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.     

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.     

异质结纳米光催化材料研究进展

综述了近年来国内外异质结纳米光催化剂的研究进展,重点介绍了异质结纳米光催化剂的结构特点、光催化机理及制备方法,并简要分析了异质结纳米光催化剂存在的问题和未来发展动向,认为未来异质结纳米光催化剂的研究应集中在机理的深刻认识、光响应范围宽和量子效率高的催化剂的制备及异质结纳米光催化技术工程化方面。     

半导体异质结构材料及其应用

本文概述和评论了异质结构材料的优异性能及其在微电子器件和电路；光电子器件和电路领域的应用，特别强调它们在调制掺杂场效应晶体管，异质结双极晶体管和半导体激光器方面的应用。     

半导体纳米材料的制备及其光催化制氢的研究进展

自1972年发现TiO_2光解水后,利用太阳光驱动水的劈裂制H_2(光解水)技术被认为是一项长期的、高风险、高回报的战略性研究课题。一方面,具有与太阳光谱较为匹配能隙的半导体(如:WO_3、CdS等)存在光腐蚀及有毒等问题。而p-型InP、GaP、GaInP_2等虽具有理想的能隙,且一定程度上抗光腐蚀,因其能级与光解水能级不匹配,需施以偏压才可实现光解水。另一方面,光化学稳定的半导体氧化物(如:TiO_2)的能隙太宽(以≤2.0 eV为宜)只能吸收紫外光,但是可见光占整个太阳光谱能量的43%。因此,增大半导体对可见光的响应,提高其量子产率意义重大。以羧酸钌(Ⅱ)联吡啶敏化TiO_2的Gr(?)tzel纳米晶光电化学电池(NPC)的光电转换效率已稳定在10%的研究成果为契机,大量的研究集中在染料敏化拓展半导体对可见光的响应,提高量子效率等方面。此外,虽有掺杂氧化物利用牺牲试剂在可见光下光解水的报道,然而尚很少有利用可见光以传统机理劈裂水为H_2和O_2的报道,而且关于析O_2反应的情况很不详尽。而目前几乎所有已知的染料在析O_2反应时都不稳定,使得上述染料敏化NPC池不适于析O_2。虽然有报道称层状BiVO_3...     

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。     

半导体光催化技术研究进展

光催化材料以其光致电、空气净化、杀菌除臭、废水处理等独特功能而备受研究者关注.综述了半导体光催化技术原理、研究发展现状及其产业化应用进程,分析了该领域尚存在的一些问题并对未来研究方向进行了展望.     

光催化裂解水制氢的研究进展

在当今化石燃料资源匮乏、环境污染问题十分突出的大背景下。在新能源领域中,氢能以高效、经济、环境友好等优势已普遍被认为是一种理想的新能源。概述了光催化直接裂解水制氢的机理,概括了传统光催化剂TiO2的各种改性研究的发展状况,介绍了新型光催化剂的发展状况和研究进展。     

基于能带结构理论的半导体光催化材料改性策略

作为一种新型的环境净化技术, 半导体光催化技术已引起全世界范围的广泛关注。然而, 传统光催化剂对太阳能利用率低、且光生电子-空穴对易于复合, 极大限制了该技术的实际应用。因此, 通过不同的改性手段合成具有可见光响应活性的光催化材料成为光催化领域研究的热点课题。提高光催化剂的活性, 除了合成方法的优选(调控尺寸、形貌、结晶度、微结构)外, 改性也是提高催化剂活性的主要手段。本文从半导体光催化的基本原理出发, 概述了半导体光催化剂改性的基本思想: 即拓宽太阳光利用范围和提高光生电子-空穴的寿命。围绕这一思想, 常用的改性策略有化学结构调控(能带调控), 以拓宽光谱响应范围; 表面修饰(表面敏化、半导体耦合和贵金属沉积)以提高电荷的分离效率。合适的能带结构是拓展催化剂的可见光响应范围和提高电荷分离效率的关键。     

