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2022年, 第53卷, 第11期　刊出日期：2022-11-30
  

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  • 本期中英文目录、封面
    功能材料. 2022, 53(11): 0-0.
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    • 热点·关注(2021年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 车载甲醇重整原位制氢高通量催化剂研究
    吴迪, 张冰姿, 蔡正宇, 何国强
    功能材料. 2022, 53(11): 11001-11006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.001
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    在“双碳”目标的背景下,清洁高效的氢燃料电池汽车具有广阔的发展前景。甲醇作为一种可再生、低成本、绿色燃料,与燃料电池结合组成移动式发电设备,具有碳排放少、加注燃料快、易储运的优点。车载甲醇原位制氢能有效解决氢气储运难、安全性弱、储氢率低等问题,是氢燃料电池汽车的有效制氢途径。本文阐述甲醇重整制氢中Cu系、Zn-Cr系、Ni系和贵金属催化剂特点及发展现状,从催化剂元素组成、配比、制备方法等方面讨论不同性质对甲醇转化率、产氢速率和CO选择性等性能影响。未来高稳定性、高催化活性、低成本、高通量、近零CO选择性的新型催化剂,是车载甲醇重整原位制氢的重要方向。
  • 可还原性氧化物负载铜基催化剂CO-SCR性能研究
    鲁冬, 杜亚丽, 刘江宁, 武超辉, 范昭阳, 安霞, 吴旭
    功能材料. 2022, 53(11): 11007-11014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.002
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    环境友好型铜氧化物因适宜的氧化还原性被认为是极具潜力的CO-SCR脱硝催化剂,然而高温易烧结、分散性差成为限制其应用的关键。铜氧化物与适宜载体的协调复合通常可分散铜物种,克服其现有缺陷,同时提升催化活性。基于此,论文优选可还原性氧化物(CeO2、γ-Fe2O3)为载体,采用传统浸渍法制备了负载量为2.5%(质量分数)铜基催化剂(CuOx/CeO2和CuOx/γ-Fe2O3),同时选用CuO作为参比催化剂,系统研究了可还原性载体对铜基催化剂理化性质、脱硝性能的影响规律。研究结果表明,载体的引入均不同程度的提升了铜氧化物的催化活性,其中以CeO2为载体的铜基催化剂(CuOx/CeO2)不仅展现了更优SCR催化活性、更高的N2选择性,还具备更宽的活性温窗。借助XRD、H2-TPR、NO-TPD、SEM+EDX-Mapping 、XPS、In situ DRIFTs等表征分析发现,相比于γ-Fe2O3载体,CeO2载体更有利于提升Cu物种的分散度、优化Cu物种的价态分布、增加表面活性位点。研究结论将为后期构筑高性能铜基SCR催化剂提供重要参考价值。
  • 半导体材料中空位的引入、表征及其对光催化的影响
    李炀, 舒小华, 马伟师, 周进文, 白雪, 张倩
    功能材料. 2022, 53(11): 11015-11022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.003
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    光催化被认为是解决全球性能源危机和环境污染问题的有效方法之一,然而光催化剂较低的能量转换效率抑制了光催化的应用。其中,空位作为最常见的晶体缺陷,能够在不引入外来元素的条件下调节光催化剂的电子结构和表面性质,促进光催化剂的光吸收、电荷分离和迁移以及表面反应。因此,概述并总结了半导体光催化剂中空位缺陷的研究进展。首先讨论了在光催化剂中引入空位缺陷的一些主要手段,包括化学还原、高温处理等常见方法和水解、超声等不常见但有效的方法。其次主要从微观表征和光谱表征两方面介绍了目前识别和量化空位的表征技术,这些技术有助于深入理解空位结构与光催化剂性质之间的关系。随后从光吸收、电荷分离和迁移及表面反应三个方面着重介绍了空位在光催化过程中的关键作用。最后,提出了光催化材料空位缺陷的前景和挑战,空位浓度的可控性、复合改性的联合作用和空位的稳定性是亟需解决的问题。这篇综述总结了光催化剂空位改性的有效策略,能为空位缺陷增强光催化的研究提供一定的理论参考。
  • Cu2S@SSM复合膜的制备及其油水分离性能
    李培, 苏洪威, 郭美玲, 李振宇, 武元鹏
