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本文首次研究了天然半导体矿物——闪锌矿的光催化还原能力。经过9个小时的可见光催化实验,来自于湖南黄沙坪矿的天然闪锌矿样品在可见光下表现出较强的光催化还原能力:91.95%的Cr(Ⅵ)被还原,优于9.5小时后紫外光下70.58%的催化效果。闪锌矿的这种强的光还原能力归因于其导带中的电子具有更负的还原电势。此外,Fe替代Zn的晶格位置在禁带中引入了施主能级,而Fe~(2+)被氧化为Fe~(3+)也有效地捕获了空穴。Cd和Cu替代Zn同样引入了杂质能级,减小了禁带宽度,从而将闪锌矿对光的响应拓展到可见光的波长范围。天然闪锌矿中的这些杂质替代离子不… 相似文献
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天然含铁闪锌矿的可见光催化还原活性研究 总被引：2，自引：0，他引：2
通过电子探针(EMPA)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射谱(DRS)、光致发光谱(PL)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和霍尔效应(Hall-effect)等测试手段对天然闪锌矿样品的半导体物理化学性能进行了表征分析。分析结果认为,天然闪锌矿良好的可见光响应性能主要源自其晶格内丰富的类质同像替代离子。此外,样品中的变价元素Fe能够参与价带光生空穴的捕获,提高导带光生电子的利用率,从而提高其光催化活性。样品中丰富的缺陷也有利于光催化活性的提高,大量的解理面和裂开面能够提供较完整的晶面增加反应活性点位,空位缺陷和晶格膨胀畸变等可以提高光生电子空穴对的分离效率。与其特殊的物理化学性质相符,天然闪锌矿光催化还原降解甲基橙的实验证明了其较高的可见光催化还原活性。本研究结果也预示着天然半导体矿物闪锌矿作为一种新的低成本、高效率的可见光催化材料将在环境污染治理领域具有一定的应用前景。 相似文献
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本文采集了我国19个产地的天然闪锌矿进行矿物学和光催化性能研究。样品皆为立方Zn S结构,化学成分变化较大,其中Fe对闪锌矿中Zn的替代范围为0.235%~14.826%(质量分数,下同),Cd对闪锌矿中Zn的替代范围为0.133%~1.576%。闪锌矿中Fe含量由低到高,导致颜色由浅变深直至呈黑色,半导体禁带宽度由大变小,估算获得天然闪锌矿的禁带宽度范围为3.18~2.28 e V,明显低于纯Zn S禁带宽度3.68 e V,光催化响应均在可见光范围。验证光催化实验结果表明含Fe较低、含Cd较高的天然闪锌矿可见光催化还原降解甲基橙的效果较佳,如可见光下1 g/L闪锌矿样品(含铁4.262%,含镉1.576%)对30 mg/L甲基橙催化反应4 h后的脱色降解率达到82.11%。天然闪锌矿中Fe含量影响着禁带宽度和光响应范围,Cd含量影响着光催化性能,为高附加值开发利用贱金属资源天然闪锌矿提供了科学依据。 相似文献
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天然闪锌矿是一种具有良好可见光催化性能的半导体光催化剂,然而其结构缺陷会成为光生电子的捕获阱,导致其光催化反应效率降低。为了进一步提高其可见光催化效率,本文在空气气氛下对天然闪锌矿进行了500～1 200℃的热处理改性实验研究,并利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)对热改性后样品的半导体物理化学性质进行了初步的表征分析;然后以甲基橙为目标降解物进行了热处理样品的光催化实验研究。研究结果显示,空气气氛下的热处理随着温度的逐渐升高,闪锌矿物相先转变为氧化硫酸锌,再转变为红锌矿和锌铁尖晶石,到1 100～1 200℃时样品完全转变为红锌矿-锌铁尖晶石二元复合半导体光催化剂,此时样品在可见光下对甲基橙的降解率从原样的54.2%提高到99.7%,1 100～1 200℃改性后样品的可见光催化性能最好。 相似文献
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研究了山西代县天然金红石在紫外光和日光照射条件下对苯酚的光催化降解性能,考察了光照时间、pH值、苯酚初始浓度以及H2O2添加量对降解过程的影响。在紫外光照射下,酸性条件(pH=3.5)利于光催化降解,中性和碱性条件下降解效率较低;当初始浓度为60mg/L时,降解速率可达1.922mg/(L.h);H2O2作为电子捕获剂可提高苯酚降解速率,最佳投加量为2mL/L。在日光条件下,天然金红石对苯酚表现出良好的降解性能,照射7h后,降解率达87.68%,仅略低于P25型TiO2(99.72%),可在14h内完全降解。根据电子探针和X射线衍射分析结果,认为天然金红石晶格中的V、Fe等杂质可能是提高其可见光响应效果和光催化活性的主要原因。 相似文献
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掺铁二氧化钛薄膜的自组装制备、表征与光催化性能研究 总被引：3，自引：0，他引：3
采用自组装方法于低温液相反应体系中成功制备出大尺寸二维纳米二氧化钛薄膜和掺铁二氧化钛薄膜。样品通过荧光发射光谱、拉曼光谱、高分辨透射电镜等方法进行表征,并研究了紫外光和可见光下Fe3+/TiO2纳米薄膜对甲基橙溶液(MO)的光催化降解过程,探讨了Fe3+对TiO2的光催化活性的影响。结果表明,此方法不需要高温煅烧即可得到高催化活性的金红石和锐钛矿混合型二氧化钛薄膜,以金红石为主。Fe3+掺杂明显提高了TiO2对甲基橙溶液的光催化降解效率:掺杂Fe3+浓度为0.5 mmol/L时光催化效果最优,且更利于较低浓度甲基橙溶液的降解,在紫外光和可见光下对初始浓度5 mg/L甲基橙溶液的降解率分别达到98.62%和89.24%。 相似文献
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采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对掺Fe和(或)Cd的闪锌矿型Zn S的电子结构进行了计算。计算结果表明,纯闪锌矿的禁带宽度为2.85 e V;掺Fe浓度为3.125%的闪锌矿禁带宽度为2.58 e V,且Fe的3d和S的3p轨道杂化在禁带中引入了两条杂质能级;随着掺Fe量的增加,杂质能级的宽度和峰高也随之增大;掺Cd闪锌矿的禁带宽度为2.68 e V,并在下价带底引入一条杂质能级;Fe/Cd共掺杂的闪锌矿禁带宽度为2.49 e V,在禁带中出现的两条施主杂质能级可提高闪锌矿的可见光响应及催化能力。计算结果为深入探讨天然闪锌矿的可见光催化机制提供了理论支持。 相似文献
