光解水制氢半导体光催化材料的研究进展

自从Fujishima-Honda效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的化学能--氢能.近一二十年来,光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料.本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性,阐述了该课题的意义和今后的研究方向.     

太阳能光解水制H2催化剂研究进展

氢气是未来人类社会可持续发展的理想能源,光解水制H2的关键是具有高性能的光催化剂.论述了光解水的机理;综述了近年来有关TiO2、过渡金属氧化物、层状金属氧化物、光生物催化剂以及其它新的复合物在光解水方面的研究进展;讨论了提高其光催化反应活性的途径;对存在的问题和前景进行了展望.     

半导体纳米材料及其光电极器件分解水制氢的研究进展

自1972年发现TiO2光电极在紫外光下能分解水制氢以来,一些国家在光催化材料的制备、改性、可见光利用及光催化理论等方面已取得了重大突破。但半导体纳米材料及其光电极膜器件应用于光解水制氢的研究仍处于起步阶段。本文述评了近几年国内外半导体纳米材料及其光电极膜器件在光解水制氢方面的研究进展。     

新型光解水制氢用半导体光催化材料的研究进展

综述了钛酸盐、钽酸盐和铌酸盐为主的层状钙钛矿型光催化材料,简述了层状钙钛矿型光催化剂光解水的机理,比较了各种层状钙钛矿型结构材料的催化活性,分析了影响活性的原因,并对层状钙钛矿型结构光催化材料的研究和应用提出了一些自己的观点.     

利用可见光催化分解水制氢的研究进展

简述了利用可见光催化分解水制氢的基本原理及该领域的最新研究进展.由能带模型概述了设计可见光响应催化剂的3种方案,重点介绍了元素掺杂类型光催化剂、氮氧/硫氧化物光催化剂、固溶体催化剂等可见光催化分解水体系.阐述了该课题的重要意义及面临的巨大挑战,提出了未来该领域需要加强研究的若干问题.     

光解水制氢的可见光催化材料的研究进展

利用可见光催化分解水制氢是利用太阳能的有效方法之一,从材料组成、结构、催化性能及改性等方面介绍了几类重要的可见光催化材料的研究进展,并展望了未来的发展方向.     

中科大提出光解水制氢的新机制

正近日,中国科学技术大学教授杨金龙研究组提出了一种新的光解水的催化机制,使得利用红外光进行光解水制氢成为可能,为今后全频谱利用太阳能铺平了道路。该成果发表在最新一期的《物理评论快报》上。利用太阳光分解水制氢,为人类提供清洁燃料,被视为化学的圣杯。水分解是吸热     

中国科大提出光解水制氢新机制

正中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室、化学与材料科学学院杨金龙教授研究组最近提出了一种新的光解水催化机制,使得利用红外光进行光解水制氢成为可能,为今后利用太阳光所有频率的能量铺平了道路。这一成果发表于最新一期《物理评论快报》上。用太阳光分解水制氢,为人类提供清洁燃料,一直被视为化学的"圣杯"。水分解是吸热反应,传统理论要求光催化剂吸收的单个光子能量至少要大于反应吸热,因而占太阳光能量近一半的红外光因为     

钽酸盐光催化分解水研究进展

钽酸盐光解水催化剂,因其特殊的晶体结构和能带结构而具有高的光解水活性。结合本课题组工作,论述了钽酸盐光解水催化剂的种类、结构特点、制备方法及发展趋势,以期为今后的光解水制氢研究提供参考依据。     

人工无机半导体Z型反应光催化分解水

比较了自然和人工Z型光合作用过程,从反应的基本原理、常用体系及其光催化效率的影响因素入手,着重介绍了无机物半导体Z型光解水体系。在此基础上,针对研究中存在的问题,提出了提高光解水效率的3种可能途径。     

半导体光催化全分解水的最新研究进展

从半导体光催化剂全分解水反应原理出发,介绍了近年来新开发的无机半导体光催化剂,如钽酸盐半导体,Ge基半导体、Ga基半导体,层状金属氧化物,具有d0、d10电子构型的半导体和Z型反应体系,分析了光催化效率的影响因素,并对未来做出了展望。     

Recent Progress of Single-Atom Photocatalysts Applied in Energy Conversion and Environmental Protection

Photocatalysis driven by solar energy is a feasible strategy to alleviate energy crises and environmental problems. In recent years, significant progress has been made in developing advanced photocatalysts for efficient solar-to-chemical energy conversion. Single-atom catalysts have the advantages of highly dispersed active sites, maximum atomic utilization, unique coordination environment, and electronic structure, which have become a research hotspot in heterogeneous photocatalysis. This paper introduces the potential supports, preparation, and characterization methods of single-atom photocatalysts in detail. Subsequently, the fascinating effects of single-atom photocatalysts on three critical steps of photocatalysis (the absorption of incident light to produce electron-hole pairs, carrier separation and migration, and interface reactions) are analyzed. At the same time, the applications of single-atom photocatalysts in energy conversion and environmental protection (CO₂ reduction, water splitting, N₂ fixation, organic macromolecule reforming, air pollutant removal, and water pollutant degradation) are systematically summarized. Finally, the opportunities and challenges of single-atom catalysts in heterogeneous photocatalysis are discussed. It is hoped that this work can provide insights into the design, synthesis, and application of single-atom photocatalysts and promote the development of high-performance photocatalytic systems.     