    功能材料. 2022, 53(11): 11023-11030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.004
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    在含油废水处理中迫切需要具有优良化学稳定性的油水分离材料。为了在酸碱盐等复杂环境中能够有效的分离各种水包油乳液,以不锈钢网(SSM)为基底,采用电化学沉积和溶液反应相结合的方法将硫化亚铜(Cu2S)修饰到不锈钢网表面,成功的制备了Cu2S@SSM复合膜。制备的Cu2S@SSM复合膜具有优异的超亲水/水下超疏油性能。对无表面活性剂和表面活性剂稳定的水包油乳液进行了一系列的油水分离实验,分别获得了高达932 和361 L/(m2·h)的渗透通量以及99.78%和99.15%的分离效率。得益于Cu2S的类光芬顿催化性能,制备的Cu2S@SSM复合膜在可见光照射下对亚甲基蓝、罗丹明B的降解率高达99%。更重要的是Cu2S@SSM复合膜在强酸、强碱和高盐环境中表现出优异的化学稳定性。
  • 纳米多孔CoCuP催化剂的制备及其析氢性能的研究
    唐卫国, 朱胜利, 崔振铎
    功能材料. 2022, 53(11): 11031-11036. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.005
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    性能优异、价格低廉的催化剂对电解水制氢十分重要。通过电化学脱合金法制备了具有自支撑结构的纳米多孔CoCuP催化剂,纳米多孔结构具有大的比表面积,提供了更多的活性位点。Cu原子的引入调整了Co和P的电子结构,优化了氢原子的解吸,提升了催化剂的催化性能。np-Co75Cu5P20在碱性溶液中的过电位为60.6 mV,塔菲尔斜率为33.1 mV dec-1。在中性溶液中的过电位为132.3 mV,塔菲尔斜率127 mV dec-1。该催化剂在大的pH范围内具有良好的电解水析氢性能。
    • 综述·进展
  • TMSs催化剂用于电解水制氢技术的研究进展
    贾飞宏, 卫学玲, 包维维, 邹祥宇, 李妍
    功能材料. 2022, 53(11): 11037-11045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.006
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    氢能作为一种高能量密度、低分子质量以及无污染的绿色能源,未来有望替代传统能源。电解水制氢过程简单且是生产高纯度氢的重要方法,但水电解过程中反应动力学缓慢,严重影响电解水制氢的效率。过渡金属硫化物(TMSs)催化剂由于其低廉的价格和优异的电催化性能而成为研究重点。综述了TMSs催化剂最新研究成果和应用,以氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)的反应机理为出发点,通过电化学测试和电极表征的评估方法,重点介绍TMSs催化剂的制备方法及分析其在电催化水解制氢技术的研究进展。并针对TMSs催化材料面临的发展和问题进行讨论,为进一步提高TMSs的电解水制氢性能提供了崭新的思路。
  • 光热催化材料的结构设计、合成及其应用研究
    蔡文宇, 刘成宝, 陈丰, 钱君超, 邱永斌, 孟宪荣, 陈志刚
    功能材料. 2022, 53(11): 11046-11056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.007
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    如何全方面、高效的利用太阳能是引领光催化材料发展的动力,其中光热协同催化由于可以利用全光谱太阳光来激发光催化和热催化之间的协同作用以实现太阳能的高利用效率,受到研究者的极大关注。综述了光热协同催化材料的设计合成、性能优化和实际应用现状,并对光热催化材料的未来发展趋势进行了展望。
  • 富铋型卤氧化铋光催化剂的研究进展
    李娟, 高亚辉, 李坤, 马占强
    功能材料. 2022, 53(11): 11057-11064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.008
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    光催化技术被认为是解决全球能源短缺和环境危机最有前景的途径之一,开发可见光响应的高效光催化剂一直是光催化领域的研究热点。作为对传统光催化剂卤氧化铋(BiOX,X=Cl、Br、I)的延续和发展,富铋型卤氧化铋(BixOyXz)可调节的能带结构为实现其优异的光催化性能提供良好保障。主要综述了可控合成BixOyXz的方法,包括固相热转化法、碱化沉淀/水热/溶剂热法等,并且总结BixOyXz在光催化领域应用,介绍其在降解有机污染物、裂解水制氢、还原二氧化碳及固氮等方面的应用。最后,提出了目前BixOyXz存在的问题和未来发展方向。加深对BixOyXz的了解,并为设计和优化用于能源和环境应用的先进铋基光催化材料开辟新方向。