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含钒金红石可见光下催化降解亚甲基蓝实验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
利用含有钒等杂质的金红石可部分吸收可见光的特性,以500 W卤素灯作为光源,实验研究了其对亚甲基蓝的可见光催化降解,结果表明,该金红石具有催化活性,7 h后亚甲基蓝可降解71 2%。经过加热、粉碎改性方法处理后的金红石光催化活性明显提高,加热1 100 ℃的金红石样品7 h后可使亚甲基蓝的降解率达到90 4%。增加光照强度、加入适当的H2O2 都可提高降解效果。实验为充分开发利用天然金红石提出了新的途径,为环境污染治理提出了新方法。 相似文献
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采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对掺杂Fe和(或)V的金红石型TiO2的电子结构进行了计算。理论模拟的结果表明,纯金红石的禁带宽度为1.98 eV;Fe掺杂金红石型TiO2的禁带宽度为2.18 eV,由Fe3d和O2p轨道杂化在禁带中间形成了两条杂质能级;V掺杂金红石型TiO2的禁带宽度减小为1.80 eV,由V3d和O2p轨道杂化形成的杂质能级位于金红石的导带底,引入了一个浅施主能级;Fe和V共掺杂的金红石禁带中存在一个较宽的杂质能带,禁带宽度减小为1.73 eV。杂质能级的出现以及禁带宽度的减小使得Fe和V掺杂的金红石具有更好的可见光响应能力。同时,Fe和V的类质同像替代使得金红石中MO6八面体具有较大的畸变程度,有助于表面缺陷的增加,从而为光催化反应提供天然活性位。为进一步深入揭示含铁、钒等杂质的天然金红石的可见光催化机制提供了理论支持。 相似文献
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Abstract: Natural sphalerite as a natural cost-effective photocatalyst was characterized and its visible light photocatalytic activity was investigated in terms of substituting ions, impurity phases and surface defects. The substitutions of metal ions for Zn2+ alter the band structure and result in the visible light response. The coexistence of impurity semiconductors and nanosized particles in natural sphalerite samples help to prolong the lifetime of electron-hole pairs. The cleavage planes and fracture surfaces improve the photocatalytic activity of natural sphalerite by providing more active sites than perfect faces. Both the negative charge defects from the non-isoelectronic substitutions and surface elements with variable chemical valence suppressed the recombination of electron-hole pairs by their possible role of capturing photogenerated holes. 相似文献
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LI Yan LU Anhuai WANG Changqiu School of Earth Space Sciences Peking University Beijing 《《地质学报》英文版》2006,80(2)
The photocatalytic reductive capability of a natural semiconducting mineral, sphalerite has been studied for the first time. The sphalerite from the Huangshaping deposit of Hunan Province performed great photoreductive capability that 91.95% of the Cr6+ was reduced under 9 h visible light irradiation, higher than the 70.58% under 9.5 h UV light irradiation. The highly reductive ability results from its super negative potential of electrons in the conduction band. Furthermore, Fe substitution for Zn introduces donor states, and the oxidation process of Fe2+ to Fe3+ makes it an effective hole-scavenger. Cd and Cu substitute for Zn also reduce the bandgap and help broaden the absorbing edge towards the visible light. These substituting metal ions in natural sphalerite make it a hyper-active photocatalyst and very attractive for solar energy utilization. 相似文献
