈的应⽤前景。
30多年来，光催化研究⽆论是在理论上还是在应⽤研究⽅⾯都取得了重要的进展。
⼀、纳⽶TiO2光催化剂的改性进展1.纳⽶TiO2光催化的反应机理纳⽶TiO2多相光催化过程是指TiO2材料吸收外界辐射光能,激发产⽣导带电⼦(e-)和价带空⽳(h+),进⽽与吸附在催化剂表⾯上的物质发⽣⼀系列化学反应的过程。
如锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2 eV,它具有较强的光活性,当它吸收了波长⼩于或等于387.5 nm的光⼦后,价带中的电⼦就会被激发到导带,形成带负电的⾼活性电⼦e-,同时在价带上产⽣带正电的空⽳h+,在电场的作⽤下,电⼦与空⽳发⽣分离,迁移到粒⼦表⾯的不同位置。
分布在表⾯的h+可以将吸附在TiO2表⾯的OH-和H2O分⼦氧化成·OH⾃由基。
·OH⾃由基的氧化能⼒是⽔体系中存在的氧化剂中最强的,可破坏有机物中C—C键、C—H键、C—N 键、C—O键、O—H键和N—H键,因⽽能氧化⼤多数的有机污染物及部分⽆机污染物,将其最终降解为CO2、H2O等⽆害物质[1, 2]。
2、纳⽶TiO2光催化剂的改性纳⽶⼆氧化钛的改性⽅法很多,近年来,⼈们主要从以下两个⽅⾯⼊⼿,提⾼TiO2光催化剂的光谱响应范围和光催化效率。
的禁带宽度,增加其吸收波长。
纳米材料的光催化性能与光催化反应机理研究随着科技的不断发展，纳米材料在各个领域展现了广阔的应用前景。
其中，纳米材料的光催化性能引起了广泛关注，并在光催化反应中发挥重要作用。
本文将就纳米材料的光催化性能及其相关反应机理进行研究。
1. 纳米材料的光催化性能纳米材料由于其独特的结构和性质，在光催化性能方面表现出了许多优异的特点。
首先，纳米材料具有较高的比表面积，这使得其能够更充分地接触到光源，并增加了光催化反应的效率。
其次，纳米材料的禁带宽度通常较窄，能够使其对可见光的吸收明显增强，从而提高了光催化反应的效率。
此外，纳米材料的光吸收截面积也较大，能够吸收更多的光能，并将其转化为化学反应的能量。
2. 纳米材料的光催化反应机理纳米材料的光催化反应机理涉及光激发、电子传输和反应底物之间的相互作用等过程。
当纳米材料受光照射时，其禁带内的电子被激发到传导带，同时在价带留下空穴。
这些激发的载流子可以通过纳米材料内部的特定路径进行传输。
在光催化反应中，这些激发的载流子可以参与光生电荷分离和转移的过程，从而促进反应的进行。
此外，纳米材料表面吸附的反应底物也可以与激发的载流子进行直接的相互作用，从而催化反应的进行。
3. 纳米材料的应用基于纳米材料的光催化性能，已经在多个领域得到了广泛应用。
首先，纳米光催化剂可以用于水环境中有毒有机物的降解和水处理，从而实现水的净化和污染物的去除。
其次，纳米光催化剂还可以用于太阳能光电转化，提高光电池的效率。
此外，纳米光催化剂在二氧化碳还原、空气净化和有机合成等领域也具有广阔的应用前景。
4. 纳米材料光催化性能的优化为了进一步提高纳米材料的光催化性能，可以通过优化材料的成分、结构和形貌等方面来实现。
首先，可以通过控制纳米材料的成分和掺杂，改变其能带结构和电子传输性能，从而提高其光催化反应的效率。
其次，可以通过调控纳米材料的结构和形貌，增加其比表面积和光吸收截面积，从而提高光催化反应的效率。
纳米光催化材料的研究进展纳米光催化材料是一种新型的催化材料，具有高效、环保、经济等优势，广泛应用于环境净化、能源转化、有机合成等领域。
近年来，随着纳米材料研究的不断深入，纳米光催化材料的研究取得了多项重要进展，为人们解决环境和能源问题提供了新的途径。
一、纳米光催化材料的基本原理纳米光催化材料是指粒径在纳米尺度的催化材料，其基本原理是通过光照激发材料表面的电子，产生电子-空穴对，从而促进催化反应的进行。
这一过程需要具备合适的能带结构、表面活性位点和光吸收能力。
通过调控这些因素，可以实现对多种反应的催化作用。
1. 结构设计与合成近年来，研究人员通过调控纳米材料的形貌、晶面和结构等特征，设计和合成出一系列高效的纳米光催化材料。
通过控制金纳米颗粒的大小和形貌，可以调节其表面等离子共振效应，提高光催化活性。
还有人利用各种纳米结构，如纳米线、纳米片、纳米孔等，制备出具有特殊光催化性能的材料。
2. 光催化机理研究研究人员通过表征手段和理论模拟，揭示了纳米光催化材料的反应机理。
他们发现了在光照条件下，纳米材料表面的电子-空穴对会参与气体吸附、光生电荷分离和传递等过程，从而促进气相和溶液相中的催化反应。
这些研究成果为理性设计和调控纳米光催化材料提供了重要参考。
3. 应用领域拓展纳米光催化材料在环境净化、能源转化和有机合成等领域的应用也取得了显著进展。
通过调控纳米光催化材料的能带结构和表面性质，可以实现对污染物的光催化降解，如有机物降解、重金属离子去除等。
还可以利用纳米材料的光电催化性能，实现可见光光解水制氢、光催化二氧化碳还原、光催化制氨等能源转化过程。
纳米光催化材料还被应用于有机合成领域，实现高效、绿色的有机反应。
虽然纳米光催化材料在各个领域都取得了可喜的进展，但仍然面临着一些挑战。
纳米材料的合成和表征技术仍然不够成熟，需要进一步提高材料的制备精度和稳定性。
纳米光催化材料的光吸收和光生电荷分离效率有待提高，以实现更高效的催化活性。
高效纳米线光催化剂TiO2@ZnO n-p-n异质结陈晓旭，唐群委*（中国海洋大学材料科学与工程研究院，山东青岛266100）摘要：通过水热法成功合成直径为30nm、具有核壳纳米结构的TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒。
经证实，其光催化降解甲基橙的速率是纤维锌矿六方晶系ZnO的三倍。
锐钛矿TiO2和Ti2O3沿着ZnO的晶格生长，在TiO2和ZnO的界面形成了p型Zn2+掺杂的Ti2O3，为此，由于Ti3+被Zn2+替换，形成了大量的n-p-n异质结。
