光催化剂s型异质结

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先进光催化剂设计与制备

doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010
(7) Liu, Y.; Hao, X.; Hu, H.; Jin, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (6), 2008030. [刘阳, 郝旭强, 胡海强, 靳治良. 物理化学学报, 2021, 37 (6), 2008030.] doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030
(12) Fei, X.; Tan, H.; Cheng, B.; Zhu, B.; Zhang, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (6), 2010027. [费新刚, 谭海燕, 程蓓, 朱必成, 张留洋. 物理化学学报, 2021, 37 (6), 2010027.] doi: 10.3866/PKU.WHXB202010027
3 School of Energy and Chemical Engineering, Xiamen University Malaysia, Selangor Darul Ehsan 43900, Malaysia.
Emails: yujiaguo93@, jiaguoyu@ (J.Y.); Xinliscau@ (X.L.); weejun.ong@.my, ongweejun@ (W.J.O.); zly2017@ (L.Z.) Published online: December 21, 2020.
2 Key Laboratory of Energy Plants Resource and Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China.

光催化材料的异质结电荷分离研究现状

光催化材料的异质结电荷分离研究现状摘要随着环境污染与能源短缺等问题日益严重，各个国家对新能源的开发与研究也日益加快，而光催化技术因为其高效便捷，光催化材料成本低无污染等特点，正逐步成为各国研究的焦点。

然而，光催化剂受到光生电子空穴分离-复合机制的约束，降低了光催化技术在多领域应用的普适性，因此，本文从构建异质结改性方法出发，综述该领域内研究现状，总结诱导电荷分离的主要策略，探索诱导电荷分离的机理，展望未来提升光催化性能的主要策略。

关键词：光催化；电荷分离；异质结1引言近年来，光催化材料成本低无污染等特点，受到研究人员广泛关注。

然而，极高的光生电子与空穴的复合率令其光催化性能受到限制，而表面反应活性又由表面原子结构、与环境物质的配位状态及吸附性能等条件决定，表面反应活性同时也决定了反应物分子的吸附、光激发电子和反应物分子之间的电荷转移，甚至产物分子的脱附，对光催化材料的利用、光催化技术的效率与产能有巨大的影响。

因此，光催化材料的进一步深化研究需要将重点放到精确调控表面状态和采取改性策略诱导电荷分离上来。

本文从极化诱导、构建异质结等改性方法出发，综述该领域内研究现状，总结诱导电荷分离的主要策略，探索诱导电荷分离的机理，展望未来提升光催化性能的主要策略。

2构建异质结诱导电荷分离异质结为2种或多种材料在界面上形成的特殊的结构。

现阶段研究人员所报道的异质结主要可分为四种，其中主要可探讨碳材料和半导体所形成的异质结的肖特基异质结和半导体与半导体所形成的异质结的II型异质结、Z-scheme型异质结、面内异质结来推进对光催化材料的研究。

在形成肖特基异质结后，他的能带结构会产生弯曲变换，形成内建电场后会使电荷存留在贵金属纳米颗粒的部分。

Grabowska等[1]基于水热法成功制备了TiO2前驱体原位转化的SrTiO3，并采取光沉积法沉积Rh, Ru，Pt纳米颗粒，构建肖特基异质结，揭示了原位转化制备机理，并利用13C标记法，研究了苯酚降解原理。

异质结内建电场光催化光催化产氢硫化物单原子-概述说明以及解释

异质结内建电场光催化光催化产氢硫化物单原子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着环境污染和能源危机的日益加剧，开发高效、环保的能源转化技术成为当前重要的研究方向之一。

光催化产氢技术作为一种可持续发展的能源转化方式，具有巨大的应用潜力。

在光催化产氢过程中，异质结、内建电场和硫化物单原子等材料起着重要的作用。

本文将首先介绍异质结的概念和特点，其中异质结作为一种具有不同晶体结构或化学成分的界面结构，其在光催化中扮演着重要角色。

其次，我们将探讨内建电场在光催化过程中的作用机制，内建电场能够调控光生载流子的分离和传输，从而提高光催化产氢的效率。

最后，我们将详细介绍硫化物单原子在光催化产氢中的应用，硫化物单原子具有良好的光催化活性和稳定性，可有效促进水的光解产氢反应。

通过对这些关键材料和机制的研究，我们有望为光催化产氢技术的发展提供新的思路和解决方案，推动能源领域的创新和进步。

1.2 文章结构文章结构部分包括引言、正文和结论三个部分。

在引言中，我们将介绍文章的主题和研究背景，引出文章的研究目的。

在正文中，我们将详细探讨异质结的概念和特点，内建电场在光催化中的作用，以及硫化物单原子在光催化产氢中的应用。

最后，在结论部分，我们将对整个研究进行总结，并展望未来的研究方向，最终得出结论。

整个文章结构分明，逻辑清晰，有助于读者对研究内容进行系统地理解和掌握。

1.3 目的本文的目的是探讨异质结内建电场在光催化中的作用以及硫化物单原子在光催化产氢中的应用。

通过对这些关键概念的深入研究，我们希望能够揭示它们在光催化领域中的重要性和潜在应用，为开发更高效的光催化材料提供理论基础和实践指导。

同时，本文也旨在为读者提供对光催化产氢技术的深入了解，促进相关领域的研究和发展。

通过系统的分析和讨论，我们希望为光催化产氢技术的发展做出贡献，推动清洁能源产业的进步与发展。

2.正文2.1 异质结的概念和特点异质结是指两种不同材料的结合界面，具有不同晶格结构和能带结构的区域。

S_型异质结H2O2_光催化剂的研究进展

物理化学学报Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (6), 2212010 (1 of 18)Received: December 5, 2022; Revised: January 20, 2023; Accepted: January 25, 2023; Published online: February 3, 2023. *Correspondingauthors.Emails:****************.cn(Y.L.),***************.cn(L.Z.);Tel.:+86-131********(Y.L).This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (22008185, 22008187), Shaanxi Provincial Key Research and Development Program, China (2022GY-166; 2022GY-161), Scientific Research Program Funded by Shaanxi Provincial Education Department, China (22JK0406), and Training Program of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates, China (S202210709063).国家自然科学基金(22008185, 22008187), 陕西省科技厅重点研发计划项目(2022GY-166, 2022GY-161), 陕西省教育厅自然专项(22JK0406), 西安工程大学大学生创新创业训练计划项目(S202210709063)© Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica[Review]doi: 10.3866/PKU.WHXB202212010Review of S-Scheme Heterojunction Photocatalyst for H 2O 2 ProductionKeyu Zhang, Yunfeng Li *, Shidan Yuan, Luohong Zhang *, Qian WangCollege of Environmental and Chemical Engineering, Xi’an Key Laboratory of Textile Chemical Engineering Auxiliaries, Xi’ an Polytechnic University, Xi’ an 710048, China.Abstract: Rapid industrialization throughout the 20th and 21st centuries has led to the excessive consumption of fossil fuels to satisfy global energy demands. The dominant use of these fuel sources is the main cause of the ever-increasing environmental issues that greatly threaten humanity. Therefore, the development of renewable energy sources is fundamental to solving environmental issues. Solar energy has received widespread attention over the past decades as a green and sustainable energy source. Solar radiation-induced photocatalytic processes on the surface of semiconductor materials are able to convert solar energy into other energy sources for storage and further applications. However, the preparation of highly efficient and stable photocatalysts remains challenging. Recently, a new step-scheme (S-scheme) carrier migration mechanism was reported that solves the drawbacks of carrier migration inconventional heterojunction photocatalysts. The S-scheme heterojunction not only effectively solves the carrier migration problem and achieves fast separation but also preserves the powerful redox abilities and improves the catalytic performance of the photocatalytic system. To date, various S-scheme heterojunctions have been developed and employed to convert solar energy into useful chemical fuels to decrease the reliance on fossil fuels. Furthermore, these systems can also be used to degrade pollutants and reduce the harmful impact on the environment associated with the consumption of fossil fuels, including H 2 evolution, pollutant degradation, and the reduction of CO 2. H 2O 2 has been used as an effective, multipurpose, and green oxidizing agent in many applications including pollutant purification, medical disinfection, and chemical synthesis. It has also been used as a high-density energy carrier for fuel cells, with only water and oxygen produced as by-products. Photocatalytic technology provides a low-cost, environmentally friendly, and safe way to produce H 2O 2, requiring only solar energy, H 2O, and O 2 gas as raw materials. This paper reviews new S-scheme heterojunction designs for photocatalytic H 2O 2 production, including g-C 3N 4-, sulfide-, TiO 2-, and ZnO-based S-scheme heterojunctions. The main principles of photocatalytic H 2O 2 production and the formation mechanism of the S-scheme heterojunction are also discussed. In addition, effective advanced characterization methods for S-scheme heterojunctions have been analyzed. Finally, the challenges that need to be addressed and the direction of future research are identified to provide new methods for the development of high-performance photocatalysts for H 2O 2 production. Key Words: Photocatalysis; S-scheme heterojunction;H 2O 2 generation; Charge transferS型异质结H2O2光催化剂的研究进展张珂瑜，李云锋*，袁仕丹，张洛红*，王倩西安工程大学环境与化学工程学院，纺织化工助剂西安重点实验室，西安710048摘要：随着现代经济和工业的快速发展，传统化石能源的过度开发和消耗造成了日益严重的环境污染和能源危机，极大地威胁着我们的健康和生活。

