S型异质结光催化材料研究进展

光催化反应可将太阳能转化为可储存的化学能源，被认为是缓解能源危机和解决环境问题的有效途径之一。然而，由于光生载流子低的转移和分离效率，实际的光化学转换效率提升受到了限制。新兴的S型异质结光催化剂由于其在空间上实现了光生载流子的有效转移分离并展现出强的氧化还原能力，在太阳燃料制备和环境治理领域受到了广泛关注和研究。本文综述了S型异质结光催化剂的发展历程和设计原理、光生载流子转移机制以及在能源和环境等领域的应用。最后，提出了S型异质结光催化剂的发展前景和面临的挑战。     

Ag/g-C_3N_4/ZnO复合光催化剂的制备及光催化性能

合成了一种新型的三项的异质结光催化剂Ag/g-C_3N_4/ZnO,银离子在光照下沉积在g-C_3N_4/ZnO的异质结上,通过Ag的表面离子共振,不仅提高了可见光的吸收,同时也作为一种很好的电子受体促进光生电子的转移。在g-C3N4和ZnO的界面,光生电子从g-C3N4的导带转移到ZnO的导带上,阻止了光生电子空穴对的复合。因此三项异质结的Ag/g-C_3N_4/ZnO复合材料显示出了最高的光催化活性。     

Ag/g-C_3N_4/ZnO复合光催化剂的制备及光催化性能

合成了一种新型的三项的异质结光催化剂Ag/g-C_3N_4/ZnO,银离子在光照下沉积在g-C_3N_4/ZnO的异质结上,通过Ag的表面离子共振,不仅提高了可见光的吸收,同时也作为一种很好的电子受体促进光生电子的转移。在g-C3N4和ZnO的界面,光生电子从g-C3N4的导带转移到ZnO的导带上,阻止了光生电子空穴对的复合。因此三项异质结的Ag/g-C_3N_4/ZnO复合材料显示出了最高的光催化活性。     

具有高效可见光活性的AgCl/AgVO_3异质结光催化剂的原位合成

以水热法合成的AgVO_3为前驱体,在其表面通过原位离子交换法合成AgCl/AgVO_3异质结光催化剂,利用XRD、SEM和UV-Vis等对其结构、形貌和光吸收性能进行表征,并以酸性橙-Ⅱ模拟环境中染料污染物,考察了AgCl/AgVO_3异质结的可见光催化性能。结果表明,AgCl/AgVO_3异质结光催化剂具有高效的可见光催化活性,在可见光照射下15 min,酸性橙-Ⅱ降解率达到80%,循环使用4次后,降解率仍能保持60%。自由基捕获实验结果表明,h~+和·O_2~-为光催化反应中的主要活性物种。光催化性能的提高主要归因于AgCl/AgVO_3异质结构的形成,这利于光生电子-空穴对转移和分离。最后探讨了增强AgCl/AgVO_3光催化性能的可能机理。     

p-n异质结ZnO/HRP催化剂的制备及其光催化性能研究

p型半导体红磷(HRP)和n型半导体ZnO复合后形成p-n型异质结复合半导体催化剂ZnO/HRP。以Cr(Ⅵ)为模型污染物,研究了ZnO质量分数对催化剂光催化还原性能的影响。结果发现,ZnO/HRP复合光催化剂的光催化还原速率随ZnO质量分数的增加而增大,当ZnO的质量分数为0. 25%时,ZnO/HRP复合光催化剂展现出最强的光还原性,其降解速率常数k为5. 5×10^-2min^-1,是HRP的14. 8倍。光催化机理探究发现,Zn O和HRP复合形成异质结后,可抑制光生电子和空穴的复合,增强光响应性,从而提高了HRP的光催化活性。     

