光催化材料的制备科学

丛书序
前言
第1章 TiO2和TiO2纤维光催化材料的静电纺丝制备 1
1.1 TiO2光催化剂 1
1.1.1 TiO2的物理化学性质 2
1.1.2 TiO2的能带结构 3
1.1.3 TiO2的光催化原理 3
1.1.4 TiO2的制备方法 6
1.1.5 TiO2光催化剂的起源与发展 8
1.2 静电纺丝技术 16
1.2.1 静电纺丝技术的起源与历史 17
1.2.2 静电纺丝原理及装置 17
1.2.3 静电纺丝的影响因素 18
1.3 TiO2纤维静电纺丝制备 19
1.3.1 实心TiO2纳米纤维 19
1.3.2 空心TiO2纳米纤维 21
1.3.3 核壳TiO2纳米纤维 24
1.3.4 TiO2纳米纤维的修饰 26
1.4 小结与展望 46
参考文献 47
第2章 ZnO和分级结构ZnO光催化材料的水热制备 55
2.1 水热法制备ZnO简述 55
2.1.1 水热合成原理 55
2.1.2 水热合成注意事项与安全性 56
2.1.3 ZnO的基本物理性质 57
2.1.4 ZnO晶体结构 59
2.1.5 水热法制备纳米ZnO 60
2.2 ZnO的成核及生长机理 61
2.2.1 一般碱溶液中生长 62
2.2.2 氨和六亚甲基四胺辅助生长 63
2.3 分级结构增强光催化活性的机理 64
2.3.1 改进分子的扩散/传输动力 64
2.3.2 增强光吸收 65
2.3.3 增大比表面积 66
2.4 分级结构ZnO的制备方法 67
2.4.1 模板法 67
2.4.2 无模板法 71
2.5 分级ZnO的修饰及异质结 76
2.5.1 与半导体材料复合 76
2.5.2 掺杂ZnO 80
2.5.3 与贵金属复合 83
2.5.4 与碳材料复合 85
2.6 小结与展望 89
参考文献 90
第3章 石墨相氮化碳（g-C3N4）的改性与性能增强 95
3.1 g-C3N4的发展历史、基本性质和制备方法 95
3.1.1 g-C3N4的发展历史 95
3.1.2 g-C3N4的基本性质和制备方法 96
3.1.3 g-C3N4的等电点 98
3.2 增强光生电荷产生能力的改性策略 99
3.2.1 空心结构 99
3.2.2 元素掺杂 100
3.2.3 分子改性 102
3.3 提高光生电荷分离效率的改性策略 103
3.3.1 超薄纳米片结构 103
3.3.2 高结晶氮化碳材料 105
3.3.3 单原子金属/氮化碳复合材料 107
3.3.4 石墨烯/氮化碳复合材料 109
3.4 促进表面催化反应过程的改性策略 112
3.4.1 多孔结构 112
3.4.2 表面缺陷 113
3.4.3 MOF/氮化碳复合材料 113
3.4.4 LDH/氮化碳复合材料 115
3.4.5 金属助催化剂的晶面调控 116
3.5 小结与展望 118
参考文献 119
第4章 CdS光催化剂的形貌调控 125
4.1 CdS的基本特征、制备方法及发展历史 125
4.1.1 CdS的基本特征 125
4.1.2 CdS的制备方法 126
4.1.3 CdS光催化剂的发展历史 131
4.2 CdS量子点的制备原理与方法 134
4.2.1 CdS量子点的特征 134
4.2.2 热注入法制备CdS量子点 135
4.2.3 离子交换法制备CdS量子点 141
4.2.4 化学浴沉积法制备CdS量子点 142
4.2.5 溶剂热法制备CdS量子点 143
4.3 CdS纳米颗粒的制备原理与方法 144
4.3.1 CdS纳米颗粒的特征 144
4.3.2 热煅烧法制备CdS纳米颗粒 145
4.3.3 声化学法制备CdS纳米颗粒 146
4.3.4 微波辅助合成法制备CdS纳米颗粒 147
4.3.5 溶剂热法制备CdS纳米颗粒 150
4.3.6 化学浴沉积法制备CdS纳米颗粒 151
4.4 CdS纳米棒（线）的制备原理与方法 154
4.4.1 CdS纳米棒的特征 154
4.4.2 种子生长法制备CdS纳米棒 154
4.4.3 溶剂热法制备CdS纳米棒 156
4.4.4 热注入法制备CdS纳米棒 158
4.4.5 微波辅助合成法制备CdS纳米棒 159
4.5 CdS纳米片的制备原理与方法 160
4.5.1 CdS纳米片的特征 160
4.5.2 溶剂热法制备CdS纳米片 160
4.5.3 微波辅助合成法制备CdS纳米片 161
4.5.4 离子交换法制备CdS纳米片 162