  • CWPO处理含酚废水催化材料与反应机理研究进展
    孙子凯, 李长波, 赵国峥, 许洪祝, 梁慧
    功能材料. 2022, 53(11): 11065-11074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.009
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    酚类污染物是常见的有机污染物之一,含酚废水处理难度大、毒性强,对自然环境与人类健康具有严重危害。催化湿式过氧化氢氧化技术(CWPO)以H2O2为氧化剂,利用催化剂催化产生·OH强氧化性自由基,可去除水中难降解有机污染物。介绍了CWPO非负载与负载型催化剂在含酚废水中的应用情况,负载型催化剂更具应用前景。利用密度泛函理论(DFT)分析了苯酚、间甲酚污染物主要降解途径,降解含酚废水是通过体系中·OH逐步改变苯环稳定结构形成苯醌类中间体,该中间体C-C断裂开环形成短链羧酸,最终完全矿化为CO2和H2O。未来可从制备稳定环保催化剂、分析实际废水降解机制方面展开研究,以发挥CWPO在含酚废水中的应用潜力。
  • 锡酸锌光催化剂的制备及表面改性策略研究进展
    李宇涵, 谷苗莉, 欧阳平, 黎小芳, 段有雨, 吕康乐
    功能材料. 2022, 53(11): 11075-11080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.010
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    锡酸锌(Zn2SnO4)具有良好的传导率、较高的电子迁移率、物理和化学性质稳定且无毒的特性,是满足可持续发展要求的典型光催化剂之一。介绍了Zn2SnO4光催化剂的结构特征和制备方法;系统总结了具代表性的改性策略,包括离子掺杂、构建异质结、单质负载和形貌调控等;同时,简要介绍了其在光催化降解有机物、产氢、CO2转化等领域的应用。最后,对Zn2SnO4基光催化材料未来的发展进行总结和展望;为高效Zn2SnO4基光催化剂的构建提供一些新的思路与方向。
  • 微波法制备光催化纳米材料的应用及其性质研究
    张敏, 陈邦富, 李宇涵, 董帆, 段有雨
    功能材料. 2022, 53(11): 11081-11087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.011
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    微波法作为纳米材料合成的一种新策略,不仅具有加热均匀、反应速度快,而且还具有高灵敏和高选择性等特点。因此,首先简要介绍了微波理论和微波加热机理,然后总结了单一催化材料、不同元素的掺杂材料以及构建纳米复合材料的微波合成策略,并剖析了微波法对催化剂的微观结构以及结晶度的影响,为高效、低能耗合成具有高性能的半导体光催化剂提供新思路。最后,本文也提出了微波合成光催化材料在实际应用中所面临挑战以及未来发展的前景。
  • 分子结构改性氮化碳光催化制氢的研究进展
    魏婧宇, 卢金荣
    功能材料. 2022, 53(11): 11088-11094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.012
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    石墨相氮化碳(g-C3N4)因其独特的性质、廉价的原料,成为光催化制氢领域研究的热点。但是g-C3N4仍然存在比表面积小、可见光利用率低、电子-空穴易复合等不足,限制了其光催化效率。主要从共聚、共价连接和表面修饰官能团等方面对氮化碳的分子结构修饰改性方法进行了综述。此外,还总结了分子结构修饰氮化碳在可见光吸收能力、电子和空穴的分离效率、活性位点反应性等方面提升光催化制氢活性的机制。最后,对氮化碳的分子修饰改性方面存在的挑战和前景进行了展望。
  • 不同离子掺杂条件下TiO2的光催化机理及应用研究进展
    蒲卓林, 李亚鹏, 刘禹, 张鹏飞, 姚海伟
    功能材料. 2022, 53(11): 11096-11103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.013
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    作为光催化技术的核心材料TiO2,由于其独特的结构和性能,使其在污水处理、能源及医疗美容等方面具有巨大的潜力。但其存在禁带宽度大且激发波长短、光生电子容易复合等问题已成为其应用的重要瓶颈问题之一。介绍TiO2材料的光催化原理和影响因素,重点阐明了掺杂改性TiO2光催化机理及其应用领域,提出了TiO2光催化剂改性过程中存在的不足之处,并对其未来的研究方向进行了展望。
