大连化物所高对称性光催化剂晶面间电荷分离研究取得进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、洁净能源国家实验室(筹)李灿团队(慕林超、李仁贵、李灿等)在太阳能光催化的光生电荷分离研究中取得进展,相关结果发表在国际能源和环境科学期刊EnergyEnvironmental Science上。光生电荷分离是太阳能光催化研究的关键科学问题之一。大连化物所李灿团队长期致力于太阳能光催     

大连化物所太阳能光催化分解水研究取得新进展

<正>由于世界范围的能源和环境问题,近年来光催化分解水制氢和还原二氧化碳的研究在国际学术界引起广泛的重视。光催化分解水被认为是最具挑战性的难题,一旦取得突破,有望影响世界能源格局。实现这个反应的关键是发展高效的光催化剂,进而构筑高效光催化或光电催化体系。近日,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士领导的太阳能研究部继发现BiVO4等半导体的不同晶面间电荷分离效应后,相关研究工作又取得新的进展。利用半导体光催化剂的不     

半导体核壳材料光催化剂分解水制氢研究进展

光催化剂催化分解水制氢是一种将太阳能有效转化为氢能的绿色途径，其中半导体核壳材料光催化剂在太阳能分解水制氢中表现出优异的性能。主要从半导体材料改性角度出发，综述和评论了国内外半导体核壳材料光催化剂分解水制氢的最新研究进展。重点阐述了常见氧化物、氮氧化物、氮化物及硫化物核壳材料半导体光催化剂分解水制氢的基本原理和改性效果等。分析了掺杂离子、构建异质结、负载助催化剂等改性方法在改变光催化剂禁带宽度、降低光生载流子复合几率、加快光生电荷传输速率和增加制氢活性位点等方面的影响。提出未来分解水制氢光催化剂可深入开发晶面依赖纳米复合光催化材料、助剂改性光催化材料、新型光催化半导体材料的研究方向。     

定向转化策略创制氮氧化物光催化剂

太阳能高效转化与利用是解决能源和环境两大问题的理想途径,而提高窄禁带半导体的光催化活性是有效利用太阳能资源的重要策略。其中,氮氧化物在可见光区有较强的吸收,被认为是一种潜在的可见光区光催化材料。当前,氮氧化物主要通过热氮化获得,即氨气在1 173~1 373 K条件下持续通过氧化物10 h以上。由此制备的氮氧化物往往只暴露低活性晶面,且生成的大量还原态缺陷可作为光生电荷的复合中心,严重制约了其在光催化领域的广泛应用。为此,总结了一种定向转化策略创制高质量氮氧化物光催化材料。该策略通过选取含挥发组分的氧化物前驱体实现对氮氧化物缺陷和晶面的有效调控,为其在太阳能光催化领域中的广泛应用奠定基础。同时,此定向转化策略可拓展到其他材料体系,为开发高效光催化剂提供新思路。     

钙钛矿光催化分解水制氢技术进展

光催化产氢为解决日益严重的环境污染和不断加剧的能源危机等问题提供了新思路。钙钛矿因其优越的光电特性已成为太阳能制氢催化材料的研究热点。概述了钙钛矿的结构特性，阐述了钙钛矿光催化制氢原理，总结了3种钙钛矿制氢系统即光催化剂颗粒悬浮系统、光电化学系统、光伏驱动电化学系统的制氢原理及研究进展。未来，迫切需要探索新的半导体基光催化剂、改善光生电荷分离的新策略以及气体分离的新材料和新技术。同时，先进的表征技术尤其是原位和超快光谱分析方法，对于解释水分解反应的机理至关重要。     

复合TiO_2纳米颗粒的TiO_2纳米棒阵列的制备、表征及光催化性能研究

从提升光生电荷分离效率的角度出发,先采用一步水热法制备了单晶TiO_2纳米棒阵列,再经简单的常温化学浴处理在其表面复合TiO_2纳米颗粒,获得了核壳结构的TiO_2纳米棒阵列-TiO_2纳米颗粒(TNR@TNP),通过XRD、SEM、TEM对其结构和形貌进行了表征,并对其室温下降解气态苯的光催化性能进行了评价,通过光电流测试和XPS表征对其光催化降解机理进行了研究。结果表明,化学浴浸泡30h的TNR@TNP的光催化降解气态苯的活性最强;TiO_2纳米颗粒表面的氧空位缺陷能够捕获空穴,将空穴钉扎在其表面,而电子则沿着TiO_2纳米棒阵列方向迁移至FTO导电玻璃,从而提升光生电荷分离效率,使得TNR@TNP的光催化活性明显增强。     

