高效纳米线光催化剂
不同形貌结构光催化剂
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》范文
《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
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。
纳米光催化技术
纳米TiO2光催化剂
TiO2就是最重要得一种催化剂,经过30年得 研究,在光催化机理探索和光催化应用中得到 迅速发展 TiO2备受青睐得原因 : ① TiO2就是一种常见得化工产品,在地壳中
得含量高,丰度排第十 ② TiO2得化学稳定性和光化学稳定性高 ③ 光催化氧化能力强 ④ 无毒,具有良好得环境相容性
例如 :苯酚等有机物 重金属离子 :Cr6+ 、 Ag+ 等
纳米TiO2材料得制备
1 、溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法得原理就是将金属醇盐或无机 盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶, 然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥,高温 焙烧去除有机成分,最后得到纳米粒子。
◆优点 : 合成温度低,工艺简单,制得得样品纯 度高 、颗粒细等
3 、载流子扩散效应 粒径越小,光生电子从晶体内扩散到表面得时间越短, 电子和空穴得复合几率 减小,光催化效率提高
纳米TiO2催化剂得表面修饰
Ti02得电子和空穴容易发生复合, 因此光催化效 率低 ;带隙较宽(约3 、2 eV)只能在紫外区显示光 化学活性,对太阳能得利用率小于5％ 。因此,为了提 高光催化剂得光谱响应范围和催化效率,人们采用了 多种方法和手段以改善纳米二氧化钛 得这一性质缺 陷。
有机染料 、叶绿素 、腐殖质 、富里酸 、不饱和脂肪 酸等,都可吸收可见光作敏化剂。
纳米TiO2催化剂得表面修饰
4 、半导体复合 半导体复合修饰纳米粒子也就是一种可使宽禁带催化剂能利用 可见光得方法 。这两种半导体中,其中一种带隙宽, 另一种带隙 窄并且倒带能级低 。 因此, 窄带隙得半导体吸收可见光后产生得 光生电子就会注入到宽带隙半导体得倒带中,扩大了催化剂对于 可见光得吸收能力 。 同时也有可能通过电子在两种半导体之间 得转移减少了光生电子和空穴得复合几率,提高了催化剂得催化 效率 。
g-C3N4在能源和环境治理方面的应用
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光催化剂——精选推荐
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ZrOx光催化剂的制备及性能
［ 收稿 日期 ］２ １ ０ ２ ０２— ２— ３ ［ 回 日期 ］２ １ ０ ０ 修 ０ ２— ５— ２ ［ 基金项 目］厦 门理工学 院高层次 人才 科技 项 目 （ Ｊｌ １ Ｒ ＹＫ ｌ０ ５ ） ［ 作者 简介 ］廖 文超 （９ ４一） １８ ，女 ，讲师 ，博士 ，研究方 向为水污染控制工 艺及 催化剂．Ｅｍａ ：ｈ ｏ ｅｃａ ＠ ． ｉ ａｗ ｎｈｏ ｌ
ｘ Ｌｅ ｕ ｃ ｍｕ ｄ ． ａ
第 ２期
廖文超 ，等 ：纳米 ＺＯ 光催化 剂的制备及性能 ｒ
物理 电子公 司 ；紫外 可见 分光 光度 计 ，Ｃ ｒ ５０型 ，美 国 Ｖ ｒ ａ 司 ． ａｙ ０ ａｉ ｎ公 ｎ
１３ 样 品制备 ．
以 ＺＯ １ ８ ｒ Ｃ ・ Ｈ Ｏ为原 料 ，采用 表面 活性 剂 Ｃ Ａ Ｔ Ｂ辅 助水 热法 制备 纳米 ＺＯ 光 催化 剂 ．将 一定 量 ｒ ＺＯ １ ８ ２ ｒＣ２・ Ｈ Ｏ和 Ｃ Ａ Ｔ Ｂ混 合 溶于 去离 子水 中 ，用 ３ ％ 的 Ｎ Ｏ ０ ａ Ｈ溶 液 调 节混 合 物 ｐ Ｈ为 ｌ ，陈化 １ｈ ０ ，
近年 来 ，半导 体 光 催化 氧化 技 术 由 于 氧 化 能 力 强 、反 应 彻 底 、无 二 次 污 染 的特 点 ，越 来 越 受
到环境工程领域学者的关注 ，为解决水 处理领域 中难降解有机污染物污染 问题提供 了新 途径．但 以 ＴＯ ｉ 为 基础 的光 催化 技术 还 存 在 量 子 效 率 低 等 几 个 关 键 的科 学 技术 难题 ，极 大 制 约 了其 应 用 ． 为提高多相光催化效率 ，国内外 学者尝试将光催化与其它技术耦合 ．研究结果表 明 ，微波辐 照能 较大提高 Ｔ ： ｉ 光催化效果 ，特别对难 降解有机物有很好地矿化效果…．催化剂是 微波辅助光 催化 Ｏ 技术的核心之一 ，目前 ，用于微波辅助光催化体系的催 化剂主要集 中于 ＴＯ 光催化剂．针对 微波 ｉ： 辅 助 光催 化 体 系 ，对 微 波 和紫外 同 时 具 有 良好 响 应 的高 效 催 化 剂 开 发 还 比较 欠 缺 ．二 氧化 锆 作 为 种 ｎ型半 导 体 ，其 表 面 具 有 较 大 的 缺 位 浓 度 ，已被 广 泛 用 于 多 相 光 催 化 领 域 Ｊ ．有 报 道 指 出 ， ｚ 改 性 能 较 大提 高 ＴＯ 光催 化 效 果 Ｊ ｒ ｉ： ．本 文 采 用 表面 活 性 剂辅 助 水 热 法 来 制 备 多价 态 并 存 的纳 米