4.5.5 热煅烧法制备CdS纳米片 164
4.6 CdS空心球的制备原理与方法 165
4.6.1 CdS空心球的特征 165
4.6.2 硬模板法制备CdS空心球 166
4.6.3 软模板法制备CdS空心球 169
4.6.4 无模板法制备CdS空心球 169
4.7 小结与展望 170
参考文献 171
第5章 Bi系光催化剂的制备与形貌调控 180
5.1 Bi系光催化剂的优缺点 180
5.2 制备原理 183
5.3 卤氧化铋的形貌调控 186
5.3.1 控制暴露晶面 186
5.3.2 构筑分级结构 190
5.4 Bi2O2CO3的制备 194
5.4.1 四方形纳米片的制备 195
5.4.2 分级结构的制备 195
5.5 Bi系固溶体的制备 198
5.6 其他Bi系光催化材料 200
5.7 小结与展望 205
参考文献 205
第6章 碳材料在光催化材料中的应用 213
6.1 碳基光催化材料的发展历史和基本性质 213
6.2 碳材料的制备方法 215
6.3 碳材料在光催化反应中的角色 216
6.3.1 载体作用 216
6.3.2 增加吸附和活性位点 219
6.3.3 电子捕获和传输介质 222
6.3.4 助催化剂 229
6.3.5 光敏化作用 233
6.3.6 光催化剂 236
6.3.7 带隙收窄效应 237
6.4 碳材料在光催化反应中的功能增强策略 238
6.4.1 表面化学功能化 239
6.4.2 掺杂调控 241
6.4.3 界面调控 242
6.5 小结与展望 245
参考文献 246
第7章 S型异质结光催化剂 252
7.1 S型异质结的提出 252
7.1.1 异质结光催化剂的发展 252
7.1.2 异质结结构的分类及特点 254
7.2 S型异质结构建原理 264
7.3 S型异质结的应用 266
7.3.1 水裂解 267
7.3.2 CO2还原 269
7.3.3 杀菌 272
7.3.4 污染物降解 274
7.4 小结与展望 275
参考文献 276
第8章 双助催化剂在光催化材料中的应用 282
8.1 助催化剂科学原理 282
8.2 助催化剂的作用 283
8.3 双助催化剂设计原则 284
8.4 光催化反应中助催化剂的类型及发展历程 285
8.4.1 双金属助催化剂 289
8.4.2 金属和金属氧化物复合双助催化剂 293
8.4.3 金属和金属硫化物复合双助催化剂 295
8.4.4 金属和石墨烯复合双助催化剂 296
8.4.5 石墨烯和金属氧化物复合双助催化剂 300
8.4.6 石墨烯和金属硫化物复合双助催化剂 300
8.5 双助催化剂的表界面调控 302
8.5.1 随机沉积的双助催化剂 303
8.5.2 晶面选择性沉积的双助催化剂 303
8.5.3 核壳结构的双助催化剂 307
8.6 双助催化剂在光催化分解水中的应用 310
8.7 双助催化剂在光催化CO2还原中的应用 311
8.8 小结与展望 312
参考文献 313
第9章 g-C3N4基晶体结构模型的构建和性质 322
9.1 概述 322
9.2 g-C3N4的晶胞结构 323
9.2.1 g-C3N4模型的来源 323
9.2.2 g-C3N4模型晶胞参数的调控 324
9.2.3 g-C3N4量子点 326
9.2.4 g-C3N4纳米管 327
9.3 非金属原子掺杂 328
9.3.1 掺杂模型的构建 328
9.3.2 掺杂模型的几何结构 331
9.3.3 掺杂模型的电子性质和光学性质 332
9.3.4 非金属原子共掺杂 334
9.4 金属原子修饰 335
9.4.1 模型的构建 335
9.4.2 模型的电子性质和光学性质 337
9.5 g-C3N4基复合物体系 339
9.5.1 g-C3N4基复合物模型的构建 339
9.5.2 g-C3N4基复合物体系的电子性质和光学性质 342
9.5.3 单分子、化合物团簇和单质量子点修饰g-C3N4体系 346
9.6 g-C3N4表面的分子吸附与反应 348
9.6.1 g-C3N4表面的分子吸附 348
9.6.2 g-C3N4表面的CO2还原反应 350
9.6.3 g-C3N4表面的N2还原反应 352
9.6.4 g-C3N4表面的产氢反应 353
9.6.5 g-C3N4表面的NO氧化反应 355
9.7 小结与展望 356
参考文献 357