水解制氢材料研究进展

水解制氢是一种常温常压下的现场制氢方式。由于水解制氢材料氢含量高,储存容易,运输方便,安全可靠,一直受到研究者们的关注。本文综述了近年来水解制氢材料的总体发展情况,介绍了三类主要的水解制氢材料,包括硼氢化物(NaBH4, NH3·BH3)、金属(Mg, Al)以及金属氢化物(MgH2),对不同材料的制氢原理、主要问题、催化剂与材料设计进行了详细介绍,比较了不同体系的特点与制氢成本,并对水解制氢及水解制氢材料的现状和商业化面临的困难做了评价,最后对未来的发展方向进行了展望。     

光催化分解水制氢催化剂的研究进展

面对石油、煤炭和天然气等不可再生能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题,人们不得不寻找新的化石燃料替代品。氢能是一种清洁、可再生燃料,在未来具有替代化石燃料的巨大潜力。利用光催化活性材料光解水制氢是一种将太阳能转化为氢能的有效方式。然而,用于光解水制氢的大多数催化材料仍然存在对太阳能利用率低且光生电子和空穴对易于复合等问题,这些问题导致产氢效率较低,从而严重限制了光催化剂的实际运用。因此,开发具有低成本、环境友好、可见光响应和良好性能的光催化剂则成为当前光解水制氢催化剂的研究重点。目前用于光解水制氢的催化剂主要包括金属氧化物、金属硫化物、金属氮(氮氧)化物、石墨碳氮化物和新型异质结构光催化剂等。其中,金属氧化物中TiO_2作为光解水制氢的传统光催化剂而被广泛研究;金属硫化物因其窄带隙和良好的带隙位置,在光解水制氢中表现出良好的催化活性,其研究主要集中在CdS、ZnS及其固溶体上;金属氮(氮氧)化物具有理想的可见光全解水能带结构,需对其进行改性从而体现出全解水活性;石墨碳氮化物是一种新型的非金属可见光催化剂,由于其在制氢方面的巨大潜力而受到了人们的关注。此外,将半导体复合构建二元或多元能够高效分离光生载流子的新型异质结构复合光催化剂也是一个非常活跃的研究领域。本文结合近年来国内外光解水制氢催化剂的研究现状,综述了光解水制氢催化剂的研究进展,分别对每类催化剂的特点和研究内容进行了总结,并介绍了某些催化剂的制备工艺和改性策略,最后总结了当前光解水制氢催化剂所面临的问题并对其未来的发展方向进行了展望,以期为设计制备高效、稳定的光催化制氢材料提供参考。     

半导体光催化材料的能带结构优化和纳米复合修饰

总结了课题组通过半导体光催化材料的能带结构优化和纳米复合修饰,获得响应可见光以及具有实际应用的高效光催化材料方面所取得的一些进展工作。通过稀土元素调变光催化材料电子结构发现,K_4Ce_2M_(10)O_(30)(M:Nb,Ta)半导体复合金属氧化物及其固溶体化合物K_4Ce_2Nb_(10-x)Ta_xO_(30)具有1.8～2.2eV的禁带宽度和适合的电化学电位。对其不同负载研究表明,纳米NiOx的修饰能显著提高光解水制氢活性。同时还发现了一种负载纳米Pt/Cr_2O_3的Bi-V-(M)-O固溶体氧化物在可见光下具有完全分解纯水为H_2和O_2 (2:1)的能力,能有效利用560nm以下的太阳光,有望成为一种高效而稳定的新型实用化光解水材料。利用第一性原理研究了材料的电子结构,揭示了可见光活性机制,探讨了TiN (111)晶面取向的活性,为进一步构筑新型高效光催化剂提供了思路。通过纳米复合获得了SiO_2/NiFe_2O_4、TiO_(2-x)N_x/SiO_2/NiFe_2O_4、Bi_(12)TiO_(20)/SiO_2/NiFe_2O_4等具有可磁分离特性的复合光催化剂,首次通过反胶束法制备出具有...     

半导体光催化氧化技术的研究进展

概述了现阶段半导体光催化氧化处理有机污染物的研究现状,指出了今后半导体光催化氧化技术的研究方向.     