可见光响应的BiVO4／TiO2纳米复合光催化剂
按摩尔 比 Ｂ ： ｉ Ｖ一１： 分别溶于 ２ ０ｍｏ ・ 叫硝酸 中， １ ． ｌ Ｌ 混合 得黄色溶液 。用氨水将 溶液 的 ｐ 值调 至 １ ，再加入 ０ ６ｇ Ｈ Ｏ ．
称 ０ ４ｇ偏钛酸（ Ｔｉ ） ． Ｈ２ Ｏ３细粉 ，与 ３ ０ｍｏ ・ ０ｍＬ １ ｌ Ｌ
Ｎａ ＯＨ溶 液混合 ， １０℃反应 ３ ，自然冷却后制得 白色 于 ８ ４ｈ 沉淀 物 ， 过滤 ， １ｍｏ ・ ＿ 硫酸溶液和去离子水洗涤 至中 用 ｌ Ｌ１
性 ， 到 具 有 层 状 结 构 的 前 驱 体 钛 酸 盐 纳 米 线 （ 称 得 简
ＯＬＪ Ｍ ８ ０型带有能 谱仪 的扫描 电子 显微镜 ；ＨＩ ＡＣ －Ｓ ５ ０ Ｔ ＨＩ Ｈ８０ 型透射 电子显微 镜 ；Ｇ Ｃ Ｕｖ Ｖｉ ｃ ｔ ｎ ａ
可见 吸 收 光谱 仪 。 １２ ＢＶ ４ＴＯ 纳 米 复 合 材 料 的 制 备 ． ｉ Ｏ ／ ｉｚ
性不高 。 若将 ＢＶＯ 与 Ｔｉ２复合 ，将 可能获得 较好 的可见 ｉ ４ （ ）
光催化材料。
１ ２ ２ ＢＶＯ４Ｔｉ２ 米复 合 物 的 制 备 ． ． ｉ ／ ｏ 纳
第一种纳米复合物 的制备 ：首先 ，将硝酸铋 和偏钒酸 铵
本文使用具有层状结构的钛酸盐 纳米线 ， 通过水热 法合 成 了两种新 型 的 ＢＶＯ ／ Ｏ ｉ ４Ｔｉ２纳 米 复合 物 ，并 对其 物 质 结 构、 形貌 以及光催 化性 能进行 了研究 。 果表 明，这两种 半 结
１ １ 试 剂 与 仪 器 ．
使用试 剂 有 ：偏 钛 酸 （ Ｐ ，氢氧 化 钠 （ Ｃ ） ＡＲ） ，硝酸 铋 （ ＡＲ） 偏钒酸铵（ ） 硝酸（ ． ｌ ） 氨水 （ ８ ～ ， ＡＲ ， ２ ０ｍｏ ・Ｌ ， ２
纳米材料的光催化性能与光催化反应机理研究
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。
催化剂纳米二氧化钛的作用
催化剂纳米二氧化钛（TiO2）具有多种作用，主要集中在以下几个方面：
1. 光催化作用：
纳米二氧化钛在紫外线照射下具有很强的光催化活性。
当其吸收紫外光后，能产生电子-空穴对，这些载流子参与氧化还原反应，能够分解空气中的有害气体如甲醛、苯、氨气以及某些有机污染物，将其转化为无害的二氧化碳和水。
因此，纳米二氧化钛被广泛应用于空气净化、水质净化等领域。
2. 抗菌性能：
光催化作用也能有效杀灭细菌和病毒，通过生成的羟基自由基等强氧化性物质破坏微生物细胞膜和DNA结构，从而实现高效抗菌和抗病毒功能。
这种特性使得纳米二氧化钛常用于制备具有自清洁、抗菌效果的涂层材料，比如应用于建材表面、医疗设备表面处理等。
3. 紫外线屏蔽：
由于二氧化钛对紫外线有较高的反射率和吸收率，所以它是一种高效的紫外线屏蔽剂，可以添加到化妆品、涂料、塑料等材料中，保护人体皮肤或产品免受紫外线伤害，延长产品的使用寿命和提高其耐候性。
4. 新能源应用：
在能源领域，纳米二氧化钛也被研究作为光电化学电池的光阳极材料，利用其光生电荷分离的能力来转化太阳能为电能。
5. 其他功能：
还可作为催化剂载体，支持负载其他活性成分进行催化反应；同时，在某些特定条件下，纳米二氧化钛还可以表现出优异的导电性和良好的化学稳定性，进一步拓宽了其在传感器制造、环保材料、药物传递系统等方面的应用潜力。
Zn2GeO4纳米线的可控制备以及形貌调控
㊃材料科学与工程㊃Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线的可控制备以及形貌调控作者简介：韩㊀江（１９９３－），男，宁夏银川人，硕士研究生，研究方向：二维功能材料㊂韩㊀江，孟昭圳（中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８３）摘㊀要：一维纳米线有利于电子空穴对的快速定向传输，有利于载流子寿命的延长，同时有利于比表面积的增大，提高光催化活性㊂本实验采用水热法合成Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线，研究在水热反应中反应条件对晶体结构㊁形貌和光催化活性的影响，进而优化反应条件制备具有规则的形貌㊁完整的晶型㊁高的催化活性的Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线光催化剂材料㊂对比了表面活性剂以及不同制备方法对样品形貌的影响，对所制备样品通过ＸＲＤ对其成分和结构进行测定，利用ＳＥＭ等手段对其结构㊁形貌进行表征㊂关键词：锗酸锌；纳米线；水热法；固相法；表面活性剂；光催化中图分类号：Ｏ６１４．