近年來,光催化技術在新能源開發和環境污染治理方面的應用受到了越來越廣泛的關注。目前出版的著作大多集中于紫外光響應的傳統Ti02光催化材料,缺乏新型窄帶隙可見光響應的光催化材料方面的著作。
《可見光響應光催化材料》介紹了近十多年來,研究人員發現的幾類新型高效的可見光催化材料:W03、Ag3P04.BiV04、g-C3N4、黑色Ti02和Bi2W06、Bi2M006的研究進展,包括這些窄帶隙可見光催化材料的結構、合成、形貌控制、性能改善及其應用,通過這些新研究成果的介紹,使人們更準確地把握光催化領域的發展方向并促進光催化技術向實際應用方面轉化。
《可見光響應光催化材料》內容新穎、資料翔實,適用于高等院校材料科學與工程、材料物理與化學、物理化學等專業的本科生和研究生學習、參考,也可供相關領域的科研工作者參考。
光催化技術作為一種可以有效降解環境污染物和產生氫能的新技術,在最近幾十年得到了廣泛的關注和研究。據統計,自從1972年日本科學家發現光催化現象以來,已有27000多篇關于光催化的SCI論文發表。特別是作為光催化技術發源地的日本,已將光催化技術應用于生產、生活的方方面面,如光催化分解水制氫、光催化凈化空氣、自清潔、抗菌除臭等。著名科學家藤島昭先生認為:“光催化創造未來:光催化帶來環境和能源的綠色革命。”目前,光催化技術的研究已取得了較大的成就,特別是2001年Asahi等在國際頂級期刊Science上發表了N摻雜Ti02實現可見光光催化以來,可見光響應光催化材料的研究一直是當前光催化領域的研究熱點。
本書分為8章。第1章介紹光催化的基礎理論;第2~7章重點介紹近十多年來研究人員發現的最典型的幾類新型可見光響應光催化材料,包括W03、Ag3P04、BiV04、g-C3N4、黑色Ti02和Bi2W06、Bi2M006的研究進展,系統闡述各種不同可見光催化材料的設計理念和制備方法,結合光催化技術的研究方法深入淺出地分析了高效寬譜響應光催化材料的調控機制,討論了光催化研究中的大量科學問題;第8章介紹可見光催化在降解污染物、光解水制氫、光催化還原C02以及光催化殺菌方面的研究現狀和廣闊的應用前景。本書內容豐富,層次分明,對可見光催化的科學問題分析深入,闡述清晰,有助于人們對光催化材料和技術的了解,對從事光催化材料研究和光催化應用技術研究的科研工作者也具有重要的參考價值。
全書由鹽城工學院董鵬玉博士和奚新國教授編寫。本書的出版得到國家自然科學基金項目(批準號:21403184)、國家重點研發計劃項目(批準號:2016YFCO209202)、江蘇省高校自然科學研究項目(批準號:14KJB150025,15KJA430007,14KJB430023)、中國博士后科學基金(批準號:2014M561622)、江蘇省生態建材與環保裝備協同創新中心項目(批準號:GX2015102,CP201502)、2016年度江蘇省省級新型墻體材料專項基金(批準號:201614)和江蘇省高等學校大學生創新創業訓練計劃(批準號:2016103050022)的資助。在本書的編寫過程中,得到鹽城工學院鄧育新教授和一些學生的支持和幫助,特別是田浩、蔡星、郝艷、徐壯壯、王帥旗等研究生和本科生在資料收集、圖表加工等方面給予了諸多協助。同時,清華大學朱永法教授和四川大學儲偉教授給予了熱情鼓勵和幫助,對本書的修訂提出了寶貴的建議。另外,科學出版社劉冉編輯為本書的出版付出了辛勤的勞動。在此,一并向他們表示衷心的感謝。
由于著者水平有限,書中不足之處在所難免,熱忱歡迎讀者批評指正。
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董鵬玉,博士,畢業于蘭州大學物理科學與技術學院材料物理與化學專業。主要從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,主持國家自然科學基金、中國博士后基金、江蘇省高校自然科學研究項目等。作為研究骨干參與國家杰出青年科學基金項目“固體發光材料”中光催化子課題的研究,并參與國家重點研發計劃項目“大氣環保產業園創新創業政策研究及應用”子課題。近年來,以第1作者或通訊作者在Appl.Catal.B,Nanoscale,Mater.Chem.,Am.Ceram.Soc.等國際知名期刊發表SCI論文20余篇;獲得授權國家發明專利6項;參與編寫英文專著Semiconductor Photocatalysis:Materials,Mechanisms and Applications(InTech出版社)。