AgIAgBrSiO2异质结纳米复合材料的制备及其光催化降解研究

AgI-AgBr/SiO2异质结纳米复合材料的制备及其光催化降解研究随着经济水平的不断发展，人们生活质量的不断提高，人们的健康意识也不断加深，追求健康的生存环境已经成为人们目标。

然而目前在治理水体中难以降解的有机污染物时通常采用的大部分光催化剂只有在紫外光下才具有催化活性，不能够有效利用自然界的大部分可见光，因此利用半导体技术制备具有可见光催化活性的光催化剂成为了目前研究的热点，本研究主要目的是研究一种利用可见光对水体中有机污染物进行降解的半导体光催化剂。

本研究以有序介孔SiO2为载体，首先用沉积-沉淀法制备AgBr/SiO2复合材料，利用AgI的溶度积比AgBr的小，采用简单的离子交换手段，用I-取代AgBr中的部分Br-即可在AgBr的表面生成AgI，构建AgI/AgBr异质结，制备AgI-AgBr/SiO2异质结构纳米复合材料，这样就将介孔SiO2与AgX有效的结合起来，形成了具有高比表面积及特殊性能的纳米复合颗粒。

Ag本身具有的光敏性能在与介孔二氧化硅复合后将得到进一步的继承甚至加强，这种具有新颖结构的无机复合材料在催化、吸附分离、光电、生物等领域具有更加广泛的应用。

国内外研究现状：有序介孔二氧化硅材料具有以下主要特征：(1)大的比表面积和孔道容量；(2)材料颗粒外形规则，且具有可控性；(3)孔道结构规则并且保持高度的有序性；(4)孔径均匀分布窄，并在一定纳米范围内(2nm~10nm)连续可调；(5)具有很好的水热稳定性[1,2]。

这些特性使其在催化、吸附脱附方面有很重要的应用，并且近几年逐渐发展成为一种良好的载体材料。

由于氧化硅材料具有无毒、原材料丰富、生物兼容性好并且制备技术成熟等优点使其成为目前研究开发的热点[3]。

各种新型的二氧化硅复合材料也不断的被研究出来，并且应用于各个领域。

AgX由于其独特的光敏性，目前已越来越多的被应用到光催化剂制备领域，通常通过沉积-沉淀法负载到各种载体上，形成各种复合型光催化剂。

生物炭异质结光催化剂

生物炭异质结光催化剂-概述说明以及解释1.引言1.1 概述生物炭异质结光催化剂是一种具有潜在应用前景的新型功能材料。

随着环境污染日益严重和可再生能源需求不断增长，光催化技术被广泛应用于水处理、空气净化以及能源转化等领域。

生物炭作为一种来源广泛、价格低廉且可再生的碳材料，其表面结构多孔且具有丰富的官能团，使其成为理想的光催化剂载体。

相较于传统的生物炭光催化剂，生物炭异质结光催化剂通过引入不同种类的异质结，可以有效提高光催化性能，并拓展其应用范围。

本文将对生物炭异质结光催化剂的制备方法、光催化剂的基本原理以及其研究现状进行全面介绍，旨在为读者提供对该领域的深入了解，并探讨其应用前景和未来研究方向。

通过对相关文献的梳理和分析，我们将总结生物炭异质结光催化剂在环境保护和能源转化方面的重要性，以及其在实际应用中的潜在挑战和机遇。

1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分将首先概述生物炭异质结光催化剂的研究背景和意义，介绍生物炭的制备方法以及光催化剂的基本原理，引出本文的研究重点。

文章结构部分将简要介绍本文的结构框架，让读者对整篇文章的内容有一个整体的了解。

正文部分将包括生物炭的制备方法、光催化剂的基本原理以及生物炭异质结光催化剂的研究现状。

通过对生物炭的制备方法和光催化剂原理的介绍，使读者对生物炭异质结光催化剂有一个更深入的了解，从而理解本文的研究意义和现状。

结论部分将探讨生物炭异质结光催化剂的应用前景、未来研究方向以及总结本文的主要内容。

通过对生物炭异质结光催化剂的应用前景和未来研究方向的探讨，展望该领域的发展前景，为读者提供对该领域未来发展方向的参考。

同时，总结本文的主要内容，强调研究的重点和成果，为读者对整篇文章的理解提供一个概括性的结论。

1.3 目的:本文旨在介绍生物炭异质结光催化剂的研究现状和应用前景，探讨其在环境保护、能源开发等领域的潜在应用价值。

通过深入分析生物炭的制备方法、光催化剂的基本原理以及生物炭异质结光催化剂的特点，旨在促进该领域的研究进展，推动现有技术的应用和改进，为解决环境污染、减少能源消耗等问题提供新的解决方案。

一种2D-2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂及其制备方法

(54)发明名称一种2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂及其制备方法，包括以下步骤：21)依次将Zn(NO 3)2·6H 2O、In(NO 3)3·4H 2O及二水合柠檬酸三钠溶解于去离子水中，并在室温下搅拌；22)CuInP 2S 6分散至步骤21)所得溶液中，然后在室温下搅拌；23)称取硫代乙酰胺，再溶解于去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，然后在室温下继续搅拌，得前驱体溶液；24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至高压釜中，再进行水热反应，然后冷却至室温，将反应产物进行离心洗涤，然后再进行干燥，得到2D/2DZnIn 2S 4/CuInP 2S 6复合光催化剂，该光催化剂具有较好的光生载流子分离效率、高比表面积和高光催化制氢活性的特点，且制备方法较为简单。

C N 115672361 A1.一种2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂，其特征在于，基于2D CuInP 2S 6制备而成。

2.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂，其特征在于，所述2D/2D ZnIn 2S 4/CuInP 2S 6复合光催化剂中ZnIn 2S 4与CuInP 2S 6质量分数比为(0.5‑4):1。

3.一种权利要求1所述2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：以2D CuInP 2S 6为基础，通过柠檬酸钠辅助的水热法合成2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂。

4.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP 2S 6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：21)依次将Zn(NO 3)2·6H 2O、In(NO 3)3·4H 2O及二水合柠檬酸三钠溶解于去离子水中，并在室温下搅拌；22)CuInP 2S 6分散至步骤21)所得溶液中，然后在室温下搅拌；23)称取硫代乙酰胺，再溶解于去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，然后在室温下继续搅拌，得前驱体溶液；24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至高压釜中，再进行水热反应，然后冷却至室温，将反应产物进行离心洗涤，然后再进行干燥，得到2D/2DZnIn 2S 4/CuInP 2S 6复合光催化剂。

TiO2／SrTiO3异质结纳米管薄膜的制备及光电化学性能研究

TiO2/SrTiO3异质结纳米管薄膜的制备及光电化学性能研究Study on Preparation andPhotoelectrochemical Performance of TiO2/SrTiO3 Heterojunction NanotubeArrays领域：环境工程作者姓名：胡文丽指导教师：谭欣教授企业导师：张曙光高级工程师天津大学环境科学与工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。

特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。

（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要锐钛矿TiO2晶体通常暴露{101}晶面，而非高活性的{001}晶面，光生电子-空穴对复合率高，量子效率低，进而抑制了TiO2光催化活性。

此外，TiO2纳米材料具有较大的禁带宽度（3.2 eV），太阳光中仅占3~5 %的紫外光才能被其利用。

因此，这些缺点极大地限制了它的实际应用。

本研究中TiO2纳米管阵列被用作支撑反应物，与Sr(OH)2溶液反应，得到暴露TiO2{001}晶面的TiO2/SrTiO3纳米管阵列，该材料在紫外光下的光催化活性得到极大的提高。

采用扫描电显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼散射光谱（Raman）、X-射线能谱分析（XPS）等表征手段对样品进行分析。

S型异质结CO2还原光催化剂

物理化学学报Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (6), 2010024 (1 of 2)[Research Highlight] doi: 10.3866/PKU.WHXB202010024 S 型异质结CO 2还原光催化剂Swelm Wageh 1,*, Ahmed A. Al-Ghamdi 1, 刘丽君2,*1 Department of Physics, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah 21589, Saudi Arabia.2武汉纺织大学化学与化工学院，武汉 430200S-Scheme Heterojunction Photocatalyst for CO 2 PhotoreductionSwelm Wageh 1,*, Ahmed A. Al-Ghamdi 1, Lijun Liu 2,*1 Department of Physics, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah 21589, Saudi Arabia.2 College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China.Emails: wswelm@.sa (S.W.); liulj@ (L.L.)Published online: October 19, 2020.Photocatalytic CO 2 reduction to solar fuels attracts great interest due to the growing fossil fuel shortage and global warming. Developing high-efficiency photocatalyst is the key for the solar fuel production 1,2. TiO 2, as an inert, nontoxic and earth-abundant semiconductor, has been widely used for photocatalytic CO 2 reduction. Like other monocomponent photocatalysts, unitary TiO 2 shows poor photocatalytic activity because of its rapid electron/hole recombination. TiO 2-involved traditional type-II heterojunction is accepted to achieve efficient electron/hole separation 3. However, as shown in Fig. 1a, the separated photogenerated electrons and holes will accumulate on the conduction band (CB) with less negative potential and the valence band (VB) with less positive potential, respectively. In general, less negative CB level and less positive VB level mean weaker photoreduction and photooxidation ability for the photogenerated electron and hole, respectively. From thermodynamic viewpoint, such charge transfer mechanism actually weakens the redox ability of the photogenerated carriers, which is unfavorable for the photocatalytic reaction. In 2019, Yu’s group proposed the concept of S-scheme (Step-scheme) heterojunction to the dilemma that traditional type-II heterojunction confronts 4. As shown in Fig. 1b, S-scheme heterojunction consists of two n-type semiconductors including reduction semiconductor (RS) and oxidation semiconductor (OS). RS has more negative CB potential, thus, stronger reduction ability for its photoexcited electrons. On the contrary, OS has more positive VB potential and stronger oxidation ability for its photoexcited holes. Usually, RS has higher Femi level or smaller work function than OS. When such RS and OS semiconductors contact, their Fermi level difference drives electron transfer from RS to OS, resulting in RS and OS with the same Fermi level. Thus, the opposite charges are accumulated on their interface and form an internal electric field (IEF) pointing from RS to OS at the interfaces. Owing to the IEF and band bending, the useless photogenerated electrons on the CB of OS will transfer to RS and recombine with the useless holes on theFig. 1Charge transfer routes in (a) traditional type-II heterojunction and (b) S-scheme heterojunction.. All Rights Reserved.物理化学学报 Acta Phys. -Chim. Sin.2021,37 (6), 2010024 (2 of 2)VB of RS. However, the useful photogenerated electrons and holes will retain on CB of RS and VB of OS, respectively. This results in the formed heterojunction with strong reduction and oxidation ability. Obviously, the transfer pathway of the photogenerated electron and hole in S-scheme heterojunction is completely different from that of traditional type-II heterojunction, which enables the photocarriers with strong redox capability 5–8.Very recently, Jiaguo Yu (Wuhan University of Technology), Jingsan Xu (Queensland University of Technology), Shengyao Wang (Huazhong Agricultural University) et al. reported an S-scheme heterojunction of TiO2/CsPbBr3 quantum dots (QDs) prepared by an electrostatic self-assembly method and used for photocatalytic CO2 reduction (Nature Communications 2020, 11, 4613. doi: 10.1038/s41467-020-18350-7) 9. In recent years, CsPbBr3 QDs have attracted growing interest in photocatalysis owing to its narrow photoemission, visible light absorption, tunable band gap and effective CO2 activation. TiO2 and CsPbBr3 are n-type semiconductors. The work function of TiO2 is larger than that of CsPbBr3, implying that TiO2 has a lower Fermi level than CsPbBr3 before they contact. Upon hybridization, electrons flow from CsPbBr3 to TiO2 to enable them at the same Fermi level, which creates an IEF at TiO2/CsPbBr3 interfaces directing from CsPbBr3 to TiO2 and bends their energy bands (Figs. 1b and 2a). Under UV-visible light irradiation, as proved by in situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, the photogenerated electrons in TiO2 CB spontaneously transfer to CsPbBr3 and recombine with the holes in CsPbBr3 VB driven by the interfacial IEF and band bending. Finally, the electrons accumulating on CsPbBr3 CB activate CO2 molecules for photoreduction, and the holes aggregating on TiO2 VB oxidize H2O molecules to O2 (Figs. 1b and 2b). Clearly, such transfer of photogenerated charge carriers causes the electron from TiO2 CB to CsPbBr3 CB, suggesting the formation of S-scheme heterojunctions between TiO2 and CsPbBr3 upon contact. This unique TiO2/CsPbBr3 S-scheme heterojunction greatly promotes the separation of electron-hole pairs and maintains their strong redox ability to foster efficient CO2 photoreduction. The TiO2/CsPbBr3 hybrid nanofibers exhibit an enhanced CO production rate (9.02 μmol·g−1·h−1) with reference to TiO2nanofibers (4.68 μmol·g−1·h−1) under UV-visible light irradiation. This work provides new insights into TiO2-based photocatalysts for efficient CO2 photoreduction driven by S-scheme charge separation.Briefly, we highlight an emerging S-scheme heterojunction of TiO2/CsPbBr3 designed and fabricated by Xu et al. for efficient CO2 photoreduction. This pioneering work offers great opportunity to deeply understand the S-scheme charge transfer and separation mechanism in the heterojunction. The novel concept along with its prospects would encourage collective efforts to develop more efficient S-scheme heterojunctions for solar-driven photocatalysis including water splitting, CO2 reduction, and organic photosynthesis.Acknowledgements:This project was funded by the Deanship of Scientific Research (DSR) at King Abdulaziz University, Jeddah (RG-50-130-41). The authors, therefore, acknowledge with thanks DSR for technical and financial support.References(1)Shehzad, N.; Tahir, M.; Johari, K.; Murugesan, T.; Hussain, M. J. CO2Util. 2018,26,98. doi: 10.1016/j.jcou.2018.04.026(2)Xiong, Z.; Lei, Z.; Li, Y.; Dong, L.; Zhao, Y.; Zhang, J. J. Photochem.Photobio. C 2018,36,24. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2018.07.002 (3)Low, J.; Dai, B.; Tong, T.; Jiang, C.; Yu, J. Adv. Mater. 2019,30,1802981. doi: 10.1002/adma.201802981(4)Fu, J.; Xu, Q.; Low, J.; Jiang, C.; Yu, J. Appl. Catal. B 2019,243,556.doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.011(5)Xu, Q.; Zhang, L.; Cheng, B.; Fan, J.; Yu, J. Chem 2020,6,1543.doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010(6)Xia, P.; Cao, S.; Zhu, B.; Liu, M.; Shi, M.; Yu, J.; Zhang, Y. Angew.Chem. Int. Ed. 2020,59,5218. doi: 10.1002/anie.201916012(7)Ge, H.; Xu, F.; Cheng, B.; Yu, J.; Ho, W. ChemCatChem 2019,11,6301. doi: 10.1002/cctc.201901486(8)He, F.; Zhu, B.; Cheng, B.; Yu, J.; Ho, W.; Macyk, W. Appl. Catal. B2020,272, 119006. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119006(9)Xu, F.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S.; Xu, J.; Yu, J. Nat. Commun.2020,11, 4613. doi: 10.1038/s41467-020-18350-7Fig. 2 Charge-transfer processes in TiO2/CsPbBr3 S-scheme heterojunction: (a) after contact, (b) IEF-induced charge transfer,separation, and the formation of S-scheme heterojunction under UV-visible light irradiation.. All Rights Reserved.。

第一性原理研究MoS2／WS2异质结构的界面电子性质

了类石墨烯材料—— 氮化碳（Ｃ。Ｎ）。而福州大学王
通过掺杂或者半导体复合还可以大幅提高它们的光催化性能，比如，将０．２（质量分数）的ＭｏＳ负载到
ＣｄＳ形成异质结，使得光催化性能显著提高；在单
构由间接带隙变为直接带隙，从而使其电学性质和光
ＭｏＳ。与还原氧化石墨烯形成异质结构通过增强电荷分离效应、从而大幅提高相应的光催化分解水析氢性
能口。其中构建异质结构由于集成了２种组分的优
为了更好地理解和研究ＭｏＳｚ与ＷＳｚ的界面微
观结构及相关性质，本文首先计算了ＭｏＳｚ、ＷＳｚ体相和单层的电子结构（包括能带结构和态密度）作为后续研究的参照，计算结果如图１所示。在体相的２Ｈ结
２结果与讨论
２．１体相及单层电子结构
成不同类型的异质结构，获得更多新奇的物理现象和
器件功能１７－２０］。具有相同晶体结构的二维过渡金属硫
化物既可以在单层平面内无缝地形成横向异质结构，
构中，２Ｈ— ＭｏＳ的价带顶和导带底由Ｍｏ４ｄ和Ｓ３ｐ杂化而成；对应地，２Ｈ— ＷＳ的价带顶和导带底则是由