ZnS/ZnO异质结光催化剂的应用研究进展

硫化锌（ZnS）和氧化锌（ZnO）具有无毒、环境友好和制备简单等优点,并且常温下拥有优异的物理化学特性和催化活性,所以一直都是光催化领域研究的热点材料。然而,单一ZnS和ZnO光催化剂表现出低的太阳能利用率、量子效率和光稳定性,极大地限制了它们的实际应用。将ZnS与ZnO复合形成异质结不仅可以拓宽光吸收波长范围,而且能促进载流子的转移和空间分离,增强光催化活性和稳定性。归纳了半导体异质结（Ⅱ型异质结、Z型异质结和S型异质结）中载流子的转移路径及光催化机理,综述了ZnS/ZnO异质结在能源和环境催化领域中的应用研究进展及其光催化性能的影响因素和提升策略,最后对其目前存在的问题和未来的发展方向进行了总结与展望。     

AgCl@Ag3VO4异质结的制备及可见光降解乳酸左氧氟沙星性能

采用超声辅助原位离子交换法制备AgCl@Ag₃VO₄异质结光催化剂并分析其在可见光下（λ>420 nm）的光催化降解乳酸左氧氟沙星活性。结果表明,异质结光催化剂中AgCl和Ag₃VO₄摩尔比为0.4:1时对乳酸左氧氟沙星的降解率达到最高为84.4%;催化机理研究表明空穴（h⁺）和·O₂^-是光催化反应中的主要氧化性物质,异质结结构可以有效的分离光生电子和空穴对,降低它们的复合机率,提高光催化效率。     

g-C3N4/BiOBr异质结对罗丹明B可见光催化活性研究

采用硝酸剥离的二维g-C_3N_4纳米片为基材,通过分散掺杂溴化钾(KBr)和五水合硝酸铋(Bi(NO_3)_3·5H_2O),构建了花状的g-C_3N_4/BiOBr异质结,采用x射线衍射、场发射扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱等研究了制备的复合光催化剂的微观结构和形态特征。该异质结对罗丹明B为代表的一系列偶氮类化合物产生光催化降解性能。良好的结果可归结于异质结的形成可以充分捕获催化剂表面的光激化电子,同时提高了光生载流电子的转移和分离效率,催化性能,稳定性以及降解率等。     

半导体光催化剂BiOCl异质结的构建及应用

氯氧化铋(BiOCl)半导体因其独特的层状结构和可调控的电子结构，而在光催化解决环境问题和能源问题领域备受关注。为了提高BiOCl对太阳光的利用率、抑制光生电子-空穴对的高复合率和增强光电子的还原能力等，研究人员对此作出了巨大的努力。其中，构建异质结是最有效的削弱这些缺陷的方法之一。本文主要综述了Z-型、Ⅱ-型、p-n结以及S-型四类异质结的电荷传递机理以及重点介绍了一些具有优异光催化性能的BiOCl异质结。同时，对一些异质结的光催化降解性能进行了比较分析。其中，S型异质结不仅具有高效的电荷分离能力，还有强的氧化还原能力，因此其表现出优异的光催化性能。此外，本文还简述了BiOCl异质结在降解有机污染物、还原CO₂、还原重金属和分解H₂O等方面的应用。总结了当前BiOCl异质结遇到的一些问题。最后针对BiOCl异质结的构效关系、合成复杂等问题，提出了计算机模拟、载体负载、新技术开发的发展方向。     

SiC纳米棒负载NiPx纳米片异质结的光催化析氢性能

采用沉淀煅烧法,在不同煅烧温度下,使表面改性的SiC纳米棒上均匀生长NiPx纳米片,分别制备了Ni2P/SiC和NiP2/SiC异质结光催化剂.通过光催化析氢测试和光电性能表征,证明助催化剂NiPx的加入极大提升了SiC纳米棒的光催化性能,表明负载的NiPx作为助催化剂有效抑制了光生电子-空穴对的复合并提供更多的质子活...     

