近年来,光催化技术在新能源开发和环境污染治理方面的应用受到了越来越广泛的关注。目前出版的著作大多集中于紫外光响应的传统Ti02光催化材料,缺乏新型窄带隙可见光响应的光催化材料方面的著作。
《可见光响应光催化材料》介绍了近十多年来,研究人员发现的几类新型高效的可见光催化材料:W03、Ag3P04.BiV04、g-C3N4、黑色Ti02和Bi2W06、Bi2M006的研究进展,包括这些窄带隙可见光催化材料的结构、合成、形貌控制、性能改善及其应用,通过这些新研究成果的介绍,使人们更准确地把握光催化领域的发展方向并促进光催化技术向实际应用方面转化。
《可见光响应光催化材料》内容新颖、资料翔实,适用于高等院校材料科学与工程、材料物理与化学、物理化学等专业的本科生和研究生学习、参考,也可供相关领域的科研工作者参考。
光催化技术作为一种可以有效降解环境污染物和产生氢能的新技术,在最近几十年得到了广泛的关注和研究。据统计,自从1972年日本科学家发现光催化现象以来,已有27000多篇关于光催化的SCI论文发表。特别是作为光催化技术发源地的日本,已将光催化技术应用于生产、生活的方方面面,如光催化分解水制氢、光催化净化空气、自清洁、抗菌除臭等。著名科学家藤岛昭先生认为:“光催化创造未来:光催化带来环境和能源的绿色革命。”目前,光催化技术的研究已取得了较大的成就,特别是2001年Asahi等在国际顶级期刊Science上发表了N掺杂Ti02实现可见光光催化以来,可见光响应光催化材料的研究一直是当前光催化领域的研究热点。
本书分为8章。第1章介绍光催化的基础理论;第2~7章重点介绍近十多年来研究人员发现的最典型的几类新型可见光响应光催化材料,包括W03、Ag3P04、BiV04、g-C3N4、黑色Ti02和Bi2W06、Bi2M006的研究进展,系统阐述各种不同可见光催化材料的设计理念和制备方法,结合光催化技术的研究方法深入浅出地分析了高效宽谱响应光催化材料的调控机制,讨论了光催化研究中的大量科学问题;第8章介绍可见光催化在降解污染物、光解水制氢、光催化还原C02以及光催化杀菌方面的研究现状和广阔的应用前景。本书内容丰富,层次分明,对可见光催化的科学问题分析深入,阐述清晰,有助于人们对光催化材料和技术的了解,对从事光催化材料研究和光催化应用技术研究的科研工作者也具有重要的参考价值。
全书由盐城工学院董鹏玉博士和奚新国教授编写。本书的出版得到国家自然科学基金项目(批准号:21403184)、国家重点研发计划项目(批准号:2016YFCO209202)、江苏省高校自然科学研究项目(批准号:14KJB150025,15KJA430007,14KJB430023)、中国博士后科学基金(批准号:2014M561622)、江苏省生态建材与环保装备协同创新中心项目(批准号:GX2015102,CP201502)、2016年度江苏省省级新型墙体材料专项基金(批准号:201614)和江苏省高等学校大学生创新创业训练计划(批准号:2016103050022)的资助。在本书的编写过程中,得到盐城工学院邓育新教授和一些学生的支持和帮助,特别是田浩、蔡星、郝艳、徐壮壮、王帅旗等研究生和本科生在资料收集、图表加工等方面给予了诸多协助。同时,清华大学朱永法教授和四川大学储伟教授给予了热情鼓励和帮助,对本书的修订提出了宝贵的建议。另外,科学出版社刘冉编辑为本书的出版付出了辛勤的劳动。在此,一并向他们表示衷心的感谢。
由于著者水平有限,书中不足之处在所难免,热忱欢迎读者批评指正。
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董鹏玉,博士,毕业于兰州大学物理科学与技术学院材料物理与化学专业。主要从事光催化材料的合成及其光催化降解污染物方面的研究。目前,主持国家自然科学基金、中国博士后基金、江苏省高校自然科学研究项目等。作为研究骨干参与国家杰出青年科学基金项目“固体发光材料”中光催化子课题的研究,并参与国家重点研发计划项目“大气环保产业园创新创业政策研究及应用”子课题。近年来,以第1作者或通讯作者在Appl.Catal.B,Nanoscale,Mater.Chem.,Am.Ceram.Soc.等国际知名期刊发表SCI论文20余篇;获得授权国家发明专利6项;参与编写英文专著Semiconductor Photocatalysis:Materials,Mechanisms and Applications(InTech出版社)。