理化所光催化分解纯水研究取得进展

正氢气是一种理想的能源载体,能量密度高,而且氢气燃烧不会对环境造成污染。利用太阳能光催化分解水制氢是解决人类能源问题的重要途径。Cd S因其适合的能带位置以及带隙宽度,被广泛用作可见光光催化分解水材料。由于快速的光生载流子复合以及光腐蚀问题,Cd S在进行光催化产氢过程中需要加入电子牺牲剂,例如甲醇、乳酸、三乙醇胺等。这些电子牺牲剂一方面可以消耗光生空穴,解决Cd S的光腐蚀问题;另一方面可以抑制光生电子和空穴的复合,增加光生电子的寿命。但加入牺牲剂的光催化     

超薄膜吸收器在太阳能光解水制氢中的应用

太阳能光解水制氢是太阳能利用的重要途径之一。a-氧化铁是极具潜力的阳极材料, 但是a-氧化铁光生空穴的扩散长度(20 nm)远小于其光子穿透距离(波长550 nm时为120 nm), 导致电子空穴对在参与光催化反应之前发生严重的复合, 从而极大地降低太阳能利用效率。提出一种a-氧化铁/银纳米孔阵列的超薄膜双层结构, a-氧化铁的厚度仅为20 nm, 且具有很强的可见光吸收特性, 因此光生电流比相同厚度的a-氧化铁光解水电池高238%。超薄膜光学吸收的机理包括亚波长干涉共振效应和局部表面等离子激元效应, 这两种强化光学吸收的机理也可以应用于光生电荷输运能力差的半导体太阳能光伏器件。     

铋基卤氧化物光催化剂的改性研究进展

结合近年来国内外研究人员的最新成果及研究进展,阐述了贵金属沉积、离子掺杂以及半导体复合等改性方法对于铋基卤氧化物的光催化性能的影响.铋基卤氧化物光催化剂具有特殊的层状结构,其含铋氧化物层与卤素层之间由于电荷分布不均所诱导产生的内建电场能促进光生电荷分离,从而提高光催化效率,因此铋基卤氧化物被认为是极具潜力的一种光催化材...     

过渡金属磷化物在光催化机理方面的研究进展

近年来,环境治理和清洁能源生产已被视为世界的当务之急。利用可再生太阳能进行光催化反应是解决上述问题的一种有效途径。光催化体系较为复杂,光催化剂和助催化剂是影响光催化效率的两个关键因素。具有独特电子结构的过渡金属磷化物（TMPs）价格低廉、储量丰富,已成为光催化材料研究领域的新热点。本文从光催化效率提高的基本原理（光吸收增强、光生电子和空穴分离效率以及载流子利用率提高等）出发,综述了近十年来TMPs作为助催化剂和光催化剂的最新研究进展。最后,总结了TMPs在快速发展过程中依然存在全解水困难以及结构与光催化活性对应关系不明确等挑战,通过双功能TMPs的设计和理论计算的配合,新型高效光催化材料TMPs会对光催化效率的提高发挥重要作用。     

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。     

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。     

上海硅酸盐所在黑色二氧化钛制备与太阳能利用方面取得系列重要进展

正二氧化钛,作为重要的新能源和环境保护材料,在光催化、太阳能发电、太阳能集热等方面被广泛应用。然而,二氧化钛的太阳能利用面临巨大的挑战,主要原因在于光吸收范围窄、电子-空穴对的分离效率低。二氧化钛只能吸收太阳光谱中～5%的紫外光,而无法利用可见光和近红外光的能量;本征电导率只有～10~(-10)S/cm,不利于光生电子-空穴对的分离和传输。这些问题严重影响了二氧化钛在能源与环境领域的广泛应     