１２２文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－２３３９（２０１９）０３－００７４－０４㊀㊀半导体作为催化剂进行光催化作用已经成为一个具有重大研究意义的领域，这是因其在解决能源供应和环境污染问题方面的潜在应用［１－３］㊂与一维二元结构相比，一维三元纳米结构的研究相对更有意义［４］㊂锗酸锌（Ｚｎ２ＧｅＯ４）是一种重要的三元氧化物，属于具有ｄ１０构型的光催化活性的ｐ区金属氧化物基团［５］，还能够表现出在具有快速响应［６］和恢复时间［７］的紫外光照射下的高波长选择性㊁光催化水分解［８］和挥发性芳烃［９］的矿化性质㊂当前，已经开发了几种溶液合成的路线和气相蒸发技术用于制备一维纳米棒［１０－１２］和Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线［７，１３－１５］㊂制备方法的不同以及制备过程中的反应条件的控制会对催化剂材料的结晶度㊁结构和形貌产生很大的影响，而所报道的合成Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线的过程缺乏对合成参数的系统调控以及反应条件的探讨㊂本文通过固相法制备Ｎａ２ＧｅＯ３前驱体，再用该前驱体和草酸锌以及多种表面活性剂通过水热法制备Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线，研究了水热过程中的实验条件和表面活性剂对Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线生长的影响，找到较优化的合成条件，并与传统固相法制备Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米材料的过程进行了对比，利用ＳＥＭ㊁ＸＲＤ等技术研究产物的形貌㊁晶型和组成等性质㊂１㊀实验１．１㊀Ｎａ２ＧｅＯ３前驱体的制备（１）用电子天平准确称量分析纯的０．６２７ｇ氧化锗和０．６３６ｇ无水碳酸钠置于研钵㊂（２）加入乙醇后持续研磨２０ｍｉｎ以上以充分混合，将研磨后的混合物置于坩埚中放入马弗炉中高温烧结，升温速率为５ħ／ｍｉｎ，保温时间为１２ｈ，温度９１０ħ，自然冷却后，收集样品㊂１．２㊀水热法制备Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线（１）在电子天平上准备称量０．１６６ｇ锗酸钠，０．４３９ｇ二水乙酸锌和０．５ｇ氟化铵，把称量好的锗酸钠放入反应釜中，加入去离子水３５ｍＬ㊂（２）将磁子放入上述的反应釜中，使用磁性搅拌器充分搅拌１５ｍｉｎ使其充分溶解㊂再放入称量好的二水合乙酸锌继续搅拌均匀，最后放入氟化铵，搅拌１５ｍｉｎ㊂（３）将上述所处理好的反应釜放入烘箱，设置适当的温度和反应时间（见表１㊁表２和表３）㊂反应完成后，待其降至室温㊂（４）将反应完成后所得的生成物倒入烧杯中，用适当的去离子水清洗生成物，将其离心；再用适当的无水乙醇清洗生成物，将其离心㊂上述过程一共进行３次，在此所用的离心速度和时间分别为４０００ｒ／ｍｉｎ和４ｍｉｎ㊂（５）将清洗后的生成物置于烧杯中，并放入７０ħ烘箱中干燥１２ｈ后收集样品㊂１．３㊀固相法（ＳＳＲ）烧结Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米晶（１）按照化学计量比称取０．０８１４ｇ氧化锌（１ｍｍｏｌ）和０．２０９２ｇ二氧化锗粉末于研钵中，加入适量无水乙醇研磨２０ｍｉｎ㊂（２）将研磨好的样品放入坩埚中，并在马弗炉中以５ħ／ｍｉｎ升温速率升温至９２０ħ下烧结１０ｈ㊂待炉膛温度降至室温，收集样品㊂１．４㊀实验仪器本文中的ＸＲＤ是采用Ｄ／ｍａｘ２２５０ＶＢ＋Ｘ射线衍射仪，装备石墨单色器Ｃｕ⁃Ｋα辐射（λ＝０．１５４１７８ｎｍ）本实验使用ＦＥＩ－Ｑｕａｎｔａ２００扫描电镜，加速电压２０ｋＶ，最高放大倍数２万倍㊂２㊀结果与讨论２．１㊀前驱体图１所示为前驱体的ＸＲＤ图谱，所示样品的峰型㊁峰位置都与标准Ｎａ２ＧｅＯ３的ＰＤＦ卡片３４－０６９３中的峰吻合且无杂峰，这说明制备的Ｎａ２ＧｅＯ３纯度较高㊂４７图１㊀Ｎａ２ＧｅＯ３的ＸＲＤ谱图２．２㊀探究反应时间对Ｚｎ２ＧｅＯ４的影响按照表１的编号把反应物放入对应编号的反应釜中，按照１．２所述的实验步骤依次进行㊂放在１８０ħ的烘箱中分别反应５㊁１２㊁２４和４８ｈ，反应结束后按照上述实验步骤进行实验处理以及样品的收集㊂表１㊀探究反应时间影响的实验的反应条件编号锗酸钠／ｇ乙酸锌／ｇ氟化铵／ｇ温度／ħ反应时间／ｈ１０．１６６０．４３９０．５１８０５２０．１６６０．４３９０．５１８０１２３０．１６６０．４３９０．５１８０２４４０．１６６０．４３９０．５１８０４８对样品进行Ｘ射线衍射分析，如图２所示，四组样品的ＸＲＤ的最高峰所对应的２θ＝３３．１１８ʎ，ｄ＝２．