光催化阅读记录封存组会汇报.pptx

2019.10.31光催化阅读记录

目录1光催化剂的改性2常见的光催化剂改性方法3改性方法总结4目前光催化分解水的两种途径5一步激发全分解水的研究进展6Z型全分解水的研究进展

光催化剂的改性光催化剂为什么要进行改性？虽然光催化在能源和环境领域具有潜在的应用前景，但绝大多数光催化剂受到了光吸收范围或光生载流子复合速率等因素的限制，光催化活性和效率不高。因此，在光催化研究中，人们一直致力于解决两个核心问题：1）拓展光催化剂的光吸收范围；2）提高光生载流子的分离效率。

a)为什么要拓展光催化剂的光吸收范围？太阳光的波长范围主要在250-2500nm之间，其中紫外光仅占全部太阳光辐射的5%，可见光占43%，近红外光占52%。由于绝大多数传统光催化剂的带隙较宽，仅能吸收紫外光，因此光能利用率低。拓展光催化剂光吸收范围（从紫外拓展到可见甚至近红外区）的根本目的在于提高太阳光的光能利用率。用两个字来总结，就是“开源”。b)为什么要提高光生载流子的分离效率？光催化过程可以简化为三个步骤：1）当入射光能量足够激发半导体光催化剂价带上电子时，价带电子吸收能量跃迁至导带，同时价带上产生空穴；2）产生的电子、空穴在内建电场或者扩散作用下分别迁移至半导体表面；3）具有还原能力的电子与具有氧化能力的空穴与吸附在半导体表面上的物质发生氧化还原反应，比如污染物降解、水分解制氢气等等。与此同时，电子和空穴也会在催化剂内部或表面复合，不利于光催化反应，因此需要减少电子空穴对的复合，提高光生载流子分离效率。提高光生载流子的分离效率的根本目的在于尽可能充分地利用光照所产生的载流子，用两个字来总结，就是“节流”。太阳光的光谱分布图

常见的光催化剂改性方法??????04贵金属沉积贵金属沉积在光催化材料表面之后，可以改变催化剂的表面性质和体系的电子分布，从而改善光催化性能。05半导体复合半导体复合是改善光催化性能常见方法，以二元复合为例，通过将两种不同的半导体复合，由于它们能带结构不同，形成电位差，从而促进电子空穴对的分离。06染料敏化吸附在半导体表面的染料可以吸收各种可见光甚至近红外光，染料吸收可见光后，染料上电子就会从基态跃迁至激发态。当激发态染料的自由电子电位高于TiO2导带的电位时，电子会从染料转移至半导体，进而与O2等反应生成活性自由基，而染料本身变成正离子自由基。染料敏化关键在于需要激发电子快速注入半导体光催化剂中，同时也要避免激发电子与染料正离子自由基的复合。01形貌/尺寸调控光催化剂形貌不同，其表面积，暴露活性位点数目，催化剂与反应物接触面积以及对反应物的吸附性能都会不一样。而催化剂尺寸一方面影响其比表面积，另一方面，当半导体光催化剂尺寸达到纳米尺度时，会发生量子尺寸效应，催化剂能带间隙变宽，氧化还原能力增强。02晶面调控催化剂不同晶面的原子排列、电子结构、缺陷，对反应物分子的吸附能力/选择性都不同。此外，不同晶面的电荷分离效率也有差异。03掺杂金属离子掺杂离子作为捕获中心，起到分离电子空穴对的作用；掺杂后在能带间隙间形成杂质能级，较小能量光也能激发电子，拓宽了光响应范围；掺杂造成晶格缺陷，有利于形成更多的活性中心。非金属元素掺杂改善光催化性能进行了很多探索，但目前其改性机理尚无定论。

改性方法总结改性方法合成方法优选形貌/尺寸调控结晶度/晶面调控贵金属沉积?Transport对上述六种改性方法进行总结，可以将其分为三大类，第一类是合成方法的优选，具体包括形貌/尺寸调控、结晶度/晶面调控等；第二类是能带结构调控，具体包括掺杂以及构筑固溶体等，可调控半导体的导带，价带或者对导价带同时进行调控；第三类是表面修饰，具体包括贵金属沉积、半导体复合以及染料敏化。各改性方法成本、操作难度、改性原理、适用范围等各不相同，应该根据自己实际情况选择合适的方法，毕竟合适的才是最好的。表面修饰合成方法优选能带结构调控半导体复合以及染料敏化掺杂以及构筑固溶体

光催化分解水的两种途径：1.一步激发法——单一光催化剂2.两步激发法（即Z-scheme机制）——产氢光催化剂/氧化还原介质/产氧光催化剂光催化分解水的途径示意图

一步激发全分解水研究进展????助催化剂沉积助催化剂的功函数或能带能级应与光催化剂半导体的费米能级或电子结构相匹配，形成Ohimic或Schottky结，从而电荷能在半导体和助催化剂界面沿正确方向流动。表面形貌控制通过调整制备方法、掺杂技术、纳米结构设计和表面处理来改变形貌。表面相结表面相结指在多晶型半导体表面两个不同相之间的界面，可以增强广盛电荷分离，从而提高光催化活性。表面改性催化剂表面的改性材料，像氧化物和羟基氧化物，可以抑制表面缺陷的形成。稳定表面状况，增强表面反应。传统一步激发全分解水