面向CO2还原应用的金属性光催化剂研究进展

㊀第56卷第3期郑州大学学报(理学版)Vol.56No.3㊀2024年5月J.Zhengzhou Univ.(Nat.Sci.Ed.)May 2024收稿日期:2023-08-29基金项目:国家自然科学基金项目(22308336)㊂第一作者:张露云(1992 ),女,硕士研究生,主要从事光催化及高级氧化用于环境污染物净化研究,E-mail:1020827540@㊂通信作者:李俊(1992 ),男,副教授,主要从事纳米材料的设计及应用研究,E-mail:junli2019@㊂面向CO 2还原应用的金属性光催化剂研究进展张露云,㊀李㊀俊(郑州大学河南先进技术研究院㊀河南郑州450003)摘要:金属性光催化剂由于其特殊的能带结构,可以吸收近红外光来驱动光催化反应,因而备受关注㊂首先,综述了金属性光催化剂的基本原理及其在光催化CO 2还原领域面临的挑战㊂其次,针对金属性光催化剂面临的瓶颈,总结了目前的几种改性策略在提高金属性光催化剂CO 2光还原活性上的应用,重点介绍了催化剂结构与光催化性能之间的关系㊂最后,对金属性光催化剂的未来发展趋势及研究方向进行了展望㊂关键词:金属性光催化剂;近红外光;CO 2还原;光催化中图分类号:O643.36文献标志码:A文章编号:1671-6841(2024)03-0082-06DOI :10.13705/j.issn.1671-6841.2023198Research Progress on Metallic Photocatalysts for CO 2Reduction ApplicationsZHANG Luyun,LI Jun(Henan Institute of Advanced Technology ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450003,China )Abstract :Metallic photocatalysts attracted much attention due to their special band structure,whichcould absorb near-infrared light to drive photocatalytic reaction.Firstly,the basic principle of metallic photocatalysts and the challenges in photocatalytic CO 2reduction field were reviewed.Secondly,in viewof the bottleneck faced by the metallic photocatalysts,the effects of several current modification strategieson improving the CO 2photoreduction activity of metallic photocatalysts were summarized.And the rela-tionship between the catalyst structure and the photocatalytic performance was examined carefully.Final-ly,the future development trend and the research direction of metallic photocatalysts were explored.Key words :metallic photocatalyst;near-infrared light;CO 2reduction;photocatalysis0㊀引言日益增长的能源需求和化石燃料的过度消耗,导致了严重的能源和环境问题㊂如何有效地降低CO 2的浓度并将其资源化成为科学界研究的热点㊂光催化技术由于具有成本低㊁无毒和环境友好等优势,被认为是解决能源和环境问题的有效方案,可应用于CO 2转化生成太阳能燃料㊁水分解制氢以及环境污染物降解等领域[1-4]㊂尽管半导体光催化剂的光吸收范围拓展到了可见光区域,但是仍然无法利用占太阳能光谱50%以上的红外光,而且面临着迟缓的电荷转移和高的光生载流子复合率,以上问题极大地限制了其光催化活性㊂因此,发展和设计宽光谱响应的光催化剂,并对其表面结构进行调控,促进载流子的传输和转移,降低其复合率极具现实意义㊂金属性光催化剂因其独特的电子结构㊁宽的太阳光吸收范围和高的载流子浓度,在光催化CO 2还原领域显示了极大的应用潜力[5-7]㊂例如,英国圣安德鲁斯大学Irvine 教授课题组首次报道了金属性Sr 1-x NbO 3光催化剂,其在光照下可将甲基蓝催化降解为CO 2和H 2O [5]㊂相比传统的半导体光催化剂,㊀第3期张露云,等:面向CO2还原应用的金属性光催化剂研究进展金属性光催化剂带隙很小甚至没有带隙,其载流子浓度比传统的半导体光催化剂高几个数量级,而且具有良好的紫外-可见-近红外光吸收能力,在光催化领域显示了极大的应用前景㊂尽管这些金属性光催化剂在光催化产氢㊁CO2还原㊁污染物净化等方面显示出巨大的应用潜力,但它们的光催化性能仍然有限㊂这主要是由于金属性光催化剂具有较高的光生载流子浓度,会引起高的光生载流子复合率㊂为提高金属性光催化剂的催化活性,需要克服高的载流子复合率这一关键问题㊂近年来,在提高光催化剂载流子分离效率方面,研究者们开展了大量卓有成效的研究,例如构建超薄结构㊁杂原子掺杂㊁构筑异质结等[8]㊂随着对宽光谱响应光催化剂的深入研究,金属性光催化剂的发展为高效光催化体系的开发提供了新的研究领域,将会推动其成为新一代的太阳能光催化材料用于CO2还原㊂鉴于金属性光催化剂特殊的电子结构㊁宽光谱吸收能力和高效的光催化CO2还原活性,对金属性光催化剂进行全面的总结是非常必要的㊂本文聚焦于金属性光催化剂的结构与其CO2光还原活性间的构效关系,对金属性光催化剂的研究进展进行了系统概述㊂这将为深入认识和合理设计面向CO2还原应用的金属性光催化剂提供一定的指导,并有助于理解并发展高效的金属性光催化剂用于CO2的资源化利用㊂1㊀金属性光催化剂光激发基本原理和发展瓶颈㊀㊀与传统的半导体光催化剂不同,金属性光催化剂由于其特殊的部分占据带,可以吸收近红外光来驱动光催化反应㊂金属性光催化剂能带示意图如图1所示㊂金属性光催化剂的能带结构通常是由最高电子占据带(B-1)㊁部分占据带-导带(CB)以及最低未占据带(B1)组成[5-7]㊂在太阳光的照射下,光生电子通过单个跃迁或者连续跃迁的方式向B-1带跃迁,然后到达B-1带,当跃迁过程中激发的电子和空穴电位满足CO2还原和H2O氧化电位,光生电子参与CO2的还原反应,光生空穴参与H2O的氧化反应㊂与半导体光催化剂相比,金属性光催化剂含有更高的载流子浓度,在光催化过程中产生的光生载流子不能有效地转移和分离,导致较高的复合率,从而进一步限制了其光催化CO2还原性能㊂在光催化CO2还原过程中,还存在许多质子电子对的耦合与转移来参与反应,可以产生多种产物,如C1产物CO㊁CH3OH㊁HCOOH㊁CH4,C2产物C2H4㊁CH3CH2OH,甚至分子质量更大的碳氢化合物等㊂一些常见的光催化CO2还原反应的标准电位如表1所示㊂正因为如此,光催化CO2还原产物的选择性通常较低㊂如何提高金属性光催化剂的光催化剂活性和选择性一直是光催化CO2还原领域面临的瓶颈问题㊂图1㊀金属性光催化剂能带示意图[5]Figure1㊀Schematic diagram of energy band ofmetallic photocatalyst[5]表1㊀光催化CO2还原反应的标准电位Table1㊀Standard potentials for photocatalytic CO2reduction reactions反应方程式E0(vs.NHE,pH=7)/V CO2+e-ңCO2㊃--1.90 CO2+2H++2e-ңCO+H2O-0.53 CO2+2H++2e-ңHCOOH-0.61 CO2+4H++4e-ңHCHO+H2O-0.48 CO2+6H++6e-ңCH3OH+H2O-0.38 CO2+8H++8e-ңCH4+2H2O-0.242CO2+10H++10e-ңCH3CHO+3H2O-0.362CO2+12H++12e-ңC2H4+4H2O-0.342CO2+12H++12e-ңC2H5OH+3H2O-0.332CO2+14H++14e-ңC2H6+4H2O-0.27H2Oң1/2O2+2H++2e-0.812H++2e-ңH2-0.412㊀金属性光催化剂CO2光还原性能调控策略㊀㊀在金属性光催化反应的过程中,产生的光生电子和空穴对在反应过程中不能得到有效的转移和分离,导致光生载流子复合率较高㊂如何促进光生载流子的有效分离㊁提高光催化剂的光催化效率和获得高效的太阳能-化学能转化体系一直是研究者们38郑州大学学报(理学版)第56卷关注的焦点㊂为了获得更为高效的金属性光催化CO2还原反应体系,目前的主要手段有开发超薄二维材料㊁杂原子掺杂㊁缺陷调控和构建异质结等㊂2.1㊀构建超薄二维材料二维超薄材料因其特有的尺寸厚度(<10nm)和二维平面结构的特点,相比其对应的块状材料,产生了一些新特性,例如大的比表面积㊁丰富的活性位点㊁短程的载流子扩散路径等㊂受此启发,研究者们开始研究用于半导体光催化作用的新型超薄二维材料㊂在光催化过程中,超薄的结构不仅可以缩短光生载流子从体相到表面的迁移距离,加速电子沿着内层方向传输,还可以减少材料在边界或界面的损失㊂华中师范大学张礼知教授课题组通过气相剥离法,成功制备了原子层厚度的富含范德华带隙的BiOCl光催化剂,其具有较低的激子结合能和丰富的活性位点;在可见光照射下,其在纯水中光催化CO2还原生成CO的速率可达188.2μmol㊃g-1h-1,并且在波长为400nm处的量子产率为2.5%,优于许多光催化体系[8]㊂除此之外,超薄二维材料的形成会使得无序度增加,表面配位数减少,引入大量的缺陷,为了维持结构的稳定性,其表面会发生一定程度的扭曲㊂构建超薄材料的策略同样适用于对金属性光催化材料的改性上㊂中国科学技术大学谢毅院士课题组合成了具有超薄结构的金属性CuS光催化剂[9],在近红外光照射下,超薄CuS光催化剂由于金属性光催化剂特殊的能带结构,产生的光生电子和空穴可同时参加CO2还原和H2O的氧化反应,实现了100%的选择性光催化还原CO2为CO,并且活性维持96h无明显变化,表明了超薄CuS光催化剂的稳定性㊂2.2㊀掺杂工程掺杂工程是通过适当的合成策略将金属或者非金属离子通过取代或者填隙的方式进入光催化剂的晶体结构中㊂当掺杂的离子进入光催化剂的晶体结构中,会使其能带结构发生重排,形成新的能带结构㊂一方面,掺杂可以缩小其能带宽度,提高光吸收范围,改变其价带和导带位置,进而改变其光催化氧化还原能力;另一方面,掺杂的离子分布在光催化剂的表面时,可以改变催化剂表面对目标污染物的吸附或分子氧的活化性能等,进而能够增强其光催化活性㊂Wang等[10]通过水热法合成了Mo掺杂W18O49纳米线光催化剂㊂当Mo离子引入W18O49结构中,不仅提升了能带的位置,还降低了其对N2分子的活化能垒,在最优掺杂量时,Mo掺杂W18O49纳米线光催化剂的固氮速率为195.5μmol㊃g-1h-1,约为初始W18O49的7倍㊂此外,掺杂会作为光生载流子的复合中心,捕获光生电子,抑制载流子的复合,延长光生载流子的寿命,这一论证在一些研究中也得到了证明,例如W掺杂BiVO4㊁Ni掺杂BiO2-x 