本書概述光催化基本原理與過程、光催化材料的性能提升策略及其在環境與能源領域的應用；重點介紹代表性高性能光催化材料如金屬氧化物（二氧化鈦）、金屬硫化物（CdS）、石墨相氮化碳（g-C3N4）和金屬有機骨架（MOFs）化合物的構建，以及助催化劑如MXene和單原子修飾提升其光催化分解水產氫、CO2還原和氮氧化物氧化去除等性能，并講解天然礦物光催化在環境凈化中的貢獻。
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目錄
第1章 半導體光催化原理與金屬硫化物光催化分解水產氫1
1.1 引言1
1.2 半導體光催化原理2
1.3 金屬硫化物光催化分解水產氫4
1.3.1 金屬硫化物產氫光催化劑5
1.3.2 金屬硫化物產氫性能提升策略7
1.4 小結13
參考文獻13
第2章 半導體光催化中的非貴金屬助催化劑MXene17
2.1 引言17
2.2 MXene的剝離方法18
2.3 以MXene為助劑的雜化光催化材料19
2.3.1 機械混合法19
2.3.2 自組裝法20
2.3.3 原位氧化法20
2.4 MXene作為助催化劑的光催化機理20
2.5 MXene基復合材料在光催化中的應用21
2.5.1 光催化析氫21
2.5.2 光催化還原CO224
2.5.3 光催化固氮27
2.5.4 有機污染物的光催化氧化28
2.6 小結30
參考文獻31
第3章 MOFs超薄納米片與CdS納米棒復合高效光催化分解水制氫35
3.1 引言35
3.2 實驗部分36
3.2.1 藥品與試劑36
3.2.2 催化劑制備37
3.2.3 催化劑表征37
3.2.4 光催化活性測試38
3.3 結果與討論38
3.3.1 晶相結構與形貌分析38
3.3.2 樣品表面化學狀態40
3.3.3 光學性質與能帶結構42
3.3.4 光催化性能43
3.3.5 光生載流子分離與轉移路徑分析46
3.4 小結50
參考文獻50
第4章 (001)TiO2/Ti3C2復合材料光催化還原CO254
4.1 引言54
4.2 實驗部分55
4.2.1 催化劑制備55
4.2.3 催化劑表征56
4.2.4 光電化學測試56
4.2.5 光催化CO2還原活性測試56
4.3 結果與討論57
4.3.1 晶相結構與形貌分析57
4.3.2 X射線光電子能譜與傅里葉紅外分析59
4.3.3 光學性質與N2吸脫附曲線分析63
4.3.4 光電化學性質65
4.3.5 光催化CO2還原活性與中間物種鑒定65
4.3.6 光催化機理67
4.4 小結68
參考文獻69
第5章 Ti3C2/g-C3N4納米片的二維復合異質結光催化還原CO271
5.1 引言71
5.2 實驗部分72
5.2.1 催化劑制備72
5.2.2 催化劑表征73
5.2.3 光催化還原CO273
5.3 結果與討論74
5.3.1 超薄2D/2DTi3C2/g-C3N4異質結形成機理74
5.3.2 形貌分析75
5.3.3 晶相結構與光吸收77
5.3.4 比表面積與CO2吸附78
5.3.5 光催化CO2還原80
5.3.6 原位紅外光譜分析82
5.3.7 電荷遷移與分離83
5.3.8 光催化機理86
5.4 小結87
參考文獻87
第6章 多孔材料在CO2還原中的應用91
6.1 引言91
6.2 光催化還原CO2原理91
6.2.1 CO2吸附和活化92
6.2.2 電子和空穴的分離特性93
6.2.3 反應模式94
6.3 高效CO2吸附多孔材料94
6.3.1 無機多孔材料95
6.3.2 有機-無機雜化多孔材料96
6.3.3 有機多孔材料97
6.4 光催化CO2還原研究進展99
6.4.1 無機半導體催化劑99
6.4.2 MOFs基光催化劑100
6.4.3 MOPs基光催化劑105
6.4.4 多孔材料復合光催化劑107
參考文獻111
第7章 微孔聚合物修飾TiO2空心微球還原空氣中的CO2118
7.1 引言118
7.2 實驗部分119
7.2.1 SiO2球及SiO2@TiO2核殼結構制備119
7.2.2 TiO2/卟啉基MOP（HUST-1）制備119
7.2.3 TiO2/HUST-1-Pd和HUST-1-Pd制備120
7.2.4 Pd/TiO2制備120
7.2.5 光催化CO2還原測試120
7.2.6 樣品表征120
7.3 結果與討論121
7.3.1 TiO2/HUST-1-Pd的優化121
7.3.2 刻蝕條件優化124
7.3.3 形貌與結構125
7.3.4 孔隙結構與CO2吸附性能130
7.3.5 光催化CO2還原活性與穩定性132
7.3.6 光電化學與電化學性質133
7.3.7 光催化CO2還原反應的路徑134
7.4 小結139
參考文獻139
第8章 氰基缺陷協同CaCO3增強氮化碳納米片光催化去除氮氧化物142
8.1 引言142
8.2 實驗部分143
8.2.1 氰基與CaCO3共修飾g-C3N4納米片（xCa-CN）的制備143
8.2.2 純g-C3N4納米片（CN）和體相g-C3N4（BCN）的制備144
8.2.3 光催化去除NO實驗144
8.2.4 原位紅外光譜檢測145
8.3 結果與討論145
8.3.1 理化性質分析145
8.3.2 光學性質與能帶結構149
8.3.3 光催化去除NO性能150
8.3.4 光催化性能增強機理152
8.4 小結158
參考文獻158
第9章 單原子鐵修飾TiO2空心微球可見光催化氧化氮氧化物163
9.1 引言163
9.2 實驗部分164
9.2.1 催化劑制備164
9.2.2 催化劑表征165
9.2.3 （光）電化學測量165
9.2.4 NO光催化氧化實驗165
9.2.5 原位紅外漫反射光譜測試166
9.3 結果與討論166
9.4 小結178
參考文獻178
第10章 光催化中的絕緣體材料180
10.1 引言180
10.2 絕緣體在光催化中的作用183
10.2.1 作為助催化劑184
10.2.2 作為基底催化劑188
10.2.3 作為隔絕層191
10.3 絕緣體光催化劑激活策略193
10.3.1 氧空位的引入193
10.3.2 金屬缺陷的引入195
10.3.3 局域表面等離子體效應的利用196
10.4 小結197
參考文獻198
第11章 天然礦物及其在環境修復中的應用202
11.1 引言202
11.2 天然礦物分類204
11.2.1 硫化物礦物204
11.2.2 氧化物和氫氧化物礦物204
11.2.3 含氧鹽礦物204
11.2.4 其他礦物207
11.3 天然礦物在環境修復中的應用207
11.3.1 光催化殺菌及NO的去除207
11.3.2 基于高級氧化技術的水體凈化210
11.3.3 重金屬和揮發性有機化合物的吸附去除212
11.4 小結214
參考文獻215
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