纳米异质结光催化材料制取太阳能燃料研究进展

光催化制取太阳能燃料主要包括光催化分解H₂O制取H₂及光催化还原CO₂制取碳氢化合物, 是应对能源危机最具前景的方法之一。目前, 太阳能燃料的最高转化效率为5%, 无法满足商业化要求(≥10%)。纳米异质结由于能展现出单组分纳米材料或体相异质结所不具备的独特性质, 更能促进光生电子和空穴快速转移, 提供更多的光生电子或使光生电子具有更强的还原性, 因而能显著提高光催化活性。本文主要综述了几种纳米异质结(I-型、II-型、p-n型及Z-型)的光催化原理及其在制取太阳能燃料方面的研究进展, 并展望了研究发展方向。     

碳量子点-二氧化钛复合光催化剂的研究进展

随着社会的快速发展,环境污染与能源短缺问题日益突出。光催化技术可以利用太阳能降解水体或大气中的污染物,也可用于催化制氢等,是解决环境污染与能源短缺问题最有效的手段之一。二氧化钛(TiO_2)具有光催化活性高、化学性质稳定、价廉、无毒等优点,是当前应用最为广泛的光催化剂。然而,TiO_2的带隙过宽且光生电子与空穴易再结合,因而在光催化领域的应用受到限制。在过去的10多年中,研究者们发展出了一系列方法尝试提高TiO_2的光催化活性,包括量子点敏化、有机染料敏化、TiO_2晶型与形貌的调节、表面贵金属沉积、过渡金属离子掺杂与非金属离子掺杂等。量子点敏化是将TiO_2与量子点复合,从而调节TiO_2的能带宽度,拓宽对光的响应范围。不过,敏化所用的量子点大多含有有毒重金属离子,严重威胁环境与人体健康,这促使许多学者致力于找寻更安全无毒的荧光纳米材料。碳量子点(CDs或CQDs)是一种新型的荧光碳纳米材料,由sp~2/sp~3杂化碳原子组成,表面具有各种官能团。与传统的量子点相比,CDs拥有原料来源广泛、理化性能稳定、无毒、生物相容性好、易于功能化修饰、抗光漂白等优点。此外,CDs还具有光诱导电子转移能力、光敏性以及荧光上转换效应等特性,在光电化学与光催化领域具有良好的应用潜力。将CDs与TiO_2复合制成CDs-TiO_2光催化剂,一方面材料毒性低,克服了传统量子点毒性高的缺点;另一方面能有效抑制光生电子与空穴的再结合,增强对紫外光的吸收并且拓展对可见光甚至近红外光的吸收,从而提高材料的光催化活性。当前研究主要从调控TiO_2与调控CDs两方面入手来提高CDs-TiO_2光催化剂的活性,其中前者主要包括TiO_2晶型和晶面的调节、TiO_2的形貌调控与TiO_2的杂化改性;CDs的调控主要包括CDs的杂化改性、CDs粒径与负载量的调节。本文基于CDsTiO_2复合光催化剂当前的研究进展,分析了可能的光催化机理,重点阐述了针对以上几种调控手段的研究结果,最后介绍了CDsTiO_2的制备方法与当前应用现状,并对未来的发展趋势进行了展望。     

负载型TiO_2光催化剂研究进展

TiO2光催化在废水处理、空气净化等环保领域展示出诱人前景。纳米TiO2光催化剂的负载化是实现其产业化的关键步骤之一。多孔材料负载TiO2光催化材料具有效率高、易回收等优点,是目前光催化材料领域的研究热点。本文对近年来国内外多孔吸附剂与纳米TiO2复合的发展情况进行了综述。     

Ti02光催化核壳材料的研究进展

TiO<,2>核壳材料作为光催化剂具有活性高、稳定性强、普适性广、应用前景广阔等优点而引起了人们广泛的兴趣.综述了近年来TiO<,2>核壳材料用作光催化剂的最新研究成果,主要包括TiO<,2>与金属、半导体、磁性材料等复合所得核壳材料及TiO<,2>自身组成核壳材料在光催化领域的应用,指出TiO<,2>与金属、半导体复合或离子掺杂等所得核壳材料都不同程度地提高了其催化性能;与磁性材料复合时虽然易于分离但是活性不理想;当以TiO<,2>为核时,通过控制合成条件可以制备出孔径不同的TiO<,2>壳层,该类核壳材料可以选择性地降解有机物.最后指出深入探讨TiO<,2>核壳材料光催化机理、开发易回收高效TiO<,2>催化剂及寻找简易制备TiO<,2>核壳材料的方法是未来TiO<,2>核壳材料研究的重要方向.     

水分解制氢的光触媒陶瓷材料研究进展

利用自然光能使水分解制氢是解决能源短缺和环境污染的最好办法，光触媒材料可将光能转变为化学能，其应用前景十分广阔。详细叙述了光触媒催化作用的原理、光解媒材料的近期研究成果，并提出了光触媒材料今后主要应解决的关键问题。