光沉积法负载型金属催化剂及其在光电催化中的应用

光沉积法系1978年引进催化领域的新技术。由该法制备的负载型金属催化剂具有低负载量,高分散度,落位有效,条件温和,寿命长等优点,在光催化和电催化中用途很广。以光催化途径代替若干热化学过程可以获得特有的效果。所载的金属组分可能产生:(1)光生载流子电荷分离的增强效应;(2)氧化还原反应的催化效应;以及(3)半导体光谱响应的敏化效应。     

CDots-(001)TiO2纳米片的制备及光解水制氢性能

以钛酸四丁酯、氢氟酸和石墨棒为原料，采用简单的水热法将具有高催化活性的碳点负载在TiO2纳米片的(001)晶面上，制得CDots-(001)TiO2纳米片。通过TiO2纳米片高催化活性的(001)晶面与碳点的协同作用，提高TiO2纳米片的光吸收、载流子的传输和分离效率，从而有效地提高材料的光催化产氢性能。UV-vis DRS、PL、瞬态光响应分析结果表明，暴露(001)晶面的TiO2纳米片负载碳点后，可见光吸收增强，光生载流子的分离和传输速率加快，在间歇模拟太阳光照射下，CDots-(001)TiO2纳米片的光电流密度约为TiO2的4倍，CDots-(001)TiO2纳米片的光催化产氢速率达5859 μmol/(h·g)，量子效率达9.6％。     

TiO2纳米阵列/石墨烯复合薄膜材料的研究进展

TiO2纳米阵列/石墨烯复合薄膜材料与二氧化钛纳米阵列相比,由于石墨烯拥有导电性高和比表面积大的特点,使得复合薄膜材料更有利于对被催化物的捕获和吸附、光生电荷的分离与迁移,从而表现出更好的光催化性能。同时,这种复合材料在使用过程中更方便分离和回收,具有更好的实际应用价值。主要介绍了TiO2纳米阵列/石墨烯复合薄膜材料的制备方法及其在光催化相关领域的应用及机理,并对TiO2纳米阵列/石墨烯复合薄膜材料未来研究方向进行展望。     

纳米TiO2在水处理中的应用

介绍了纳米ＴｉＯ２（锐钛型）在水处理中光催化的原理,在综合纳米ＴｉＯ２光催化降解水中有机污染物、氧化有毒无机物、光催化抗菌的基础上,提出光催化反应中光生电子－空穴对分离的重要性及研究方向。     

g-C3N4在光催化制氢领域的研究进展:如何促进光吸收和载流子的分离传输

光催化分解水是一种制取H2的有效途径.石墨碳氮化物(g-C3N4)具有成本低、反应稳定以及尺寸、厚度、结构、形貌等可控的优点,已引起广泛关注.但g-C3N4目前在光催化领域主要存在两个局限:g-C3N4不能有效地吸收光来产生足够多的光生电子-空穴对;g-C3N4不能有效地运输及分离光生电子-空穴对,以至于电子与空穴的复合率较高.首先,介绍了增加g-C3N4的可见光吸收途径,重点综述了g-C3N4微观形貌、非金属元素掺杂g-C3N4、金属元素复合g-C3N4在光催化制氢上的应用;接着,总结了原子掺杂g-C3N4、半导体复合g-C3N4、新型材料掺杂g-C3N4在增强g-C3N4的电荷运输、分离方面的研究进展;最后,指出了g-C3N4未来的研究方向.     

银基核壳型纳米复合光催化材料的研究进展

核壳结构光催化材料,其壳层可以阻止内核与苛刻的反应环境直接接触,起到铠甲的保护作用,而且核壳间具有较高的界面接触,增加了光生电荷的传输通道,核壳结构具有较高的光催化活性和稳定性。笔者综述了纳米核壳材料的特点及银基的种类,并从银基与高分子聚合物复合、银基与半导体复合、银基与金属复合三个方面梳理了目前银基纳米核壳型复合光催化材料的研究进展,旨在更好地拓展研究思路,解决银基光催化材料应用过程中存在的难题。     

太阳能固定膜光催化反应器饮用水处理效果

以实用型太阳能固定膜光催化中试装置,对自来水的处理效果进行了研究.GC-MS分析表明,太阳能光催化作用对自来水中微量有机物具有良好的处理效果.太阳能光催化还具有一定的灭菌作用.辅助性电光源可以保证处理后水质,太阳能光催化技术具有良好的应用前景.