提升光催化材料光能利用率和催化效率的探索

来源 :第十四届全国太阳能光化学与光催化学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yl2590
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  阳光、空气、水为生命的三要素。面对被污染的环境,利用阳光净化被污染的空气和水,无疑是一种理想的途径。光催化材料正是在光的激发下,产生具有极强氧化能力的空穴/自由基或强还原性的电子,能将几乎所有的有机物氧化成CO2 和H2O 或将水分解获得氢气氧气,在环境净化和清洁能源等领域具有独特的优势和发展的潜力。但是,光的能量密度低。如何提升光催化材料对光能的利用率、实现光能的高效转化,是光催化研究面临的难点之一。通过光催化材料化学组分的设计,从能带工程的角度出发,借助掺杂、固溶、复合等方式,拓宽光催化材料对光谱的响应波段,提高对光能的利用,从而提升光催化效率;此外,光生载流子在晶粒内部容易再度复合,不能迁移到表面产生催化作用。通过内建电场、助催化剂的筛选、异质结的构建等方式,结合晶粒的形貌、尺寸、表面缺陷等途径,进一步促进光生载流子的迁移,从而提升载流子的分离效率。在此基础上,进一步加强对光催化机制的揭示、认识和理解,从而获得高性能的光催化材料。以铋基、铈基光催化材料为例,从微结构控制的角度入手,结合电子结构和晶体结构调控,实现了从紫外光到红外光波段光能的利用,结合表面缺陷调控和分子氧、晶格氧、表面氧的活化,实现了光生载流子的高效迁移和分离,获得了高效的光催化材料,在污染物的降解、光解水制氢制氧和二氧化碳的转换等方面展现出优秀的性能;并对内在的光催化机制进行探索,以期为光催化环境净化和清洁能源方面的研究获得启发。
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