６９３ｎｍ，所对应的晶面为（１１３），主要的衍射峰强度所对应的位置与菱方晶系的Ｚｎ２ＧｅＯ４标准图谱（ＰＤＦ＃８５－０４５４）相吻合，说明四组所制备的产物都为菱方晶系Ｚｎ２ＧｅＯ４；并且样品ＸＲＤ图谱中基本无杂峰，各个主要衍射峰尖锐，说明所制备样品纯度高，结晶性好㊂其中４８ｈ处理后的样品ＸＲＤ峰强最高，说明其结晶度最佳；２４ｈ处理的样品ＸＲＤ峰强次于４８ｈ的㊂图２㊀不同反应时间生成的Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＸＲＤ谱图对所得样品进行ＳＥＭ分析，如图３所示㊂从图３中可知：随着反应时间的延长，Ｚｎ２ＧｅＯ４的结晶性越来越好，纳米线长径比越来越大，尺寸越来越均匀；在２４ｈ处理后，Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线形貌最为均匀，在相同标尺下，２４ｈ反应所得纳米线长径比最大；继续延长反应时间到４８ｈ，Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线长径比开始变小且形貌不均匀㊂图３㊀不同反应时间生成的Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＳＥＭ图（ａ）５ｈ；（ｂ）１２ｈ；（ｃ）２４ｈ；（ｄ）４８ｈ２．３㊀探究表面活性剂对Ｚｎ２ＧｅＯ４的影响按照表２的编号把反应物放入对应编号的反应釜中，按照１．２所述的实验步骤依次进行㊂在１８０ħ的烘箱中分别反应２４ｈ，反应结束后按照上述实验步骤进行实验处理以及样品的收集㊂对样品进行ＸＲＤ分析和ＳＥＭ表征，图４为不同种类的表面活性剂加入后的样品的ＸＲＤ谱图㊂根据图４所示，所有的峰位置与峰型都与Ｚｎ２ＧｅＯ４标准图谱（ＰＤＦ＃８５－０４５４）中的峰吻合，说明添加不同的表面活性剂不会对产物的物相产生影响，所得到的样品均是纯度较高的锗酸锌㊂表２㊀探究表面活性剂影响的实验的反应条件编号锗酸钠／ｇ乙酸锌／ｇ氟化铵／ｇ表面活性剂温度／ħ反应时间／ｈ１０．１６６０．４３９０．５ＳＤＳ１８０２４２０．１６６０．４３９０．５ＣＴＡＢ１８０２４３０．１６６０．４３９０．５ＰＶＰ１８０２４４０．１６６０．４３９０．５ＰＥＧ１８０２４图４㊀添加不同表面活性剂生成的Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＸＲＤ谱图５７对所得样品进行ＳＥＭ分析，如图５所示㊂从图５中可知，添加ＳＤＳ㊁ＣＴＡＢ和ＰＥＧ的实验组生成Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米棒状结构，而添加ＰＶＰ的实验组得到的Ｚｎ２ＧｅＯ４的结构是纳米线，但纳米线长径比较大且均匀性较差㊂图５㊀添加不同表面活性剂生成Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＳＥＭ图（ａ）ＳＤＳ；（ｂ）ＣＴＡＢ；（ｃ）ＰＶＰ；（ｄ）ＰＥＧ２．４㊀固相法制备Ｚｎ２ＧｅＯ４从ＸＲＤ谱图（图６）中发现，固相法制备的锗酸锌杂质更少，纯度高于使用水热法制备的锗酸锌㊂从ＳＥＭ图（图７）中可知，采用固相法得到Ｚｎ２ＧｅＯ４球状颗粒㊂图６㊀固相法制备的Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＸＲＤ谱图图７㊀固相法制备的Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＳＥＭ图２．５㊀探究反应温度对Ｚｎ２ＧｅＯ４的影响根据表３的编号把反应物放入对应编号的反应釜中，按照１．２所述的实验步骤依次进行㊂分别放在温度为１２０ħ㊁１４０ħ和１８０ħ的烘箱中反应２４ｈ，反应结束后按照上述实验步骤进行实验处理以及样品的收集㊂对所得样品进行Ｘ射线衍射和扫描电子显微镜分析，图８展示了不同合成温度下Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＸＲＤ图谱，其中，反应温度在１２０ħ时，产物中杂质较多，得到的锗酸锌纯度较低；当反应温度升到１４０ħ和１８０ħ时，可得到较纯的锗酸锌㊂由图９可得，当反应温度为１４０ħ时，可以生成Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线，但纳米线的长径比较小且尺寸分布不均匀；当反应温度为１８０ħ时，生成的Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线长径比较大，尺寸分布较均匀㊂表３㊀探究反应温度影响的实验的反应条件编号锗酸钠／ｇ乙酸锌／ｇ氟化铵／ｇ温度／ħ反应时间／ｈ１０．１６６０．４３９０．５１２０２４２０．１６６０．４３９０．５１４０２４３０．１６６０．４３９０．５１８０２４图８㊀不同反应温度生成Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＸＲＤ图（ａ）１２０ħ；（ｂ）１４０ħ；（ｃ）１８０ħ图９㊀不同反应温度生成的Ｚｎ２ＧｅＯ４的ＳＥＭ图（ａ）１２０ħ；（ｂ）１４０ħ；（ｃ）１８０ħ３㊀结论（１）调节反应时间的实验结果表明，四组反应均得６７到纯度高的锗酸锌㊂随着反应时间的延长，Ｚｎ２ＧｅＯ４的结晶性越来越好，纳米线长径比增大，尺寸越来越均匀㊂在反应时间为２４ｈ时，Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线长径比最大㊂继续延长反应时间到４８ｈ，Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线长径比相比于２４ｈ而言变小且形貌不均匀㊂（２）探究表面活性剂对Ｚｎ２ＧｅＯ４的影响的实验结果表明，添加ＳＤＳ㊁ＣＴＡＢ和ＰＥＧ的实验组可得到纳米棒状结构的Ｚｎ２ＧｅＯ４，而添加ＰＶＰ的实验组得到Ｚｎ２ＧｅＯ４的结构是纳米线，但纳米线长径比较大且均匀性较差㊂（３）通过调节反应温度发现，反应温度在１２０ħ时，产物中杂质较多，得到的锗酸锌纯度较低；当反应温度升到１４０ħ和１８０ħ时，得到纯度较高的锗酸锌㊂当达到１４０ħ时，可以生成Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线，但纳米线的长径比较小且形貌不均匀；当反应温度为１８０ħ时，生成的Ｚｎ２ＧｅＯ４纳米线长径比较大，形貌较为均匀㊂参考文献：［１］㊀ＥｎｃａｉＨａｏ，ＳｈｕｙｏｕＬｉ，ＲｙａｎＣＢａｉｌｅｙ，ｅｔａｌ．ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭｅｔａｌＮａｎｏｓｈｅｌｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＢ，２００４，１０８（４）：１２２４－１２２９．［２］㊀ＺｈｏｕＹ，ＫｏｇｉｓｏＭ，ＳｈｉｍｉｚｕＴ．Ｎｅｃｋｌａｃｅ⁃ｌｉｋｅＣｈａｉｎｓｏｆＨｙｂｒｉｄＮａｎｏｓｐｈｅｒｅｓＣｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆＰｄＮａｎｏｃｙｓｔａｌｓａｎｄＰｅｐｔｉｄｉｃＬｉｐｉｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，１３１（７）：２４５６．［３］㊀ＳｕｎＹ，ＨｕＪ，ＣｈｅｎＺ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ⁃ｉｎｇｎａｎｏｔｕｂｅｓ：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００９，１９（４１）：７５９２－７６０５．［４］㊀ＱｉＬ，ＹｏｎｇＺ，ＪｉａｈｕｉＫ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈ⁃ｙｉｅｌｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｕｌｔｒａｌｏｎｇａｎｄｕｌｔｒａｔｈｉｎＺｎ２ＧｅＯ４ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓｔｏｗａｒｄｉｍｐｒｏｖｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔ⁃ｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＣＯ２ｉｎｔｏｒｅｎｅｗａｂｌｅｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｆｕｅｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍ⁃ｉｎｆｏｒｍ，２０１１，１３２（４１）：１４３８５－１４３８７．［５］㊀ＳａｔｏＪ，ＫｏｂａｙａｓｈｉＨ，ＩｋａｒａｓｈｉＫ，ｅｔａｌ．ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙｆｏｒＷａｔｅｒＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＲｕＯ２⁃ＤｉｓｐｅｒｓｅｄＺｎ２ＧｅＯ４ｗｉｔｈｄ１０Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｎｆｏｒｍ，２００４，３５（２７）：８６８－８６９．［６］㊀ＹａｎＣ，ＳｉｎｇｈＮ，ＬｅｅＰＳ．Ｗｉｄｅ⁃ｂａｎｄｇａｐＺｎ２ＧｅＯ４ｎａｎｏｗｉｒｅｎｅｔ⁃ｗｏｒｋｓａｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｔｉｍｅ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０１０，９６（５）：１５８．［７］㊀ＤａｓＳＮ，ＫａｒＪＰ，ＣｈｏｉＪＨ，ｅｔａｌ．ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａ⁃ｔｉｏｎｏｆＺｎＯＳｉｎｇｌｅＮａｎｏｗｉｒｅ⁃ＢａｓｅｄＨｙｄｒｏｇｅｎＳｅｎｓｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣ，２０１０，１１４（３）：１６８９－１６９３．［８］㊀ＺｈａｎｇＳ，ＨｕＹ，ＬｉＣ，ｅｔａｌ．Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｌｕ⁃ｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｉｘｅｄｖａｌｅｎｃｅｏｆｅｕｒｏｐｉｕｍｉｎＺｎ２ＧｅＯ４ｈｏｓｔ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＡ，２０１４，１１６（４）：１９８５－１９９２．