半导体光催化环境净化

光催化技术是一项可以利用太阳光来进行清洁能源生产、环境污染治理和二氧化碳转化的新技术。本书概述光催化基本原理与基本过程、光催化材料的性能提升策略以及其在环境与能源领域的应用；重点介绍代表性高性能光催化材料如金属氧化物（二氧化钛）、金属硫化物（CdS）、石墨相氮化碳(g-C3N4)和金属有机框架化合物（MOFs）等的构建策略，以及光催化助剂（MXend）和绝缘体材料在光催化领域中的应用，并讲解天然矿物光催化在环境净化中的贡献。

目录
第1章 半导体光催化原理与金属硫化物光催化分解水产氢1
1.1 引言1
1.2 半导体光催化原理2
1.3 金属硫化物光催化分解水产氢4
1.3.1 金属硫化物产氢光催化剂5
1.3.2 金属硫化物产氢性能提升策略7
1.4 小结13
参考文献13
第2章 半导体光催化中的非贵金属助催化剂MXene17
2.1 引言17
2.2 MXene的剥离方法18
2.3 以MXene为助剂的杂化光催化材料19
2.3.1 机械混合法19
2.3.2 自组装法20
2.3.3 原位氧化法20
2.4 MXene作为助催化剂的光催化机理20
2.5 MXene基复合材料在光催化中的应用21
2.5.1 光催化析氢21
2.5.2 光催化还原CO224
2.5.3 光催化固氮27
2.5.4 有机污染物的光催化氧化28
2.6 小结30
参考文献31
第3章 MOFs超薄纳米片与CdS纳米棒复合高效光催化分解水制氢35
3.1 引言35
3.2 实验部分36
3.2.1 药品与试剂36
3.2.2 催化剂制备37
3.2.3 催化剂表征37
3.2.4 光催化活性测试38
3.3 结果与讨论38
3.3.1 晶相结构与形貌分析38
3.3.2 样品表面化学状态40
3.3.3 光学性质与能带结构42
3.3.4 光催化性能43
3.3.5 光生载流子分离与转移路径分析46
3.4 小结50
参考文献50
第4章 (001)TiO2/Ti3C2复合材料光催化还原CO254
4.1 引言54
4.2 实验部分55
4.2.1 催化剂制备55
4.2.3 催化剂表征56
4.2.4 光电化学测试56
4.2.5 光催化CO2还原活性测试56
4.3 结果与讨论57
4.3.1 晶相结构与形貌分析57
4.3.2 X射线光电子能谱与傅里叶红外分析59
4.3.3 光学性质与N2吸脱附曲线分析63
4.3.4 光电化学性质65
4.3.5 光催化CO2还原活性与中间物种鉴定65
4.3.6 光催化机理67
4.4 小结68
参考文献69
第5章 Ti3C2/g-C3N4纳米片的二维复合异质结光催化还原CO271
5.1 引言71
5.2 实验部分72
5.2.1 催化剂制备72
5.2.2 催化剂表征73
5.2.3 光催化还原CO273
5.3 结果与讨论74
5.3.1 超薄2D/2DTi3C2/g-C3N4异质结形成机理74
5.3.2 形貌分析75
5.3.3 晶相结构与光吸收77
5.3.4 比表面积与CO2吸附78
5.3.5 光催化CO2还原80
5.3.6 原位红外光谱分析82
5.3.7 电荷迁移与分离83
5.3.8 光催化机理86
5.4 小结87
参考文献87
第6章 多孔材料在CO2还原中的应用91
6.1 引言91
6.2 光催化还原CO2原理91
6.2.1 CO2吸附和活化92
6.2.2 电子和空穴的分离特性93
6.2.3 反应模式94
6.3 高效CO2吸附多孔材料94
6.3.1 无机多孔材料95
6.3.2 有机-无机杂化多孔材料96
6.3.3 有机多孔材料97
6.4 光催化CO2还原研究进展99
6.4.1 无机半导体催化剂99
6.4.2 MOFs基光催化剂100
6.4.3 MOPs基光催化剂105
6.4.4 多孔材料复合光催化剂107
参考文献111
第7章 微孔聚合物修饰TiO2空心微球还原空气中的CO2118
7.1 引言118
7.2 实验部分119
7.2.1 SiO2球及SiO2@TiO2核壳结构制备119
7.2.2 TiO2/卟啉基MOP（HUST-1）制备119
7.2.3 TiO2/HUST-1-Pd和HUST-1-Pd制备120
7.2.4 Pd/TiO2制备120
7.2.5 光催化CO2还原测试120
7.2.6 样品表征120
7.3 结果与讨论121
7.3.1 TiO2/HUST-1-Pd的优化121
7.3.2 刻蚀条件优化124
7.3.3 形貌与结构125
7.3.4 孔隙结构与CO2吸附性能130
7.3.5 光催化CO2还原活性与稳定性132
7.3.6 光电化学与电化学性质133
7.3.7 光催化CO2还原反应的路径134
7.4 小结139
参考文献139
第8章 氰基缺陷协同CaCO3增强氮化碳纳米片光催化去除氮氧化物142
8.1 引言142
8.2 实验部分143
8.2.1 氰基与CaCO3共修饰g-C3N4纳米片（xCa-CN）的制备143
8.2.2 纯g-C3N4纳米片（CN）和体相g-C3N4（BCN）的制备144
8.2.3 光催化去除NO实验144
8.2.4 原位红外光谱检测145
8.3 结果与讨论145
8.3.1 理化性质分析145
8.3.2 光学性质与能带结构149
8.3.3 光催化去除NO性能150
8.3.4 光催化性能增强机理152
8.4 小结158
参考文献158
第9章 单原子铁修饰TiO2空心微球可见光催化氧化氮氧化物163
9.1 引言163
9.2 实验部分164
9.2.1 催化剂制备164
9.2.2 催化剂表征165
9.2.3 （光）电化学测量165
9.2.4 NO光催化氧化实验165
9.2.5 原位红外漫反射光谱测试166
9.3 结果与讨论166
9.4 小结178
参考文献178
第10章 光催化中的绝缘体材料180
10.1 引言180
10.2 绝缘体在光催化中的作用183
10.2.1 作为助催化剂184
10.2.2 作为基底催化剂188
10.2.3 作为隔绝层191
10.3 绝缘体光催化剂激活策略193
10.3.1 氧空位的引入193
10.3.2 金属缺陷的引入195
10.3.3 局域表面等离子体效应的利用196
10.4 小结197
参考文献198
第11章 天然矿物及其在环境修复中的应用202
11.1 引言202
11.2 天然矿物分类204
11.2.1 硫化物矿物204
11.2.2 氧化物和氢氧化物矿物204
11.2.3 含氧盐矿物204
11.2.4 其他矿物207
11.3 天然矿物在环境修复中的应用207
11.3.1 光催化杀菌及NO的去除207
11.3.2 基于高级氧化技术的水体净化210
11.3.3 重金属和挥发性有机化合物的吸附去除212
11.4 小结214
参考文献215