奚新國,教授,1992年7月在浙江大學獲得學士學位,2003年12月在南京工業大學獲得博士學位,現為江蘇大學、安徽理工大學、常州大學兼職碩士研究生指導教師。主要從事水泥基材料、固體廢棄物綜合利用、大氣環境治理等領域的研究。主持國家重點研發計劃項目“大氣環保產業園創新創業政策研究及應用”子課題1項(2016YFC0209202)、科技部星火計劃項目1項(2014GA690294),承擔省部級項目11項,發表各類學術論文20多篇,其中SCI、EI收錄11篇。獲江蘇省科學技術獎1項。被評為江蘇省“青藍工程”青年骨干教師,江蘇省“六大人才高峰”培養人選,等
前言
第1章 光催化基礎
1.1 光催化的起源
1.1.1 光催化領域的開拓者
1.1.2 可見光響應光催化的興起
1.2 光催化基本原理
1.2.1 光催化的基本概念
1.2.2 光催化反應的基本過程
1.2.3 半導體光催化能帶理論
1.2.4 光催化氧化反應機理
1.2.5 光催化活性的影響因素
1.3 Ti02光催化材料的研究進展
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 光催化材料的發展趨勢
1.4.1 光催化活性的提高
1.4.2 新型可見光催化材料的探索
參考文獻
第2章 W03基可見光催化材料
2.1 W03的結構
2.1.1 晶體結構
2.1.2 能帶結構
2.2 W03的制備方法
2.2.1 溶膠.凝膠法
2.2.2 微乳液法
2.2.3 沉淀法
2.2.4 水熱法
2.3 W03粉體光催化材料的形貌控制
2.3.1 -維納米結構
2.3.2 二維片狀結構
2.3.3 層級孔狀結構
2.4 W03薄膜及其光催化性能調控
2.5 W03光催化活性增強方法
2.5.1 石墨烯表面雜化
2.5.2 貴金屬沉積
2.5.3 半導體復合
參考文獻
第3章 Ag3P04基可見光催化材料
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納米顆粒對Ag3P04的改性
3.2.2 石墨烯改性Ag3P04光催化劑
3.3 Ag3P04基半導體復合材料
參考文獻
第4章 BiV04基可見光催化材料
4.1 不同形貌單斜相BiV04的合成
4.1.1 納米顆粒
4.1.2 納米片
4.1.3 孔狀結構
4.1.4 層級結構
4.2 BiV04光催化材料的改性
4.2.1 離子摻雜
4.2.2 復合材料
4.2.3 貴金屬負載
4.3 BiV04的光催化性能
參考文獻
第5章 g-C3N4基可見光催化材料
5.1 g-C3N4的合成
5.1.1 前驅體和反應參數的影響
5.1.2 塊體g-C3N4的剝離
5.1.3 不同形貌g-C3N4的合成
5.2 g-C3N4的能帶工程設計
5.2.1 元素摻雜
5.2.2 分子摻雜
5.3 g-C3N4基半導體復合材料
5.3.1 傳統II型半導體異質結
5.3.2 Z型半導體異質結
參考文獻
第6章 黑色Ti02可見光催化材料
6.1 黑色Ti02納米材料的合成
6.1.1 氫化熱處理
6.1.2 氫化等離子體處理
6.1.3 化學還原法
6.1.4 化學氧化法
6.2 黑色Ti02的結構特征
6.2.1 表面無序化
6.2.2 Tj3+的存在
6.2.3 氧空位的存在
6.2.4 Ti-OH基團的存在
6.3 黑色Ti02的光催化性能
參考文獻
第7章 Bi2W06和BiZM006可見光催化材料
7.1 Bi2W06可見光催化材料
7.1.1 Bi2W06的結構
7.1.2 Bi2W06粉末的制備及其光催化性能
7.1.3 Bi2W06薄膜的制備及其特性
7.1.4 Bi2W06光催化機理
7.2 Bi2M006可見光催化材料
7.2.1 Bi2M006的結構
7.2.2 Bi2M006的制備
7.2.3 Bi2M006光催化性能的改性
參考文獻
第8章 可見光催化材料的應用
8.1 可見光催化降解
8.1.1 可見光催化降解染料廢水應用實例
8.1.2 可見光催化還原無機金屬離子
8.1.3 光催化降解氣體有害物質