［９］㊀ＭａＢ，ＷｅｎＦ，ＪｉａｎｇＨ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＳｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃＥｆｆｅｃｔｓｏｆＴｗｏＣｏ⁃ｃａｔａｌｙｓｔｓｏｎＺｎ２ＧｅＯ４ｏｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＷａｔｅｒＳｐｌｉｔｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｃａｔａｌ⁃ｙｓｉｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０１０，１３４（１－２）：７８－８６．［１０］㊀ＣｈｅｎＸＦ，ＷａｎｇＸＣ，ＨｏｕＹＤ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｓｔｎｉｔｒｉ⁃ｄａｔｉｏｎａｎｎｅａｌｉｎｇｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒ⁃ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＮ⁃ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ，２００８，２５５（１）：５９－６７．［１１］㊀ＴｓａｉＭＹ，ＹｕＣＹ，ＷａｎｇＣＣ，ｅｔａｌ．Ｗａｔｅｒ⁃ＤｒｉｖｅｎＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＺｎ２ＧｅＯ４ＮａｎｏｒｏｄｓｆｒｏｍＺｎ⁃ＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＧｅＮａｎ⁃ｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ＆Ｄｅｓｉｇｎ，２００８，８（７）：２２６４－２２６９．［１２］㊀ＦｅｎｇＪＫ，ＬａｉＭＯ，ＬｕＬ．ＺｎＧｅＯＮａｎｏｒｏｄｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｌｏｗ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｇｒｏｗｔｈｆｏｒｈｉｇｈ⁃ｃａｐａｃｉｔｙａｎｏｄｅｏｆｌｉｔｈ⁃ｉｕｍｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＣｏｍｍｕｎ，２０１１，１３（３）：２８７－２８９．［１３］㊀ＨａｎＸ，ＦｅｎｇＳ，ＺｈａｏＹ，ｅｔａｌ．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｔｅｒｎａｒｙｏｘｉｄｅＺｎ２ＧｅＯ４ｎａｎｏｗｉｒｅｎｅｔｗｏｒｋｓａｎｄｔｈｅｉｒｄｅｅｐｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓ，２０１９，９（３）：１３９４－１４０２．［１４］㊀ＸｉｎｇＺ，ＱｉＺ，ＬｉｎＧ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈ⁃ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｏｌａｒ⁃ＢｌｉｎｄＤｅｅｐＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＩｎｄｉｖｉｄｕａｌＳｉｎｇｌｅ⁃Ｃｒｙｓ⁃ｔａｌｌｉｎｅＺｎ２ＧｅＯ４Ｎａｎｏｗｉｒｅ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌ．Ｍａｔｅｒｉａｌ．，２０１６，２６（５）：７０４－７１２．［１５］㊀ＺｈｅＬ，ＨｏｎｇｔａｏＨ，ＢｏＬ，ｅｔａｌ．Ｚｎ２ＧｅＯ４ａｎｄＩｎ２Ｇｅ２Ｏ７ｎａｎｏｗｉｒｅｍａｔｓｂａｓｅｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｏｎｒｉｇｉｄａｎｄｆｌｅｘｉ⁃ｂｌｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１２，２０（３）：２９８２．７７。
Bi3.25Sm0.75Ti3O12纳米线的水热合成及可见光催化性能
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低维空间纳米材料的合成及其应用研究
低维空间纳米材料的合成及其应用研究近年来，纳米材料作为一种新型材料，得到了广泛的关注和研究。
由于其尺寸小、表面积大、量子效应明显等特点，纳米材料在物理、化学、生物等领域有着广泛的应用。
其中，低维空间纳米材料（如二维纳米材料、一维纳米线等）因其独特的性质，在光电器件、电化学储能、催化等领域具有特殊的应用价值。