  • 羟基锡酸锌作为光催化剂的研究进展
    陈邦富, 欧阳平, 李宇涵, 段有雨, 董帆
    功能材料. 2022, 53(11): 11104-11110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.014
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    羟基锡酸锌(ZnSn(OH)6)是一种具有多变价态和特殊电子结构的过渡金属锡酸盐。其禁带宽度较大,价带和导带位置使其具有较高的氧化还原电势,因而呈现出良好的光催化活性和较强的稳定性。在这篇综述中,首先概括了ZnSn(OH)6光催化剂的晶体结构。其次,介绍了ZnSn(OH)6基光催化剂的合成方法和改性策略。最后对ZnSn(OH)6基光催化剂的未来发展进行了展望。
  • 碳化硅光催化剂研究进展
    陈寅杰, 李旋坤, 李光辉, 王金杰, 刘阳, 方民锋, 刘睿, 郭健, 饶品华
    功能材料. 2022, 53(11): 11111-11117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.015
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    许多文献报道了光催化材料的设计合成及其在环境污染防治与资源循环利用中的应用。然而,大多数光催化材料含有过渡金属离子,其浸出的环境风险限制了催化材料的应用。碳化硅作为第三代半导体材料的代表,由于不含有过渡金属离子、耐高温酸碱、稳定性强等特性使其在环境污染防治工作中具有良好的潜在应用前景。近年来,一些文献报道了碳化硅的合成、改性及其作为光催化剂在环境与资源循环利用中的应用研究,然而很少有文献综述碳化硅光催化剂的应用研究进展。针对以上现状,围绕碳化硅光催化剂合成方法、掺杂改性及应用等方面,综述了国内外近年来在碳化硅光催化领域取得的进展,并对该光催化剂体系的前景进行了展望。
    • 研究·开发
  • 载铜二氧化硅微球在苯酚氧化降解中的催化性能
    莫婷, 张桐荣, 李明昊, 徐志强, 李佳锡, 王涛, 石山
    功能材料. 2022, 53(11): 11118-11125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.016
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    工业生活中苯酚及其衍生物废水的排放已经对水资源造成了严重的污染。为解决问题,以实验室自制的SiO2粒子作为催化剂载体,负载活性中心Cu(Ⅱ),通过浸渍、煅烧等处理手段分别制备了SiO2-Cu2+和SiO2-CuO催化剂,并将其应用于苯酚的CWPO中。以苯酚在水溶液中被降解后的苯酚转化率和样品COD去除率作为依据,系统地研究了反应温度、反应时间、氧化剂浓度、催化剂浓度以及介质初始pH值等反应条件对两种催化剂催化性能的影响。实验结果表明,SiO2-Cu2+和SiO2-CuO催化剂均在较宽的pH值范围内表现了优异的催化活性,在苯酚浓度1.0g/L,催化剂浓度0.23g/L,反应温度70 ℃,反应时间20h,过氧化氢浓度5.0g/L的条件下,可达到100%的苯酚转化率和约90%的COD去除率。
  • 改性纳米TiO2的制备及光催化降解重金属废水的研究
    马涛, 王军丽
    功能材料. 2022, 53(11): 11126-11130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.017
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    以钛酸丁酯为钛源,硝酸铈为改性剂,通过溶胶-凝胶法制备了不同稀土Ce掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(摩尔分数))的改性纳米TiO2粒子。采用XRD、SEM、UV-Vis、PL和光催化测试等,研究了不同稀土Ce掺杂量对纳米TiO2粒子物相结构、微观形貌、光谱性能和光催化性能的影响。结果表明,制备出的纳米TiO2粒子均为锐钛矿相,且结晶度较高;掺入稀土Ce后,纳米TiO2粒子的形貌逐步变为规则的球形,晶粒得到了细化,当稀土Ce的掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,TiO2粒子的晶粒尺寸最为规则,分布最为均匀;稀土Ce掺杂的纳米TiO2粒子的吸收边带发生了红移,吸收边带增大,稀土Ce的掺杂有效抑制了电子-空穴对的复合;稀土Ce改性纳米TiO2粒子对重金属废水中Cr(Ⅵ)的降解效率得到了明显提高,当稀土Ce的掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,纳米TiO2在180 min时的降解效率最高为92.7%,相比纯纳米TiO2的降解效率,提高了166.4%。综合分析可知,稀土Ce的最佳掺杂比例为0.6%(摩尔分数)。