在内电场的驱动下，光生电子都从ZnO和TiO2的导带注入到Zn2+掺杂的Ti2O3的导带中，为此有效地提高了光生电子-空穴对的分离，并加速了电荷的传输。
结果表明，TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米线在提高光催化剂的光催化活性方面具有很好的前景。
关键词：TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米线；Zn2+掺杂的Ti2O3；光催化降解MOA highly efficient TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorod photocatalystCHEN Xiaoxu,TANG Qunwei(Institute of Materials Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao266100,Shandong Province,P.R.China;)Abstract:Shell@core-nanostructured TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorods with diameter of30nm were successfully fabricated via a hydrothermal method.The photodegradation rate of the TiO2@ZnO n-p-n nanorods evaluated by photodegrading methyl orange has been demonstrated to increase three times compared to that of wurtzite hexagonal ZnO.Anatase TiO2and Ti2O3grow along ZnO crystal lattices,which forms p-type Zn2+doped Ti2O3in the interface of TiO2/ZnO and therefore numerous n-p-n heterojunctions owing to the substitute of Ti3+by Zn2+.Under the drive of inner electric field,the photogenerated electrons are both injected to the conduction band of Zn2+doped Ti2O3from conduction bands of ZnO and TiO2,which efficiently enhances the separation of photogenerated electron-hole pairs and accelerates the transport of charges.The results suggest that TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorods are very promising for enhancing the photocatalytic activity of photocatalysts.Keywords:TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorod;Zn2+doped Ti2O3;the photodegradation of MO1、引言核壳结构的一维(1D)半导体纳米结构一直是当前纳米科学和纳米技术的核心，并且在环境和能源应用领域已经激起了越来越大的兴趣。
在众多的一维半导体材料中，具有3.37eV的宽带隙和60meV激子结合能的ZnO作为光催化剂、太阳能电池和可充电锂离子电池中的电极已经被广泛研究。
然而，普遍使用的光催化剂和光生伏打器件中存在的挑战是，在氧化锌纳米棒表面，光生电子-空穴对的快速复合，导致了低的量子效率。
并且，ZnO纳米棒的光谱吸收范围较窄，这成为了其广泛使用的另一个限制。
为了解决这些问题，通过掺杂和沉积的方法，广泛地引入了贵金属纳米粒子来修饰ZnO，来提高光生电荷的分离。
在众多的半导体组合当中，ZnO和TiO2的集成，由于其形成了p-n异质结而被认为是最有前途的候选之一。
在这项研究中，水热法合成TiO2作为外壳，Zn2+掺杂的Ti2O3作为中间层，ZnO作为内核的核壳纳米结构的TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒，旨在显著提高ZnO纳米棒的光催化活性。
通过扫描电镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析、拉曼光谱，紫外可见分光光度计和X射线光电子能谱来表征其形态，晶体结构和光学性质。
在紫外光照射下，通过光降解甲基橙来表征TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的光催化性质。
2、实验2.1实验原材料本实验中用到所有原材料均为分析纯级，从Sigma-Aldrich Co.LLC购买。
醋酸锌和钛酸四丁酯分别作为ZnO和TiO2的前驱体。
TiO2纳米粒子来自平均粒径为30nm的P25粉体（锐钛矿/金红石=3/7）。
MO作为目标染料进行光降解实验。
2.2合成TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒通过水热法合成TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒。