一、低维空间纳米材料的合成方法低维空间纳米材料的制备方法有很多，如热解法、水热合成法、溶剂热法、气相沉积法等。
其中，热解法是常用的制备方法之一。
例如，石墨烯就可以使用热解法合成出来。
石墨烯是一种二维的、纯碳的材料，由于其高的导电性、导热性和光学透明性，被广泛应用于电子学、催化、能源等领域。
另外，水热法也是一种常用的制备方法。
水热法是通过高温高压的反应，使得反应物在水热条件下发生聚合和结晶，从而合成出纳米材料。
例如，氧化石墨烯就可以使用水热法制备。
氧化石墨烯也是一种二维的、纯碳的材料，由于其表面官能团的引入，被应用于光电器件、传感器、储能等领域。
二、低维空间纳米材料的应用研究低维空间纳米材料具有独特的性质，因此在应用领域有广泛的应用。
以下列举几个典型的应用研究。
1. 光电器件由于低维空间纳米材料具有高的电子迁移率和生命期等特性，因此在光电器件领域有着广泛的应用。
例如，石墨烯在光电器件中的应用日益广泛。
石墨烯不仅可以用于透明电极，还可以制备出柔性化的光电器件。
2. 电化学储能低维空间纳米材料在电化学储能领域也有着特殊的应用。
一般而言，其高的比表面积和极化效应，使得纳米材料电极具有高的储能密度和高的能量密度。
例如，二维极氧化钒纳米片可用于制备超级电容器，冠状金属氧化物纳米线可以作为超级电容器电极材料等。
3. 催化由于低维空间纳米材料的高比表面积和分散性优良，可以使得反应物更容易接触到反应物，从而增加催化反应的效率。
例如，一维氧化锌纳米线可用于制备高效的光催化剂。
总之，低维空间纳米材料具有独特的结构和性质，因此具有广泛的应用前景。
硝酸根到氨的光合成
硝酸根到氨的光合成
硝酸根到氨的光合成是指在常温常压下，使用太阳能、水和催化剂进行氮的固定，同时产生NH₄⁺和NO₃⁻实现氮的固定。
北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授领导的清洁能源中心研究团队成功合成了一种W18O49纳米线光催化剂，它可以在常温常压下通过还原和氧化两种反应途径，同时产生NH₄⁺和NO₃⁻实现氮的固定。
研究发现，W18O49纳米线的表面缺陷在光催化固氮过程中对光波长依赖的机制。
在模拟太阳光照下，W18O49纳米线可以在纯水中氧化还原N₂，同时产生NH₄⁺和NO₃⁻，甚至在波长730nm仍可以产生固氮效果，而在365nm时最大量子效率达到9%。
该研究表明，N₂分子在光催化固氮过程中的歧化反应比单纯的还原或氧化反应具有更大的动力学优势。
使用水热法合成具有氧空位和扭曲的表面结构的W18O49纳米线作为催化剂，可以实现氮的有效活化、宽光谱范围内光的吸收、光激发载流子的有效分离与利用，为设计并优化实用的光催化剂提供了一种合理的策略。
使用W18O49纳米线作为催化剂同时合成氨和硝酸根，证明了在太阳光的照射下利用氮气合成硝酸铵的可行性，从而为农业和工业生产提供原料，这将为光的利用开拓新思路。
纳米粒子强化光催化降解技术最新进展
纳米粒子强化光催化降解技术最新进展一、纳米粒子强化光催化降解技术概述纳米粒子强化光催化降解技术是一种新型的环境净化技术，它利用纳米材料的独特性质来提高光催化剂的效率，实现对污染物的高效降解。
这种技术在处理废水、废气以及固体废物等方面展现出巨大的应用潜力，是当前环境科学领域的研究热点。
1.1 纳米粒子强化光催化降解技术的核心原理纳米粒子强化光催化降解技术的核心原理基于纳米材料的光催化活性。
纳米粒子因其高比表面积、高活性位点和独特的电子结构，能够有效地捕获光能，产生电子-空穴对，进而引发氧化还原反应，降解有机污染物。
1.2 纳米粒子强化光催化降解技术的应用领域该技术的应用领域广泛，主要包括以下几个方面：- 水处理：利用纳米粒子强化的光催化剂降解水中的有机污染物，如染料、农药残留等。
- 空气净化：通过光催化过程分解空气中的有害气体，如氮氧化物、挥发性有机化合物等。
- 固体废物处理：利用光催化技术处理固体废物中的有毒有害物质，实现废物的无害化和资源化。
二、纳米粒子强化光催化降解技术的关键材料与机制纳米粒子强化光催化降解技术的关键材料主要包括各种类型的纳米粒子，如金属氧化物、硫化物、碳材料等。
这些材料因其独特的物理化学性质，能够有效地提高光催化效率。
2.1 纳米粒子的类型与特性不同类型的纳米粒子具有不同的光催化活性，例如：- 金属氧化物纳米粒子：如TiO2、ZnO等，因其高稳定性和强氧化能力而被广泛研究。
- 硫化物纳米粒子：如CdS、ZnS等，具有较窄的带隙，能够吸收可见光，扩大光催化作用的光谱范围。
- 碳材料纳米粒子：如石墨烯、碳量子点等，因其高电子迁移率和大的比表面积而展现出优异的光催化性能。
2.2 纳米粒子与光催化剂的协同作用机制纳米粒子与光催化剂的协同作用机制主要包括以下几个方面：- 光吸收增强：纳米粒子能够吸收更多的光能，提高光催化剂的光吸收效率。
- 电荷分离效率提高：纳米粒子能够促进电子-空穴对的有效分离，减少复合，提高光催化效率。
一种光催化剂及其制备方法[发明专利]
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专利名称：一种光催化剂及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：曹慧群,于斌,于杰,曹博,游诚,辛红,罗仲宽申请号：CN201310733352.3