  • 石墨烯中N掺杂及其表面官能团对TiO2复合光催化剂性能影响
    唐波, 刘可
    功能材料. 2022, 53(11): 11131-11135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.018
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    采用水热法将石墨烯和TiO2进行复合,制得复合光催化剂。对石墨烯表面官能团总量及N原子掺杂浓度进行调控,通过样品降解污染物的速率常数对其复合光催化剂的光活性进行研究。结果表明,石墨烯材料中进行N掺杂后显著增强了复合光催化剂在长波段的可见光活性,而表面官能团的存在则能促进石墨烯片与TiO2之间形成的π-d耦合,更好地促进电子在两者界面处的输运。经过优化后的样品在紫外光照射条件下降解甲基橙的速率达到5.82×10-2 min-1,是纯TiO2样品的1.47倍;而在长波长可见光照射条件下(λ>510 nm)降解甲基橙的速率为2.49×10-2 min-1。
  • 铁掺杂二硫化钼纳米片作为高效的双功能电解水催化剂
    丁仕久, 刘亮, 刘培涛, 冯爱玲
    功能材料. 2022, 53(11): 11136-11142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.019
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    设计和合成具有高活性、耐久性的非贵金属电解水催化剂对能量转化和储存具有重要意义。在研究中,通过硝酸铁、硫代乙酰胺与二水钼酸钠在无水乙醇中的水热反应制备了铁掺杂二硫化钼(Fe-MoS2)的纳米材料。Fe-MoS2具有较高的析氧反应(OER)活性,在1 mol/L KOH电解质中,当电流密度为10 mA·cm-2时过电位为250 mV,塔菲尔斜率为219 mV·dec-1,而且Fe-MoS2在这些条件下可稳定超过10 h以上。同时其具有良好的析氢反应(HER)活性,在0.5 mol/L H2SO4电解质中,当电流密度为10 mA cm-2时过电位为220 mV。此外,在1 mol/L KOH电解液中,Fe-MoS2/C(阳极)∥Fe-MoS2/C(阴极)两电极体系具有良好的电解水催化活性,在10 mA cm-2的电流密度下低电位为1.77 V。为开发具有高效电解水性能的过渡金属掺杂过渡金属硫化物提出了一种有效的技术支撑。
  • 纳米多孔MoNi/Al3Ni2材料制备及电催化析氢性能的研究
    孙群翔, 梁砚琴, 朱胜利, 李朝阳, 姜辉
    功能材料. 2022, 53(11): 11143-11149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.020
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    开发非贵金属高效电催化剂是降低电解水制氢成本的关键。通过激光直写技术以及脱合金在泡沫镍基底上制备了一种自支撑的纳米多孔MoNi/Al3Ni2催化剂。该催化剂的纳米多孔结构增加了催化反应的活性位点,MoNi和Al3Ni2之间的协同效应使催化剂在碱性介质(1 mol/L KOH)中表现出优异的析氢性能。电化学测试结果表明,Al含量为80%时制备的MoNi/Al3Ni2催化剂在10 mA/cm2的电流密度下,过电位仅为31 mV,且表现出良好的电化学长期稳定性,在10 mA/cm2的电流密度下,稳定催化析氢100 h以上,为工业电解水析氢用电催化剂的大规模制备提供了理论指导。
  • 氧化铁纳米催化剂的生物合成及光催化性能研究
    薛珊, 杨涛, 周宛欣, 唐璇
    功能材料. 2022, 53(11): 11150-11157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.021
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    分别研究了铜绿假单胞菌(Pseudomonas Aeruginosa)和贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus Velezensis)生物合成氧化铁纳米颗粒(Fe2O3 NPs)。研究了制备条件对铜绿假单胞菌和贝莱斯芽孢杆菌合成Fe2O3 NPs的影响,优化了制备Fe2O3 NPs的工艺参数,进行了XRD、BET、TEM、FT-IR等表征,探究了Fe2O3 NPs的光催化降解性能。以甲基紫和异噻唑啉酮为有机污染物模型,探究其光催化性能。蓝光照射5 h后,Fe2O3@PA(由铜绿假单胞菌制备)与Fe2O3@BV(由贝莱斯芽孢杆菌制备)对甲基紫的降解率分别达到61.29%、69.87%。紫外光照射4.5 h后,在pH值为5的酸性环境下,Fe2O3@PA与Fe2O3@BV对异噻唑啉酮的降解率分别达到76.21%、82.13%。