Ti O2晶面调控改性研究

TiO2用于光催化技术受到两方面的限制:一方面较宽的禁带宽度限制了其对较大波长光的吸收;另一方面,光生载流子易复合导致光量子效率较低。TiO2的诸多改性方法也都是针对这两方面来进行的。通过构造异质结实现光生载流子的分离,可以有效提高光生载流子的利用率,从而提高催化剂的光催化性能。TiO2不同晶面具有不同的表面能及静态介电常数,因此不同表面接触时可以形成异质结。通过控制不同晶面的形成可以构造表面异质结,提高TiO2催化剂的光催化性能。     

锰基异质结光催化材料在降解水体染料污染物中的研究进展

环境污染和能源危机逐渐成为了严峻的全球性挑战之一,迫切需要寻找到一种丰富的可再生能源来治理环境污染,光催化是一种性能优良、节能、反应条件温和的环境净化技术,可以有效降解水体有机染料污染物,具有比较良好的应用前景。光催化技术的关键在于光催化剂的开发,锰氧化物由于其独特的结构和性能,可以作为良好的光催化材料来应用于环境净化领域。然而,单组分锰基半导体光催化材料由于光生载流子体复合较快,使其在降解环境水体污染物的效率不理想,限制了其进一步的应用。在过去几年中,研究者们做出了重大努力,通过多种方法来提高锰基光催化剂的光催化效率,其中构建锰基半导体异质结来提高材料的光催化效率被认为是最有效的方法之一。因此,本文从锰基半导体材料的性质、异质结的构建等角度出发,总结了其在降解水体染料中的研究与进展。     

外场协同结构调控光催化体系的研究进展

综述了结构调控增强光催化和外场协同结构调控增强光催化的机理及其最新研究进展,并对各外场增强光催化的优缺点进行了讨论。光催化是一种将太阳能直接转化为化学能的技术,在环境治理和能源危机解决方面具有巨大潜力。光生电子-空穴对的快速复合极大地限制了光催化剂的光催化效率。通过结构调控,如元素掺杂、贵金属负载、构建异质结结构等,可以大大提高光催化效率,但其应用仍有很强的局限性。近年来,外场(机械应力、微波、温度梯度、电场、磁场等)在光催化反应中的应用,显著提高了光催化效率,拓宽了光催化的应用范围。展望了外场协同结构调控增强光催化技术的发展前景和面临的挑战。     

Bi_2WO_6/WO_3/C异质结型复合光催化剂的制备及其性能

H_2WO_4经乙二胺插层和高温碳化后,水热条件下与Bi_2WO_6复合,制备了Bi_2WO_6/WO_3/C异质结光催化剂。采用X射线粉末衍射仪、紫外-可见漫反射光谱、扫描电子显微镜对样品进行表征。以罗丹明B为目标降解物,考察了光催化剂的催化性能。结果表明:Bi_2WO_6/WO_3/C异质结光催化剂性能明显优于纯Bi_2WO_6和WO_3/C。异质结的存在,抑制了光生电子与空穴的复合;此外,光催化剂低的导带电势,也有利于光催化活性的提高。     

异质结构复合半导体光催化性能研究

半导体光催化技术是解决环境和能源等问题的有效途径之一。但传统的半导体催化剂存在禁带宽度较大,太阳能利用率较低,反应速率慢。通过半导体-半导体复合构造异质结构光催化剂是实现这一目的的有效手段。研究发现,异质结构的存在,可有效降低光生电子与光生空穴复合效率,提高光催化性能。结果表明,通过改变晶粒尺寸、离子掺杂、表面敏化与外场耦合等办法,可进一步提高光催化效率。     

苝酰亚胺/Zn In2S4 S型异质结光催化性能与反应机制

构建较强氧化还原能力与较高电荷转移效率的阶梯型(S型)异质结光催化剂是提高光催化性能的有效策略。通过溶剂热法在棒状苝酰亚胺(PDI)表面原位生长了Zn In₂S₄S纳米片，得益于良好的界面接触与匹配的能带结构，PDI/Zn In₂S₄S异质结展现出优异的光催化性能。此外，在同步光催化产氢与苯甲醇氧化全反应体系中，5%PDI/Zn In₂S₄S光催化剂表现出较高的产氢性能[21.66mmol/(g·h)]与苯甲醛产率[1.02mmol/(g·h)]分别是纯Zn In₂S₄S的2.12倍和3.00倍。基于X射线光电子能谱、瞬态光致发光光谱和电子顺磁共振信号等分析，证实了PDI与Zn In₂S₄S之间内建电场的形成与S型电子转移路径。该电荷转移机制保留了复合催化剂较高的氧化还原电位，促进了界面电荷分离与转移，进而提升了光催化性能。该有机–无机S型异质结光催化剂的设计应用为新型...     