等[11-12]㊂在金属性光催化剂的改性中,掺杂策略同样适用㊂为此,Xu等[13]合成了金属性Ni掺杂CoS2(Ni-CoS2)和CoS2纳米片光催化剂,两种光催化剂的电阻均随着温度的升高而增加,证明了这两种催化剂的金属性特征㊂理论计算结果表明,Ni-CoS2纳米片的费米能级位于其导带内,进一步验证了其金属性特征㊂当Ni引入CoS2纳米片结构中,其带隙明显减小,费米能级及能带结构整体上移,极大地增强了其还原电势㊂在近红外光催化CO2还原实验中, Ni-CoS2纳米片显示了其增强光催化CO2还原生成CH4的性能,并且显示了极好的光催化活性和稳定性㊂Ni掺杂不仅改变了CoS2纳米片的电子结构,增强了CO2在其表面的吸附作用,还极大地促进了光生载流子的分离效率㊂2.3㊀构建S型异质结构建异质结光催化剂是将两种或两种以上能带结构匹配的光催化剂通过一定的合成方法进行组装㊂两者接触后会因费米能级的差异进行能带匹配,直到费米能级处于同一电势上㊂目前,在光催化领域研究较多的异质结可以分为三类:Type-Ⅱ型异质结㊁Z型异质结以及S型异质结㊂2019年,中国地质大学余家国教授课题组在Ⅱ型和传统Z型异质结的基础上提出了S型异质结[14]㊂S型异质结电荷转移机理如图2所示㊂具体来说,S型异质结通常是由氧化型光催化剂和还原型光催化剂组成[15]㊂当两者接触时,具有较高费米能级的还原型光催化剂的电子会向费米能级较低的氧化型光催化剂转移,此时在界面处会形成内建电场,同时发生能带的弯曲㊂在光照射下,内建电场会驱动光生电子从氧化型光催化剂的导带转移到还原型光催化剂的价带㊂最终,光生电子和空穴分别保留在还原型光催化剂的导带和氧化型光催化剂的价带,从而实现光生载流子的移动与分离[14-16]㊂余家国教授课题组率先合成了S型WO3/g-C3N4异质结光催化剂,通过一系列表征技术和密度泛函理论计算,证明了WO3/g-C3N4异质结中光生载流子的传输机制符合S型机理,光催化产氢活性得到了明显提高[14]㊂叶金花教授课题组构建了一种S型g-C3N4/COF异质结光催化剂,证明了S型48㊀第3期张露云,等:面向CO 2还原应用的金属性光催化剂研究进展图2㊀S 型异质结电荷转移机理示意图[15]Figure 2㊀Schematic illustration of charge transfermechanism in S-type heterojunction [15]异质结电荷转移路径有利于实现光生载流子的转移和分离,该S 型异质结光催化CO 2还原性能明显优于单一的g-C 3N 4和COF 光催化剂[17]㊂王中林院士团队报道了一种S 型C 3N 4/WO 2.72异质结光催化剂,内建电场和能带弯曲效应加速了界面上光生电荷的传输,提高了光生载流子的分离和利用效率,增强了体系的光催化性能[18]㊂笔者所在课题组受上述启发,合成了黑磷/Bi 19Br 3S 27(BP /BBS)异质结光催化剂,通过原位X 射线光电子能谱㊁原位开尔文探针原子力显微镜和理论计算等证明了构建的BP /BBS 异质结电荷转移机理属于S 型㊂得益于S 型电荷转移机制,最优化的BP /BBS 异质结显示了增强的电荷转移和最优的光催化CO 2还原性能[19]㊂2.4㊀缺陷调控缺陷工程作为一种调控材料表面特性的有效手段,在光催化领域得到广泛应用㊂光催化剂表面的缺陷结构不仅可以拓宽其光响应范围㊁缩短其能带结构,还可以作为催化反应位点,提高光催化CO 2的还原活性㊂中国地质大学黄洪伟教授课题组构建了具有氧空位的Bi 3TiNbO 9(BNT )纳米片光催化剂[20]㊂氧空位的引入不仅拓宽了其光响应范围并且增强了其铁电极化效应,促进了光生载流子的定向迁移,而且还可以作为活性位点促进CO 2分子的吸附和活化㊂在金属性光催化剂研究方面,笔者所在课题组合成了富含氧空位的金属性MoO 2-x 光催化剂,其在紫外㊁可见和近红外光照射下表现出良好的光催化CO 2还原性能[21]㊂通过实验和理论计算发现,MoO 2-x 光催化剂中的氧空位极大地延长了光生载流子的寿命,而且加快了CO 2的吸附和活化,有利于Mo C O Mo 中间体的形成,使得CH 4的产量和选择性得到了提高㊂3㊀金属性光催化剂CO 2光还原选择性调控㊀㊀光催化CO 2还原过程是多质子和电子耦合的过程㊂一般来说,CO 2光还原过程主要包括CO 2的吸附㊁CO 2的活化㊁中间产物的脱附与质子化三个关键步骤㊂其中,CO 2的吸附和活化过程是调控还原产物的关键,其在催化剂表面的不同吸附构型会导致CO 2光还原路径和产物的选择性㊂3.1㊀单金属位点调控东华大学闫建华课题组通过在Nb 2O 5纳米纤维催化剂表面构建氧空位,重构CO 2还原位点,增强了光催化CO 2还原生成CH 4的性能和产物选择性[22]㊂在不含有氧空位的白色Nb 2O 5纳米纤维上,CO 2分子主要是通过C 原子与Nb 2O 5表面的晶格氧相互作用从而吸附在其表面,CO 2分子通过与晶格氧的弱相互作用而被吸附活化,这种相互作用模式和吸附构型易于产生CO㊂对于含有氧空位的黑色Nb 2O 5-x 来说,其表面暴露的Nb 原子可以与CO 2分子的C 和O 原子相互作用,Nb 的4d 轨道与C 和O 原子的2p 轨道相互杂化,形成了较为稳定的Nb O 和Nb C 键,促进了CO 2的稳定吸附㊂这种较强的吸附构型可以稳定CO 2光还原中间体∗CO,有利于其进一步发生质子化反应,从而促进了CH 4的高选择性生成㊂实验结果表明,黑色Nb 2O 5-x 在可见光的照射下,光催化CO 2还原产生CH 4的速率为19.5μmol ㊃g-1h -1,选择性为64.8%㊂因此,通过单金属位点调控有利于促进光催化CO 2还原产物的活性和选择性㊂但是,单金属位点调控催化剂产物的选择性仍然较低㊂3.2㊀双金属位点调控由上述单金属位点调控光催化CO 2还原产物的选择性可以看出,单金属位点的作用仍然有限,未能达到较高的选择性㊂为了进一步提高光催化CO 2还原产物的选择性,中国科学技术大学谢毅院士团队开发了一种双金属位点CuIn 5S 8光催化剂[2]㊂通过调节反应途径调控CO 2光还原路径和产物选择性如图3所示㊂可以看出,双金属位点中,CO 2分子的C 和O 原子同时吸附在两个金属原子位点上,相比单金属位点,CO 2分子中的C 原子与金属原子的相互作用更强,形成的中间体更加稳定㊂在∗COOH 转化为∗CO 的过程中,单金属位点上只需打破一个C O 键,而双金属位点上则需要更多的58郑州大学学报(理学版)第56卷能量打破C O键和金属 O键㊂因此,在双金属位点上更有利于高选择性生成CH4㊂具有S空位的单晶胞层厚度的CuIn5S8在可见光下,光催化CO2还原为CH4的速率为8.7μmol㊃g-1h-1,产物选择性接近100%㊂因此,双金属位点调控对于光催化CO2还原产物的选择性具有重要的意义和参考价值㊂图3㊀通过调节反应途径调控CO2光还原路径和产物选择性[2]Figure3㊀Manipulating the CO2photoreduction path and product selectivity by modulating the reaction pathways[2]4㊀小结与展望本文介绍了目前光催化领域面临的主要问题和金属性光催化剂用于CO2还原的最新进展,重点论述了金属性光催化剂的基本原理㊁面临的主要问题和提升其光催化CO2还原活性和选择性的策略㊂在提高金属性光催化剂活性方面,主要介绍了构建超薄二维材料㊁缺陷调控㊁构建异质结和掺杂等策略;在选择性调控方面,重点论述了单金属位点和双金属位点的重要作用㊂虽然金属性光催化剂在开发和设计方面取得了一些重要进展,但在实际应用中其光催化效率仍然较低,一些机理仍不明确,需要进一步研究㊂金属性光催化剂的未来发展趋势和研究方向如下:1)探索不同纳米结构的金属性光催化剂与光催化CO2还原活性之间的关系㊂在目前的报道中,对金属性光催化剂纳米结构的调控研究较少㊂催化剂的纳米结构变化会导致其诸多物理化学性质发生变化,如晶体大小㊁活性位点暴露比㊁表面电势㊁载流子的分离和传输等,这些性质的改变均会对其活性产生影响,难以把握某一因素的主导作用㊂因此,在金属性光催化剂的结构设计方面需要把握其结构特性㊁物理化学性质,从而可以更好㊁更精确地研究催化剂结构与光催化CO2还原活性间的构效关系㊂2)金属性光催化剂通常面临光生载流子的高复合率,进一步限制了其光催化效率㊂构建S型异质结虽然能够有效地促进电荷转移和分离,但是对于金属性光催化剂异质结的研究却很少㊂不同的合成方法,例如水热法㊁静电自组装㊁超声法等,均会影响异质结界面的作用强度㊁载流子传输效率和光催化CO2还原活性㊂因此,在合成金属性光催化剂S 型异质结的过程中,应对比筛选出适合的合成方法,最大可能地提升光催化活性㊂同时,由于金属性光催化剂特殊的能带结构,S型异质结界面电荷转移机制也需要利用多种原位表征技术进行分析,如原位X射线光电子能谱㊁原位开尔文探针原子力显微镜等㊂3)人工智能的快速发展为金属性光催化剂的制备方法㊁修饰策略和实际应用方向提供了新的契机㊂前期的研究进展和成果为后续金属性光催化剂的发展提供了重要的参考㊂目前,金属性光催化剂的研究仍处于起步阶段,关于金属性光催化剂的研究仍然非常有限,利用机器学习方法筛选和发展高效的金属性光催化剂也是未来可能进行研究的一个方向㊂68㊀第3期张露云,等:面向CO2还原应用的金属性光催化剂研究进展参考文献:[1]㊀VARGHESE O K,PAULOSE M,LATEMPA T J,et al.High-rate solar photocatalytic conversion of CO2and watervapor to hydrocarbon fuels[J].Nano letters,2009,9(2):731-737.[2]㊀LI X D,SUN Y F,XU J Q,et al.Selective visible-light-driven photocatalytic CO2reduction to CH4mediated byatomically thin CuIn5S8layers[J].Nature energy,2019,4:690-699.[3]㊀KIM W,SEOK T,CHOI W.Nafion layer-enhanced pho-tosynthetic conversion of CO2into hydrocarbons on TiO2nanoparticles[J].Energy&environmental science,2012,5(3):6066-6070.[4]㊀DI J,ZHU C,JI M X,et al.Defect-rich Bi12O17Cl2nanotubes self-accelerating charge separation for boostingphotocatalytic CO2reduction[J].Angewandte chemie,2018,57(45):14847-14851.[5]㊀BAO J 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异质结 science 光催化-概述说明以及解释