  • Ag-ZnO纳米材料的制备及其催化还原4-NP性能研究
    赵娅敏, 刘倩, 张沛春, 孙乐兵, 刘梦实
    功能材料. 2022, 53(11): 11158-11162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.022
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    通过简易水热法合成了Ag-ZnO纳米材料,采用SEM、EDS、XRD和XPS等表征手段对所制备的纳米材料进行了表征,并将其作为催化剂用于对硝基苯酚(4-NP)的还原反应。结果表明,Ag-ZnO纳米材料可在8 min内催化4-NP还原生成对氨基苯酚(4-AP),催化效率高达99.5％,且在第5次循环反应时催化效率仍保持在90％左右,具有较高的催化活性,循环使用寿命长。
  • P掺杂BiOBr的制备及其光催化固氮性能研究
    葛建华, 李佳, 丁修龙, 卫洲, 张万
    功能材料. 2022, 53(11): 11163-11169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    具有特殊层状结构的BiOBr,在光催化固氮方面受到广泛关注。以次亚磷酸钠、五水硝酸铋为前驱体,通过溶剂热法制备出P掺杂BiOBr光催化剂。通过XRD,SEM,XPS,UV-Vis DRS、光电化学性能等来描述催化剂的特性。探究了在可见光照射下光催化固氮性能。结果表明,P掺杂增大了BiOBr的比表面积且未改变其晶体结构。同时,P掺杂提高了光生载流子的分离效率和可见光响应能力。相比纯BiOBr,P掺杂BiOBr(n(Bi)∶n( P)=15∶1)的光催化产氨为31.68 mg/(L·h·g)cat是纯BiOBr的4.7倍。最后,经4次循环实验,P掺杂BiOBr光催化剂具有较好的稳定性。
  • 纳米银/三维还原氧化石墨烯复合材料的制备及其催化性能研究
    王英达, 韩兴威, 郭帅, 邹豪君, 李红婵, 吴帅章, 孙全杰
    功能材料. 2022, 53(11): 11170-11176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.024
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    为解决纳米银催化剂易团聚的问题,选择三维还原氧化石墨烯(3D-rGO)作为载体材料,采用一步绿色水热法制备了纳米银/三维还原氧化石墨烯(Ag/3D-rGO)复合材料,采用SEM、XRD、FTIR、Raman、XPS等方法对材料的形貌和结构进行了系统的表征,并在室温下以对硝基苯酚(4-NP)的催化还原反应为模型,考察了所得复合材料的催化性能。结果表明,成功制备出了Ag/3D-rGO纳米复合材料,材料内部呈3D多孔网络结构,Ag纳米颗粒均匀附着在孔壁表面,颗粒的平均粒径为67 nm,无明显团聚;Ag/3D-rGO纳米复合材料可以在2 min内实现4-NP的催化还原,该催化反应过程遵循一级催化动力学反应规律,对应的一级催化动力学常数为1.8694 min-1,高于现有报道中同类材料。研究的材料制备方法简便,催化性能优异,在工业催化和环境保护领域具有广阔的应用前景。
  • 海桐树叶为模板制备Al2O3陶瓷及其吸附-光催化性能研究
    程攀, 贺辛亥, 王博, 李彦璋, 魏宇博, 梁军浩, 孙萌萌
    功能材料. 2022, 53(11): 11177-11183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.025
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    以海桐这种生活中常见的树叶为生物模板,利用树叶特有的形貌结构,通过预处理、浸渍、干燥和焙烧手段制备出具有分级多孔结构的Al2O3,采用XRD、SEM、N2物理吸附等手段对材料进行表征。以亚甲基蓝(MB, C16 H18ClN3S·3H2O)作为模拟污染物,探究材料的吸附性能和光催化性能。结果表明,海桐树叶骨架布满Al2O3,完美还原树叶内部和表面气孔结构,比表面积高达28.3 m2/g,对亚甲基蓝的吸附率为29.4%,光催化反应速率为0.0202 min-1表现出良好的吸附性能和光催化性能。
  • Ce3+掺杂ZnO光催化性能的研究
    刘瑞杰, 富笑男, 郭叶飞, 王超, 张进峰, 刘利鑫