AgInS_2/ZnIn_2S_4异质结高效降解罗丹明B研究

通过一锅水热法成功制备AgInS_2/ZnIn_2S_4(AIS/ZIS)异质结催化剂,表征了其物相组成和结构性质,测试了其光学性质和光电流响应和电化学阻抗,并使用罗丹明B作为目标污染物研究了催化剂的光催化性能。实验结果表明,制备的AIS/ZIS异质结能够有效抑制光生电子和空穴的分离,从而提高了光生载流子的分离效率,使光催化效果明显提高;Ag InS2、ZnIn2S4摩尔比为0.6:1的AIS/ZIS具有最好的降解效果,30 min对罗丹明B的降解效果可以达到98%,而且具有较广的pH适用范围,在循环使用10次后降解率仍然能够达到93%,说明制备的AIS/ZIS异质结性质稳定,循环性强,具有实际应用价值。     

S型Bi OBr/WO3异质结在模拟可见光下高效降解环丙沙星

国家高度重视新污染物治理,抗生素作为重点管控新污染物,其去除技术受到广泛关注,基于光催化降解抗生素的水处理技术成为研究热点。采用水热法制备了WO₃,并采用室温沉淀法成功构建了S型异质结Bi OBr/WO₃光催化剂。与Bi OBr和WO₃相比,S型异质结的形成提高了光催化活性,降低了光生电子空穴对复合率,其中质量分数为20%的Bi OBr/WO₃复合材料光催化性能最好,在120 min内对环丙沙星的降解率可达94.93%。电子自旋共振和自由基捕获实验表明·O₂^–是光催化降解中的主要活性组分。高效液相色谱–质谱联用仪检测结果表明降解过程中产生了6种中间体,并最终矿化为CO₂、H₂O和其他无机离子。     

氧化亚铜光催化剂性能提升及增强机制的研究进展

Cu₂O是目前最有潜力的可见光光催化剂之一,在太阳能电池、一氧化碳氧化、光催化剂、传感器、化学模板等方面有着广泛的应用。然而,Cu₂O光生电子-空穴对具有容易复合、易发生光腐蚀、稳定性不好等特性,使其在实际应用上面临很大的挑战,因此如何有效地提高Cu₂O的光催化性能成为国内外研究者关注的焦点。首先,本文围绕Cu₂O半导体的形貌控制、杂原子掺杂以及构建半导体异质结这三方面对Cu₂O光催化性能的提升进行系统阐述,其中构建半导体异质结是提升Cu₂O光催化性能最有效的方法,Cu₂O与贵金属、金属氧化物以及碳材料构成的复合半导体异质结均有效地提高了Cu₂O的光催化活性;其次,从复合半导体异质结、肖特基结以及Z-scheme机制三方面分析并讨论了Cu₂O光催化增强机制;最后对Cu₂O基纳米复合材料在电子结构、界面性质以及表面负载的成分和厚度等方面的研究进行了展望。     

Cu2O基复合材料光降解罗丹明-B性能研究

室温下通过液相反应合成了Cu₂O/C₃N₄和Cu₂O/r-GO（还原石墨烯）两种复合材料。采用XRD、SEM对它们进行物相表征,并分别研究它们在可见光下的光催化降解罗丹明-B性能。与纯Cu₂O粉末相比,两种复合光催化剂性能都显著提高,这归功于复合材料中C₃N₄和/r-GO降低了光生电子和空穴的复合湮灭。Cu₂O/r-GO光催化剂中面积较小薄层石墨烯片根植于Cu₂O立方体中,起到了转移光生电子的作用。高比表面积C₃N₄不仅起到了分散作用,可能也作为可见光光催化剂与Cu₂O形成异质结。