异质结science 光催化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着社会的发展和环境问题的日益突出，寻找一种高效、可持续的能源和环境治理手段成为了科学家们的共同关注。

在这方面，光催化技术作为一种有巨大潜力的技术，逐渐引起了广泛的关注和研究。

光催化技术借助于光能的转化和利用，通过光生电子-空穴对的产生和利用，实现了一系列的能源转化和环境治理过程。

其中，异质结在光催化中具有重要作用。

异质结由两种或多种不同材料的界面组成，通过在界面上形成能带偏差，从而实现光生电子-空穴对的高效分离。

这种异质结的能带偏差使得光生电子和空穴有利于在异质结界面上进行化学反应，达到了光催化技术的高效转化。

光催化技术在环境治理领域的应用广泛，如水污染治理、VOCs处理、二氧化碳减排等。

而异质结在其中的作用是不可忽视的。

通过合理设计和调控异质结的结构和组分，可以实现对特定污染物的高效降解和转化，从而达到环境净化的目的。

此外，对于能源转化领域而言，光催化技术也具备巨大的潜力。

通过利用太阳能等清洁能源，光催化技术可以实现水分解产氢、太阳能电池等能源转化过程。

而异质结的引入，可以进一步提高光催化材料的光吸收和电子传输效率，实现光催化过程的可持续和高效转化。

综上所述，异质结在光催化中具有重要作用，通过其独特的能带结构和界面特性，实现了光生电子-空穴对的高效分离和利用。

因此，深入研究异质结在光催化中的应用以及其调控机制，将为环境治理和能源转化领域的发展提供新的思路和解决方案。

在本文接下来的部分，将介绍光催化技术的原理和异质结的相关研究进展，以期为读者带来全面而深入的了解。

文章结构部分的内容可以编写如下：1.2 文章结构本文主要分为三个部分，包括引言、正文和结论。

引言部分主要介绍本文研究的背景和意义，首先概述了异质结科学和光催化技术的研究现状以及其在环境治理、能源转化等领域的重要性。

接着，简要说明了本文的结构，即分别介绍异质结的基本概念和光催化的原理，然后探讨异质结在光催化中的应用，并对未来的发展进行展望。

Janus_二维双层MoSSe

第52卷第9期2023年9月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.9September,2023Janus 二维双层MoSSe /WSSe 异质结光电性质的第一性原理研究周春起1,张㊀会2,礼楷雨2(1.沈阳大学机械工程学院,沈阳㊀110044;2.沈阳大学师范学院,沈阳㊀110044)摘要:通过第一性原理计算研究了四种二维双层MoSSe /WSSe 范德瓦耳斯异质结的光电性质㊂声子谱表明四种结构具有可靠的热力学稳定性㊂根据堆垛方式的不同,双层MoSSe /WSSe 异质结可以是间接或直接半导体㊂而且,两种Janus 型MoSSe /WSSe 异质结具有1.22和1.88eV 的适中带隙㊁显著的可见光吸收系数㊁跨越了水氧化还原电位的带边位置㊂因此,Janus 型的MoSSe /WSSe 异质结构在光催化水分解领域具有一定的应用前景㊂关键词:第一性原理计算;Janus 二维异质结;光催化水分解;声子色散谱;电子结构;光吸收中图分类号:O482;G312㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)09-1668-06First-Principles Study on Photoelectric Properties of Janus Two-Dimensional Bilayer MoSSe /WSSe HeterostructuresZHOU Chunqi 1,ZHANG Hui 2,LI Kaiyu 2(1.College of Mechanical Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China;2.Normal College,Shenyang University,Shenyang 110044,China)Abstract :The photoelectric properties of four two-dimensional bilayer MoSSe /WSSe van der Waals (vdW)heterostructures were investigated by the first-principles calculations.All four heterostructures have been conformed thermodynamic stable by the phonon spectra.Bilayer MoSSe /WSSe heterostructures can be indirect or direct semiconductor,depending on the stacking routes.Moreover,two Janus MoSSe /WSSe heterostructures show the suitable band gap of 1.22and 1.88eV,notable absorption index on the visible light,and band edge positions straddling the water redox potential.Therefore,Janus MoSSe /WSSe heterostructures are expected to have application prospects in the field of photocatalytic water decomposition.Key words :first-principle calculation;Janus two-dimensional heterostructure;photocatalytic water splitting;phonon dispersion spectrum;electronic structure;light absorption ㊀㊀收稿日期:2023-03-06㊀㊀基金项目:辽宁省自然科学基金(2020-MS-306)㊀㊀作者简介:周春起(1995 ),男,黑龙江省人,硕士研究生㊂E-mail:1620222420@ ㊀㊀通信作者:张㊀会,博士,教授㊂E-mail:huizhangsy@0㊀引㊀㊀言二维(two-dimensional,2D)材料(例如黑磷㊁氮化碳㊁过渡金属二卤化物等)因其超大比表面积㊁较好的载流子迁移率和良好的导电性能[1-3],在光催化水分解领域具有非常好的应用前景㊂但是,光催化水分解反应在半导体带隙大小㊁载流子迁移率㊁太阳光吸收效率等诸多方面对光催化剂有着苛刻的要求㊂因此,探索新型的二维光催化材料具有重要的意义㊂垂直堆垛两个相同或不同的材料构成二维双层材料,是设计电子产品的有效方式[4-7]㊂它打破了二维单层材料在器件应用中的局限性,扩展了单一材料体系的光吸收范围,加快了界面处载流子的传输和分离速率[8-10]㊂例如,Wang 等[11]构建了具有较强光吸收系数与光催化性能的范德瓦耳斯异质结MoSe 2/SnSe 2和WSe 2/SnSe 2㊂㊀㊀第9期周春起等:Janus 二维双层MoSSe /WSSe 异质结光电性质的第一性原理研究1669㊀最近,通过垂直堆垛两个Janus 型单层WSSe 而得到WSSe-WSSe 的三种二维双层材料被报道[12],其光吸收性能优异,同时带边电位可跨越水的氧化还原电位,具有出色的光催化水分解能力㊂本工作应用第一性原理计算方法在单层MoSSe 和WSSe 的基础上,通过不同的垂直堆垛方式构建了MoSSe-WSSe 的四种二维双层范德瓦耳斯异质结,并对它们的晶体结构㊁电子性质和光催化性质进行了研究,研究结果表明上述异质结具有可靠的结构稳定性和优越的光催化水分解性能㊂1㊀计算方法本研究基于第一性原理计算,在VASP 软件包中进行[13-14]㊂使用具有PBE 函数的广义梯度近似(GGA)[15]进行结构优化㊂利用HSE06杂化泛函[16]计算了材料的电子性质与光学性质㊂设定HF /DFT 杂化函数计算中的精确交换分数α为默认值0.25㊂用投影缀加波(PAW)[17]赝势处理电子-离子的相互作用㊂为消除层间相互作用,垂直方向设置不小于1.5nm 的真空空间㊂用vaspkit [18]代码处理计算结果㊂为保证总能量在10-5eV 的计算精度,将截止能量设置为600eV㊂用Monkhorst-Pack(MP)方案在布里渊区(BZ)[19]进行K 点取样,网格为14ˑ14ˑ1㊂晶体结构优化收敛标准设置为每个原子上的受力小于0.1eV /nm㊂采用Phonopy 软件包计算材料的声子色散曲线[20-21],并将原子扩胞至2ˑ2ˑ1㊂2㊀结果与讨论2.1㊀晶体结构与稳定性单层MoSSe 或WSSe 在二维空间中具有六边形晶格对称性,每个单元包含三个原子(一个Mo 或W 原子㊁一个S 原子和一个Se 原子)㊂结构优化后单层WSSe 的晶格常数为0.32nm,W S 键长为0.24nm,W Se 键长为0.25nm㊂单层MoSSe 和WSSe 的晶格参数接近㊂以上结果与已有报道非常接近[22-23],表明计算结果是可靠的㊂根据已有报道,与AA 堆垛方式相比,AB 堆垛的双层MoSSe-WSSe 能量更低[24]㊂如图1所示,二维双层材料MoSSe-WSSe 是由单层MoSSe 和WSSe 在垂直方向上通过AB 方式排列堆垛得到的㊂如表1所示,四种异质结构的层间距离为0.31~0.32nm,与双层WSSe 接近[25]㊂本研究通过层间吸附能来验证材料双层结构的稳定性,计算公式为E ad =(E MoSSe +E WSSe )-E BL ,式中E ad ㊁E MoSSe ㊁E WSSe 和E BL 分别代表双层MoSSe-WSSe 的层间吸附能,单层MoSSe㊁单层WSSe 和双层MoSSe-WSSe 的总能量㊂㊂不同堆垛方式构成的双层MoSSe-WSSe 异质结的层间吸附能差别很小,为0.22~0.29eV,而且与双层WSSe 的层间吸附能相当(0.27~0.31eV)[12]㊂层间距离和吸附能表明双层MoSSe-WSSe 异质结层间为范德瓦耳斯结合,而且能够以不同的堆垛方式存在㊂如图2所示,双层MoSSe-WSSe 异质结中,MoSSe 与WSSe 的原子振动没有相互关联,这是由于层间为范德瓦耳斯作用,未形成化学键㊂它们的声子谱中各有18条色散曲线,其中6条声学支与12条光学支皆在零以上分布,进一步表明上述材料具有良好的结构稳定性㊂图1㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结晶体结构侧视图Fig.1㊀Side views of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures1670㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷表1㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的晶格常数㊁层间距(d int )和层间吸附能(E ad )Table 1㊀Lattice constant ,interlayer distance (d int )and interlayer adsorption energy E ad of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructuresMaterial Lattice constant /nm d int /nm E ad /eV AB 10.3220.3190.22AB 20.3210.3150.26AB 30.3210.3100.29AB 40.3220.3180.23图2㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的声子谱Fig.2㊀Phonon dispersion spectra of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures 2.2㊀电子能带结构与性能本研究利用杂化泛函(HSE06)计算了二维双层MoSSe-WSSe 异质结的电子能带结构㊂如图3所示,AB 2和AB 3的带隙大小分别为1.88和1.89eV,它们的价带顶(valence band maximum,VBM)处于K 点,导带底(conduction band minimum,CBM)则位于K 