奚新国,教授,1992年7月在浙江大学获得学士学位,2003年12月在南京工业大学获得博士学位,现为江苏大学、安徽理工大学、常州大学兼职硕士研究生指导教师。主要从事水泥基材料、固体废弃物综合利用、大气环境治理等领域的研究。主持国家重点研发计划项目“大气环保产业园创新创业政策研究及应用”子课题1项(2016YFC0209202)、科技部星火计划项目1项(2014GA690294),承担省部级项目11项,发表各类学术论文20多篇,其中SCI、EI收录11篇。获江苏省科学技术奖1项。被评为江苏省“青蓝工程”青年骨干教师,江苏省“六大人才高峰”培养人选,等
前言
第1章 光催化基础
1.1 光催化的起源
1.1.1 光催化领域的开拓者
1.1.2 可见光响应光催化的兴起
1.2 光催化基本原理
1.2.1 光催化的基本概念
1.2.2 光催化反应的基本过程
1.2.3 半导体光催化能带理论
1.2.4 光催化氧化反应机理
1.2.5 光催化活性的影响因素
1.3 Ti02光催化材料的研究进展
1.3.1 Ti02光催化材料的改性
1.3.2 Ti02薄膜光催化材料
1.4 光催化材料的发展趋势
1.4.1 光催化活性的提高
1.4.2 新型可见光催化材料的探索
参考文献
第2章 W03基可见光催化材料
2.1 W03的结构
2.1.1 晶体结构
2.1.2 能带结构
2.2 W03的制备方法
2.2.1 溶胶.凝胶法
2.2.2 微乳液法
2.2.3 沉淀法
2.2.4 水热法
2.3 W03粉体光催化材料的形貌控制
2.3.1 -维纳米结构
2.3.2 二维片状结构
2.3.3 层级孔状结构
2.4 W03薄膜及其光催化性能调控
2.5 W03光催化活性增强方法
2.5.1 石墨烯表面杂化
2.5.2 贵金属沉积
2.5.3 半导体复合
参考文献
第3章 Ag3P04基可见光催化材料
3.1 Ag3P04的形貌控制和光催化活性
3.2 Ag3P04光催化材料的改性
3.2.1 Ag纳米颗粒对Ag3P04的改性
3.2.2 石墨烯改性Ag3P04光催化剂
3.3 Ag3P04基半导体复合材料
参考文献
第4章 BiV04基可见光催化材料
4.1 不同形貌单斜相BiV04的合成
4.1.1 纳米颗粒
4.1.2 纳米片
4.1.3 孔状结构
4.1.4 层级结构
4.2 BiV04光催化材料的改性
4.2.1 离子掺杂
4.2.2 复合材料
4.2.3 贵金属负载
4.3 BiV04的光催化性能
参考文献
第5章 g-C3N4基可见光催化材料
5.1 g-C3N4的合成
5.1.1 前驱体和反应参数的影响
5.1.2 块体g-C3N4的剥离
5.1.3 不同形貌g-C3N4的合成
5.2 g-C3N4的能带工程设计
5.2.1 元素掺杂
5.2.2 分子掺杂
5.3 g-C3N4基半导体复合材料
5.3.1 传统II型半导体异质结
5.3.2 Z型半导体异质结
参考文献
第6章 黑色Ti02可见光催化材料
6.1 黑色Ti02纳米材料的合成
6.1.1 氢化热处理
6.1.2 氢化等离子体处理
6.1.3 化学还原法
6.1.4 化学氧化法
6.2 黑色Ti02的结构特征
6.2.1 表面无序化
6.2.2 Tj3+的存在
6.2.3 氧空位的存在
6.2.4 Ti-OH基团的存在
6.3 黑色Ti02的光催化性能
参考文献
第7章 Bi2W06和BiZM006可见光催化材料
7.1 Bi2W06可见光催化材料
7.1.1 Bi2W06的结构
7.1.2 Bi2W06粉末的制备及其光催化性能
7.1.3 Bi2W06薄膜的制备及其特性
7.1.4 Bi2W06光催化机理
7.2 Bi2M006可见光催化材料
7.2.1 Bi2M006的结构
7.2.2 Bi2M006的制备
7.2.3 Bi2M006光催化性能的改性
参考文献
第8章 可见光催化材料的应用
8.1 可见光催化降解
8.1.1 可见光催化降解染料废水应用实例
8.1.2 可见光催化还原无机金属离子
8.1.3 光催化降解气体有害物质