申请日：20131226
公开号：CN103752312A
公开日：
20140430
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及纳米光催化材料领域，公开了一种光催化剂，包括KNbO纳米线及包覆在KNbO纳米线表面的银纳米粒子。
本发明采用氧化还原法在KNbO纳米线表面包覆银纳米粒子制备光催化剂，所述制备方法操作简单、可重复性好、成本低。
本发明光催化剂具有良好的光催化性和非线性光学系数，在染料污水处理、能量存储、光波导、倍频和全息存储设备中有广泛的应用。
申请人：深圳大学
地址：518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
国籍：CN
代理机构：深圳市恒申知识产权事务所(普通合伙)
代理人：陈健
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具有光催化性能的NiNi3CCdS纳米线催化剂制备方法和应用[发明专利]
![具有光催化性能的NiNi3CCdS纳米线催化剂制备方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/eb37ab013868011ca300a6c30c2259010202f36b.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202110456940.1(22)申请日 2021.04.26(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号 CN 113181942 A(43)申请公布日 2021.07.30(73)专利权人 吉林化工学院地址 132022 吉林省吉林市龙潭区承德街45号(72)发明人 陈哲 徐安然 陈峰 (51)Int.Cl.B01J 27/22(2006.01)C01B 3/04(2006.01)C02F 1/30(2006.01)C02F 101/30(2006.01)C02F 101/38(2006.01)(56)对比文件CN 109174144 A ,2019.01.11US 10059595 B1,2018.08.28审查员 张婷婷 (54)发明名称具有光催化性能的Ni/Ni3C/CdS纳米线催化剂制备方法和应用(57)摘要本发明适用于光催化技术领域，提供了镍及碳化镍修饰硫化镉纳米线的制备方法，其包括：氯化镉，三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠，分别溶于水中。
将两种溶液混合，搅拌，离心，干燥。
将干燥后的固体溶于乙二胺后再通过水热反应，生成硫化镉。
将硫化镉，硝酸镍，六亚甲基四胺溶水。
转移至反应釜中，将产物离心，干燥后。
通过管式炉煅烧，得到镍及碳化镍修饰的硫化镉。
本发明得到的线型硫化镉分散性好，结构稳定；使用本发明的方法得到的修饰后的硫化镉产氢量达到15000μmolg ‑1h ‑1，且持续反应15小时，依旧能保持良好的产氢性能。
还能有效降解土霉素(OTC)、左氧氟沙星(LEV)、盐酸四环素(TCH)、诺氟沙星(NFX)、等抗生素以及染料活性红2(RR2)，在90分钟内，降解性能达到78％～91％。
权利要求书1页 说明书7页 附图3页CN 113181942 B 2022.05.03C N 113181942B1.一种Ni/Ni 3C/CdS纳米线光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将氯化镉、三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠、水混合均匀后，等反应完全后进行过滤，洗涤，干燥，将所得样品与乙二胺混合后，水热反应得到CdS，将CdS，六亚甲基四胺、硝酸镍、去离子水混合均匀，水热得到CdS/Ni(OH)2，将CdS/Ni(OH)2至于管式炉中煅烧后得到具有光催化性能Ni/Ni 3C/CdS纳米线催化剂；所述的氯化镉、三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠的摩尔比为1:2；水的体积为100mL ，硫化镉、硝酸镍、六亚甲基四胺的质量比为100:(60～180):(120～360)；；；所述制备CdS水热反应的条件为180℃，24h，制备CdS/Ni(OH)2水热反应的条件为100℃，10h；所述煅烧处理过程中，样品放置于管式炉中，样品前方的坩埚内放置300mg的三聚氰胺，控制以5℃/min的升温速度升温至600℃，并在600℃温度下煅烧1h，煅烧的过程中以含5％的氢气95％氩气的混合气为载气。
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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。