和Г点之间,因此为间接带隙半导体㊂AB 1和AB 4的带隙值分别为1.22和1.85eV,VBM 与CBM 都在K 点,所以是直接带隙半导体㊂2.3㊀光催化性质材料的带边位置跨越水的氧化还原电位是光催化水裂解反应的必要条件,即CBM 大于-4.44eV(氢H +/H 2的还原电位),而VBM 必须小于-5.67eV(水O 2/H 2O 的氧化电位)[26]㊂由于对称破缺,单层MoSSe 上下表面的静电势不同,可称为Janus 结构㊂如图4所示,AB 1和AB 2异质结上下表面不对称,静电势差(ΔΦ)分别为1.46和1.49eV;而AB 3和AB 4异质结上下表面对称,静电势相等㊂因此,四种MoSSe-WSSe 异质结中,只有AB 1和AB 2为Janus 材料㊂光催化剂带边位置与氧化还原电位的差值可用来描述材料的光催化能力㊂AB 3异质结带边位置与水的氧化还原电位大致相等,催化反应的驱动力较弱;AB 4异质结的VBM 高于水的氧化电位,不具备氧化能力;AB 2异质结由于上下表面静电势的不同,可分别在下表面(WSSe 侧)产生增强的还原反应驱动力,在上表面(MoSSe 侧)产生增强的氧化反应驱动力㊂AB 1可分别在上表面(MoSSe 侧)产生增强的还原反应驱动力,在㊀第9期周春起等:Janus 二维双层MoSSe /WSSe 异质结光电性质的第一性原理研究1671㊀下表面(WSSe 侧)产生较弱的氧化反应驱动力㊂图3㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的能带结构Fig.3㊀Band structures of 2D bilayer MoSSe-WSSeheterostructures 图4㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的静电势和带边位置Fig.4㊀Electrostatic potentials and the band edge positions of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures1672㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷图5㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的吸收光谱Fig.5㊀Optical absorption spectra of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures 最后,通过材料的光吸收谱探讨光催化材料对可见光的利用效率,光吸收系数通过频率相关的介电函数[27-28]计算㊂ε(ω)=ε1(ω)+i ε2(ω),α(ω)=2(ω)[(ε12(ω)+ε22(ω))-ε1(ω)](1)如图5所示,四种异质结在2.0eV 开始出现明显光吸收,与VBM-CBM 跃迁对应,而更高能量吸收与更高级别的跃迁对应㊂四种MoSSe-WSSe 异质结在可见光范围(1.6~3.2eV)和紫外光范围(>3.2eV)吸收系数能够达到105量级,表明上述四种异质结能够有效吸收太阳光能量㊂3㊀结㊀㊀论本工作在单层二维材料MoSSe 和WSSe 的基础上,构建了四种MoSSe-WSSe 异质结㊂层间吸附能和声子谱表明,MoSSe-WSSe 异质结层间通过范德瓦耳斯吸附,能够稳定存在㊂杂化泛函计算得到四种异质结构的带隙值分别为1.22㊁1.88㊁1.89和1.85eV㊂由于二维双层异质结AB 1和AB 2具有结构不对称性,在其结构内部会产生一个内建电场,在电场的作用下,它的上下表面真空能级之间产生了一个较大的静电势差㊂内建电场和静电势差的存在导致AB 1和AB 2分别在不同的表面跨越了水的氧化还原电位㊂吸收光谱表明,四种异质结具有较强的光吸收能力,因此它们在光催化领域有着较大的潜力㊂参考文献[1]㊀LU Q P,YU Y F,MA Q L,et al.2D transition-metal-dichalcogenide-nanosheet-based composites for photocatalytic and electrocatalytic hydrogenevolution reactions[J].Advanced Materials,2016,28(10):1917-1933.[2]㊀NOVOSELOV K S,FALᶄKO V I,COLOMBO L,et al.A roadmap for graphene[J].Nature,2012,490(7419):192-200.[3]㊀RAN J R,ZHU B C,QIAO S Z.Phosphorene co-catalyst advancing highly efficient visible-light photocatalytic hydrogen production [J].Angewandte Chemie,2017,129(35):10509-10513.[4]㊀LOPEZ-SANCHEZ O,ALARCON LLADO E,KOMAN V,et al.Light generation and harvesting in a van der Waals heterostructure[J].ACSNano,2014,8(3):3042-3048.[5]㊀ROY T,TOSUN M,CAO X,et al.Dual-gated MoS 2/WSe 2van der Waals tunnel diodes and transistors [J].ACS Nano,2015,9(2):2071-2079.[6]㊀WANG Q X,ZHANG Q,LUO X,et al.Optoelectronic properties of a van der waals WS 2monolayer /2D perovskite vertical heterostructure[J].ACS Applied Materials &Interfaces,2020,12(40):45235-45242.[7]㊀YU Z H,PAN Y M,SHEN Y T,et al.Towards intrinsic charge transport in monolayer molybdenum disulfide by defect and interface engineering[J].Nature Communications,2014,5:5290.[8]㊀CHE W,CHENG W R,YAO T,et al.Fast photoelectron transfer in (C ring )-C 3N 4plane heterostructural nanosheets for overall water splitting[J].Journal of the American Chemical Society,2017,139(8):3021-3026.[9]㊀XU Q L,ZHANG L Y,YU J G,et al.Direct Z-scheme photocatalysts:principles,synthesis,and applications[J].Materials Today,2018,21(10):1042-1063.[10]㊀YANG S X,WU M H,WANG B,et al.Enhanced electrical and optoelectronic characteristics of few-layer type-ⅡSnSe /MoS 2van der waalsheterojunctions[J].ACS Applied Materials &Interfaces,2017,9(48):42149-42155.[11]㊀FAN Y C,WANG J R,ZHAO M W.Spontaneous full photocatalytic water splitting on 2D MoSe 2/SnSe 2and WSe 2/SnSe 2vdW heterostructures[J].Nanoscale,2019,11(31):14836-14843.[12]㊀JU L,QIN J Z,SHI L R,et al.Rolling the WSSe bilayer into double-walled nanotube for the enhanced photocatalytic water-splitting performance[J].Nanomaterials,2021,11(3):705.[13]㊀KRESSE G,FURTHMÜLLER J.Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set[J].PhysicalReview B,Condensed Matter,1996,54(16):11169-11186.[14]㊀KRESSE G,FURTHMÜLLER J.Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set[J].Computational Materials Science,1996,6(1):15-50.㊀第9期周春起等:Janus二维双层MoSSe/WSSe异质结光电性质的第一性原理研究1673㊀[15]㊀PERDEW J P,BURKE K,ERNZERHOF M.Generalized gradient approximation made simple[J].Physical Review Letters,1996,77(18):3865-3868.[16]㊀MARSMAN M,PAIER J,STROPPA A,et al.Hybrid functionals applied to extended systems[J].Journal of Physics:Condensed Matter,2008,20(6):064201.[17]㊀KRESSE G,JOUBERT D.From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method[J].Physical Review B,1999,59(3):1758-1775.[18]㊀LU C,TANG C G,ZHANG J C,et 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heterostructure:a first-principles study[J].Physical Chemistry Chemical Physics,2020,22(9):4946-4956.[25]㊀JU L,TANG X A,LI J A,et al.Breaking the out-of-plane symmetry of Janus WSSe bilayer with chalcogen substitution for enhancedphotocatalytic overall water-splitting[J].Applied Surface Science,2022,574:151692.[26]㊀YU Y D,ZHOU J A,GUO Z L,et al.Novel two-dimensional Janus MoSiGeN4and WSiGeN4as highly efficient photocatalysts for spontaneousoverall water splitting[J].ACS Applied Materials&Interfaces,2021,13(24):28090-28097.[27]㊀SAHA S,SINHA T P,MOOKERJEE A.Electronic structure,chemical bonding,and optical properties of paraelectric BaTiO3[J].PhysicalReview B,2000,62(13):8828-8834.[28]㊀PENG B,ZHANG H,SHAO H Z,et al.The electronic,optical,and thermodynamic properties of borophene from first-principles calculations[J].Journal of Materials Chemistry C,2016,4(16):3592-3598.。