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Photocatalytic Reduction of Cr^Ⅵ by Natural Sphalerite Suspensions under Visible Light Irradiation 总被引：4，自引：0，他引：4
LI Yan LU Anhuai WANG Changqiu 《《地质学报》英文版》2006,80(2):267-272
The photocatalytic reductive capability of a natural semiconducting mineral, sphalerite has been studied for the first time. The sphalerite from the Huangshaping deposit of Hunan Province performed great photoreductive capability that 91.95% of the Cr^6＋ was reduced under 9 h visible light irradiation, higher than the 70.58% under 9.5 h UV light irradiation. The highly reductive ability results from its super negative potential of electrons in the conduction band. Furthermore, Fe substitution for Zn introduces donor states, and the oxidation process of Fe^2＋ to Fe^3＋ makes it an effective hole-scavenger. Cd and Cu substitute for Zn also reduce the bandgap and help broaden the absorbing edge towards the visible light. These substituting metal ions in natural sphalerite make it a hyper-active photocatalyst and very attractive for solar energy utilization. 相似文献
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S. Mohammadghasemi-Samani M. Taghdiri 《International Journal of Environmental Science and Technology》2017,14(10):2093-2108
A new organic hybrid of silicotungstic acid was prepared by means of an easily available, very cheap, and non-toxic amine via a facile precipitation method. Characterization of hybrid was carried out by elemental analyses, Fourier transform infrared spectroscopy, powder X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, and scanning electron microscopy. Dye adsorption and photocatalytic properties of the prepared water-insoluble hybrid were examined by studying the decolorization of model dyes such as methylene blue and methyl, orange and their mixture solutions under ultraviolet, visible, and sunlight irradiation. The effect of different factors containing the initial concentration, pH, catalyst dosage, H2O2 dosage, and salt adding was investigated on the decolorization of dyes. The results showed that the hybrid is a good heterogeneous photocatalyst in the degradation of methylene blue, methyl orange and their mixture and can be recovered and reused. The methylene blue is removed via combination of adsorption and photocatalytic degradation under ultraviolet, visible, and sunlight through direct oxidation by hybrid. The methyl orange is removed via ultraviolet and solar photocatalytic degradation through indirect oxidation by ·OH radicals. While the visible light is not able to degrade methyl orange solution alone in the presence of hybrid, it degrades the methyl orange mixed with methylene blue solution. 相似文献
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采用酸性溶胶法制备掺铁-TiO2/膨润土复合光催化剂,利用XRD﹑IR等测试手段对其进行了表征。通过测试甲基橙溶液的脱色率和COD去除率对复合光催化剂的光催化活性进行了评价。结果表明,该催化剂有较高的催化氧化性能,在太阳光照射下,对pH=4﹑质量浓度为20 mg/L的甲基橙溶液进行降解时,其脱色率可达95%以上,COD去除率可达85%以上。该催化剂在经过200℃焙烧活化2.5 h后可多次重复利用。 相似文献