TiO_2光催化分解水制氢研究进展

简要介绍了光分解水制氢的原理,综述了近年来TiO2在光催化制氢方面研究的最新进展,围绕如何提高TiO2光催化产氢的效率,指出未来光催化制氢的研究方向。以钛酸丁酯为原料,采用改进的溶胶-凝胶法制备ITO负载纳米TiO2薄膜,通过XRD,SEM和UV-Vis等检测方法对薄膜样品进行表征,并考察其在双室光电化学池中制氢反应的光催化活性。结果表明,纳米TiO2薄膜为锐钛矿-金红石混晶结构,当溶胶中P25粉末含量为0.09g/mL时制备的TiO2薄膜产氢量最大,光催化性能较好。     

石墨烯/半导体复合结构在光催化方面的应用研究进展

首先简单介绍了石墨烯的结构、性能和制备方法,然后着重阐述了石墨烯/半导体复合结构在光解水产氢、降解污染物、转化CO2这3个光催化方面的应用研究。最后从半导体的选择、复合工艺的改进、石墨烯功能化3个角度对研究过程中存在的问题提出了展望。     

改性TiO_2光催化水解制氢的研究进展

利用改性的TiO_2光催化水解是一个有效的制氢途径。概述了TiO_2光催化水解制氢的机理,并系统介绍了对TiO_2进行改性的方法:贵金属表面沉积、离子掺杂、半导体复合、光敏化及其他改性手段。在此基础上对目前研究遇到的问题进行了总结,并对未来TiO_2在光催化水解制氢方面的发展进行了展望。     

分子结构改性氮化碳光催化制氢的研究进展

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其独特的性质、廉价的原料,成为光催化制氢领域研究的热点。但是g-C₃N₄仍然存在比表面积小、可见光利用率低、电子-空穴易复合等不足,限制了其光催化效率。主要从共聚、共价连接和表面修饰官能团等方面对氮化碳的分子结构修饰改性方法进行了综述。此外,还总结了分子结构修饰氮化碳在可见光吸收能力、电子和空穴的分离效率、活性位点反应性等方面提升光催化制氢活性的机制。最后,对氮化碳的分子修饰改性方面存在的挑战和前景进行了展望。     

BiVO4基纳米异质结光催化材料的研究进展

BiVO_4纳米异质结光催化剂因稳定性能好、无毒、禁带宽度小、在水溶液中具有高析氧活性等,成为当前研究的热点之一。本文综述了现阶段BiVO_4纳米异质结材料的研究进展,着重介绍了BiVO_4纳米异质结材料的类型、结构特点,并根据其结构阐述了电子-空穴的移动机理。同时,阐述了BiVO_4纳米异质结光催化材料在应用领域取得的成果。最后,对BiVO_4纳米异质结材料的研究方向进行了展望,期望能为研发具有优异光催化性能的BiVO_4异质结提供参考。     

半导体基纳米复合材料光催化研究进展

综述了半导体多相光催化的基本原理、半导体基纳米复合材料的基本结构、制备方法及复合材料在光电化学方面对材料性能的影响.着重强调了半导体基纳米复合材料与单一的半导体材料相比光催化性能的提高,并对半导体基纳米复合材料在光催化领域的研究和应用提出了一些展望.     

钛酸锶光催化材料研究进展

近年来,钙钛矿型化合物以其特有的结构在光催化领域成为国内外研究的热点。钛酸锶(SrTiO3)是一种典型的钙钛矿型复合氧化物,具有稳定性高、无毒性,载流子迁移率高,光催化活性高等特点,作为半导体有低阻的电子运输结构和对小分子高效的氧化还原能力,是一种极具开发潜力和应用前景的光催化材料。主要介绍了SrTiO3材料的结构、制备方法与光催化机理,并对近年来SrTiO3在光催化领域的改性研究进行综述。最后在现有研究成果的基础上,对SrTiO3光催化材料的未来发展动向进行简要分析,有助于研究者取得进一步突破。