具体的，0.005-0.02M醋酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]和0.04M NaOH(OH-和Zn2+的摩尔比为2:1)分别溶解到50ml溶液中。
剧烈搅拌条件下，NaOH溶液和随后的乙二胺溶液滴加到醋酸锌乙醇溶液中(pH≈11.8,Zn2+和乙二胺摩尔比为1:2)。
磁力搅拌30分钟后，TiO2纳米粒子(P25)(Ti和Zn的摩尔比为1:1)悬浮于100ml的反应物的混合溶液中，并密封在高压釜中，然后在160℃下保温8小时。
2.3表征用能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)来观测粉体微观形貌。
制备的催化剂的晶体结构用Ｘ射线衍射分析仪(XRD)分析。
用紫外可见分光光度计(UV-vis)在室温下记录光吸收谱。
紫外线光下的的傅里叶变换拉曼光谱，用高分辨率光栅提供2cm-1的光谱分辨率。
室温下，扫描范围为3200-100cm-1，扫描16次，每次扫描时曝光时间为1秒。
X射线光电子分析采用Mg K(辐射(h(=1253.6eV)。
一般而言，X 射线的阳极在250W下运行，14.0千伏的高电压保持在检测角度在54°。
３、结果和讨论３.１微观形貌和生长机理表1.TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的结构表征：(a)SEM，(b)TEM，和(c)HRTEM图片；（a）中的插图为能量色散谱（EDS）；图(d)-(f)是(c)中相应的FTT模式图1a-c显示的是TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的SEM，TEM和HRTEM图片和相关的FFT模式。
SEM 检测表明ZnO纳米棒具有粗糙的表面。
在EDS谱图中，核壳纳米结构显示出了明显的锌、钛、氧的峰。
在图1a中，表面ZnO粒子表面包覆上了TiO2。
图1b和1c分别是TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的低放大倍数和高分辨率的TEM图片。
快速傅里叶转换模式(FFT)表明了ZnO纳米棒沿着[0001]方向生长。
制备得到的TiO2为锐钛矿型晶体结构。
ZnO和TiO2边界的FTT模式显示了ZnO和锐钛型TiO2的信息。
可以看出，锐钛矿TiO2的晶格生长沿着ZnO，由于Zn2+(74 pm)相较于Ti3+(76pm)具有较小的离子半径，这表明全部的在Ti2O3晶格中的Zn2+均在界面处。
3.2结构分析图2.TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的XRD图样(a)和P25TiO2纳米粒子的XRD图样(b)和纯的ZnO纳米棒(c)图2中显示的是制备得到的TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒、ZnO纳米棒和商业P25TiO2纳米粒子的XRD 图样。
纯的ZnO纳米棒衍射峰在2θ=31.7，34.3，36.2，47.5，56.6，62.9，和68.1°，分别是(100)，(002)，(101)，(102)，(110)，(103)和(112)衍射面相对应。
与块体ZnO氧化锌的标准XRD衍射峰相比较，最强峰位于36.2°处，这可能来自于由于此产生的纳米棒沿着C轴在[0001]方向的生长。
这样的生长方向和HRTEM 分析得到的结果一致。
商业P25TiO2的XRD衍射图样作对比。
从XRD图样和衍射峰对应的特征2θ值，可以证实P25TiO2由锐钛矿相和金红石相组成，其中锐钛矿相为主要相。
图3.（a）TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒、（b）P25TiO2纳米粒子和（c）纯的ZnO纳米棒的紫外可见光谱（UV-vis）为了描述TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的光吸收行为，紫外可见漫反射光谱的记录如图3所示。
作为对比，在同样条件下，进行了P25TiO2纳米粒子和纯的ZnO纳米棒的吸收光谱的测试。
在P25TiO2中没有明显的吸收峰，这表明相较于ZnO纳米棒P25TiO2的光生电子-空穴对的效率更低。
ZnO纳米棒的340nm的峰在TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒中红移到了355nm处，这表明激发所需的能量降低。
在Ti2O3晶体晶格中，由于Zn2+替代Ti3+而产生了丰富的氧空位，这可以在Ti2O3导带的底部很容易的束缚住电子而形成激子能级，导致了具有较低能量的光就可以激发一个有效的激子。
图4.（a）TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒、（b）P25TiO2纳米粒子和（c）纯的ZnO纳米棒的拉曼光谱用拉曼光谱来表征TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的晶体结构。
图4为TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒、P25TiO2纳米粒子和纯的ZnO纳米棒的拉曼光谱。
由于锐钛矿TiO2的四方结构，在频率为196.7，396.9，516.0和635.9cm-1处出现了TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的密集峰。
438.5cm-1处的峰由于纤锌矿氧化锌的E2模式。
TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒中所有的拉曼峰在ZnO纳米棒和P25TiO2中均可以看到，这表明发生了很好的整合。