    功能材料. 2022, 53(11): 11184-11191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    研究通过水热法制备了不同浓度Ce3+掺杂ZnO纳米材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱分析(EDS)、光致发光光谱(PL)、比表面积(BET)等分析技术对所制备的样品进行了表征。其中,XRD证实了Ce3+的成功掺杂,PL显示Ce3+掺杂抑制了电子-空穴对的复合,BET发现Ce3+掺杂增大了ZnO的比表面积。在模拟日光条件下,对罗丹明B(RhB)水溶液进行光降解实验。实验结果表明,所有Ce3+掺杂样品的光催化性能都优于未掺杂的ZnO,并且发现Ce3+掺杂浓度为0.1%时,其光催化性能最佳,光催化RhB的降解率达到95.6%。同时对Ce3+掺杂ZnO的光催化机理提出了解释。
  • 铁电极化内建电场作用下半导体光催化性能研究
    王振慧, 陈小雨, 唐博, 郭致昂, 赵夷雯, 杨森, 范保艳, 邢安, 刘晓燕
    功能材料. 2022, 53(11): 11192-11197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.027
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    铁电材料特有的自发极化能够产生极化内建电场。研究采用物理分散法将Ag2O和CdS纳米颗粒负载于铁电LiNbO3和玻璃基底表面,选择罗丹明B(RhB)作为代表性有机污染物,评价在不同基底表面的Ag2O和CdS的光催化降解效率。结果表明,同一种半导体纳米颗粒在不同基底表面的光催化活性依次表现为LiNbO3(+Z)>glass>LiNbO3(-Z);在相同基底表面,Ag2O比CdS表现出更优的光催化活性。基于铁电极化产生的半导体/铁电界面内建电场和光催化降解反应,提出了铁电极化影响半导体光催化降解性能的作用机制。
  • 石墨烯材料/g-C3N4复合光催化剂的构建及光催化性能研究
    郭雄, 王瑞芬, 安胜利, 朱杰, 马润东, 郭瑞华
    功能材料. 2022, 53(11): 11198-11205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.028
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    以石墨相氮化碳(g-C3N4)为研究对象,针对其作为光催化剂时存在比表面积小和可见光利用率低等问题进行研究。采用超声辅助合成法,将氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)分别与g-C3N4按一定比例进行复合,通过XRD、SEM、FT-IR、XPS、UV-Vis等表征方法对复合材料进行表征和分析,研究了其在模拟太阳光下对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能和降解动力学。实验结果表明,所得GO/CN、rGO/CN复合光催化剂均具有与g-C3N4具有相同的相结构和更加疏松多孔的形貌,且石墨烯材料的复合可以提高g-C3N4的可见光吸收能力,并使其禁带宽度减小。由可见光光催化性能分析得出,rGO/CN2具有更强的吸附能力,30min时对RhB的吸附率高达64.79%,为同等条件下g-C3N4的5.2倍,GO/CN1.5表现出优异的光催化活性,其催化反应速率常数为9.108×10-2 min-1,降解RhB 10 min时其降解率达到86.34%,为同等条件下g-C3N4的1.5倍。
  • 纳米TiO2-Pt复合材料的制备及在可见光下的光催化性能研究
    刘峰强, 王黎明, 徐丽慧, 潘虹, 范顶
    功能材料. 2022, 53(11): 11206-11211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.029
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    采用低温水热法制备纳米棒状锐钛矿相TiO2溶胶,以氯铂酸为Pt源,通过贵金属沉积制备不同含量Pt的纳米TiO2-Pt复合材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱、X射线光电子能谱分析对纳米TiO2-Pt复合材料的表面形貌和光学性质进行了表征,利用氙灯照射模拟可见光光源对亚甲基蓝(MB)水溶液进行光催化反应降解,通过溶液前后吸光度值的变化来准确评价实验材料的光催化活性。结果表明:制备的二氧化钛溶胶尺寸均一,为标准的锐钛矿型;且Pt纳米粒子很好地分散于TiO2表面,正是由于铂层的存在,有效抑制了光生电子-空穴的复合,延长了光生载流子的工作寿命,提升了量子效能,使TiO2-Pt的光催化活性远高于普通TiO2,对亚甲基蓝的光降解效果也达到了88.5%。
  • g-C3N4/Cu-TiO2纳米球的制备及在紫外辅助芬顿中的催化性能表征
    孟汝浩, 班新星, 左宏森, 李跃, 栗正新, 邵俊永, 孙冠男, 郝素叶, 韩少星, 张霖, 张国威, 周少杰