g-C3N5在光催化中的应用进展杜易高智白璟垚

g-C3N5在光催化中的应用进展杜易高智白璟垚发布时间：2023-06-03T07:46:55.931Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：杜易高智白璟垚[导读] 宽光谱响应性的高效光催化材料体系的设计与构筑是光催化领域的研究热点和前沿。

石墨相氮化碳g-C3N5材料具有高的N/C比，较低的禁带宽度，在光催化中有着潜在的应用前景。

本文总结了近年来基于g-C3N5材料的改性及其在光催化污染物降解、裂解水和CO2还原中的应用进展。

为未来g-C3N5的光催化研究提供了基础。

西安建筑科技大学材料与工程学院摘要：宽光谱响应性的高效光催化材料体系的设计与构筑是光催化领域的研究热点和前沿。

石墨相氮化碳g-C3N5材料具有高的N/C 比，较低的禁带宽度，在光催化中有着潜在的应用前景。

本文总结了近年来基于g-C3N5材料的改性及其在光催化污染物降解、裂解水和CO2还原中的应用进展。

为未来g-C3N5的光催化研究提供了基础。

关键词：g-C3N5，改性策略，光催化1 引言在多相光催化领域中，二维（2D）材料因其良好的电学、光学及催化特性，是光催化体系中一类重要的研究对象。

石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种典型的光催化剂，在光催化的应用很广泛[1]。

但其带宽较宽，只能吸收500 nm以下的可见光，对太阳能的利用率不高，并且载流子极易复合，限制了大规模应用。

为了提升其光催化性能，科研工作者发现可以通过调整C/N比例，制备出N浓度偏高的氮化碳材料，调控电子结构，减低禁带宽度，进而增强光催化性能。

近年来，一种富含N的g-C3N5材料通过硬模板法被成功制备[2]，其具有高的热力学稳定性，较低的禁带宽度（2.0 eV），表现出比缺N的氮化物更优异的光催化性能。

但其较低的能带位置使得氧化还原能力不足，制约了其发展。

因此科研工作者通过深入研究发现，可以通过复合其他材料的方式提高g-C3N5材料的光催化性能。

2 g-C3N5材料的改性策略g-C3N5材料的性能受制于其高的光生电荷复合率和较低的氧化还原能力。

《2024年基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究》范文

《基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究》篇一基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术作为一种绿色、环保的能源转换和污染治理技术，受到了广泛关注。

其中，光催化剂是光催化技术的核心组成部分。

近年来，Bi2WO6和Bi2O2CO3因其优异的光催化性能和环保特性，被广泛应用于光催化领域。

本文以制备基于异质结的Bi2WO6/Bi2O2CO3光催化剂为主要研究对象，对其制备方法及性能进行深入研究。

二、文献综述光催化剂的制备方法和性能研究一直是光催化领域的热点。

Bi2WO6和Bi2O2CO3作为两种具有优异光催化性能的材料，其复合应用更是备受关注。

异质结光催化剂的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法等。

其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、反应条件温和等优点，被广泛应用于光催化剂的制备。

异质结光催化剂的优点在于能够提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高光催化性能。

Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂的制备及其性能研究已成为当前研究的热点。

然而，关于其制备过程中各参数对光催化性能的影响以及实际应用的报道仍需进一步深入。

三、实验方法本文采用溶胶-凝胶法制备Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂。

具体步骤如下：1. 制备Bi2WO6前驱体溶液；2. 制备Bi2O2CO3前驱体溶液；3. 将两种前驱体溶液按照一定比例混合，进行溶胶-凝胶反应；4. 将得到的凝胶进行干燥、煅烧，得到Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂。

在实验过程中，我们研究了不同比例、不同煅烧温度等因素对光催化剂性能的影响。

四、结果与讨论1. 催化剂表征通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂进行表征。

结果表明，随着Bi2O2CO3含量的增加，催化剂的晶体结构发生变化，形成了良好的异质结结构。

s型异质结光催化co2

s型异质结光催化co2
S型异质结光催化CO2是一种利用半导体材料制备的光催化剂，用于将二氧化碳（CO2）转化为有用的化学品或燃料。

这种光催化剂的关键部分是S型异质结。

S型异质结由两种不同的半导体材料组成，通常是一种能带结构较窄的半导体和一种能带结构较宽的半导体。

这种结构可以形成电子-空穴对，并且在光照条件下，能够有效地分离和转移这些电荷对。

当S型异质结光催化剂暴露在光线下时，光子会激发半导体材料中的电子，从而产生电子-空穴对。

这些电子-空穴对可以参与CO2分子的还原和氧化反应。

例如，光激发的电子可以被传递给CO2分子，从而减少CO2并产生有机化合物，如甲酸或甲醇。

同时，光激发的空穴可以参与水分子的氧化反应，产生氧气和阳离子。

这种光催化CO2技术具有潜在的环境和能源应用。

通过利用太阳能作为光源，将大量的CO2转化为有用的化学品或燃料，可以减少二氧化碳的排放，并促进可持续发展。

然而，目前仍需要进一步的研究和改进，以提高S型异质结光催化剂的效率和稳定性，以实现其在实际应用中的广泛应用。

1。

二氧化钛基光催化剂异质结的构筑及可见光催化活性的研究

二氧化钛基光催化剂异质结的构筑及可见光催化活性的研究TiO2具有化学稳定性高、价格低廉和无毒性等优势,目前已广泛应用在环境污染物治理和新能源开发等领域。

但是,TiO2存在的固有缺陷,如低的可见光吸收性能、大的禁带宽度和高的光生载流子复合速率,在可见光应用下严重地制约着它的催化活性的发挥,无法满足日常环境下的使用要求。

研究人员在TiO2方面已做了众多研究,试图通过不同的途径来弥补TiO2的不足,以期制备出工业应用级催化剂。

主要的研究途径有单质/离子修饰,表面功能团构建,多相复合等。

在这众多的改性方法中,半导体复合引起了人们广泛的关注。

这是因为利用多相物质的相互作用可以产生协同效应,这种协同效应对TiO2使用过程中内部的电子和空穴分离机制有显著的影响。

这种方法具有的易操作性和有效性使得其在TiO2相关研究中广受青睐。

以形貌结构调控和异质结构筑两条途径为指导,我们成功制备出三组具有不同异质结结构和形貌特征的TiO2基光催化剂,主要研究了多相之间的异质结对材料降解过程载流子产生的作用。

本文的主要研究工作包括:（1）以具有带状形貌的TiO2作为基体,选用可见光催化剂Sb2WO6为第二相,通过水热法,成功地将Sb2WO6纳米粒子修饰在TiO2纳米带的表面。