    功能材料. 2022, 53(11): 11212-11219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.030
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    以一步法制备的7%(质量分数)Cu-TiO2为基,利用水热法制备了不同质量分数的光催化性能优良的g-C3N4/Cu-TiO2纳米球三元复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UVVis DRS)等分析测试手段对样品的结构、形貌和光学性能进行表征。通过罗丹明B为模拟污染物,表征其在紫外光条件下的光催化性能,结果表明,所合成的催化剂为80~90 nm的光滑纳米球体,均匀分布在层片状的g-C3N4上,其中60%(质量分数)g-C3N4/Cu-TiO2在紫外芬顿体系(0.1 mL 30% H2O2)内,在20 min内25 mg·L-1罗丹明B降解率达到92.71%,在30 min达到100%。同时在pH范围2~8内具有同样高效的催化效果,显著提高了催化效率和适用pH范围。
  • 溶剂热法制备Ag掺杂ZnO纳米棒结构及催化性能的研究
    宋智, 张夏炎, 刘伯霞, 陈瑶瑶
    功能材料. 2022, 53(11): 11220-11224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.031
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    为了提高ZnO的光降解效率,选择贵金属Ag为掺杂材料,通过溶剂热法制备了不同Ag掺杂量(0,1%,2%,3%和4%(摩尔分数))的ZnO纳米棒。通过XRD、SEM、FT-IR和PL等手段对ZnO的晶格结构、微观形貌、光谱性能和催化性能等进行了表征,并研究了Ag掺杂的ZnO纳米棒在500 W氙灯照射下对罗丹明B不同时间段的降解效率。结果表明,Ag掺杂后的ZnO的晶体结构未发生改变,但晶胞体积出现增大、晶格畸变变小;掺入Ag后ZnO逐渐从颗粒球状转变成棒状结构,并且随着Ag掺杂比例的增加,变化趋势更加明显;部分Ag+取代了Zn2+,导致掺杂Ag的ZnO金属氧键的振动峰出现降低;随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒的PL强度出现先降低后升高的趋势,3%(摩尔分数)Ag掺杂的ZnO的PL强度最低;Ag的掺杂抑制了电子-空穴的复合,增强了光降解效率,3%(摩尔分数)Ag掺杂的ZnO纳米棒在120 min照射下对罗丹明B的降解效率达到最大值为70.22%。
  • 钌基催化剂的制备及其析氢性能的研究
    陈可同, 刘倩倩, 王艺霏, 李宾慧, 罗憬章, 刘畅, 宗兴, 刘慧敏, 王永飞
    功能材料. 2022, 53(11): 11225-11230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    电化学水分解制氢是一种极具发展前景的无污染制氢方法。设计一种价格低廉,并且具有高效催化性能的催化剂对缓解环境压力,以及对电催化析氢的大规模应用具有重要意义。以松果壳(PC)为生物质碳前驱体,尿素为氮源,RuCl3为钌源,通过水热和高温碳化的方法将 Ru 锚定在氮掺杂的生物质衍生碳基底上(Ru-N-CPC)。Ru-N-CPC具有良好的电化学性能(61 mV的过电位就可达到10 mA cm-2,1 mol/L KOH)和稳定性。采用一系列测试表明催化剂具有良好的电化学性能可归因于氮的掺杂导致了大量的缺陷产生,从而使 Ru能够顺利地、均匀地被载于碳材料上,同时由于Ru和N的协同作用,促使催化析氢反应的活性提高。
  • 光降解苯酚用RGO-TiO2纳米复合材料的制备及性能表征
    李楠, 魏玲
    功能材料. 2022, 53(11): 11231-11236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,用溶胶-凝胶法结合热处理工艺制备出了RGO-TiO2纳米复合材料。研究了复合材料的晶体结构、微观形貌以及RGO掺杂量对复合材料催化性能的影响。结果表明,RGO-TiO2纳米复合材料是标准的锐钛矿型,纳米TiO2颗粒均匀分布在片层状石墨烯的表面,结合良好;红外分析表明,3%RGO-TiO2纳米复合材料中石墨烯和TiO2以化学结合的形式生成了稳定的Ti-O-C键;随着RGO掺杂量的增加,RGO-TiO2纳米复合材料对苯酚的去除率先升高后降低,3%RGO-TiO2纳米复合材料在12 h时去除率最高为93.9%,其中在pH值=3的酸性条件下12 h时刻对苯酚的去除率最高达到96.1%,去除率要明显高于中性和碱性环境。
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