光电化学综述
光电催化co2还原的文献综述
光电催化co2还原的文献综述【实用版】目录一、引言二、光电催化 CO2 还原的原理与方法1.光电催化反应的基本原理2.光电催化 CO2 还原的方法三、光电催化 CO2 还原的研究进展1.光电催化剂的研究2.光电催化反应器的研究3.光电催化 CO2 还原的性能提升四、光电催化 CO2 还原的挑战与展望1.挑战2.展望五、结论正文一、引言随着全球气候变暖和温室气体排放问题日益严重,如何有效地减少二氧化碳(CO2)排放以及将其转化为有用的碳氢化合物燃料已成为科学家们关注的焦点。
在众多 CO2 转化方法中,光电催化 CO2 还原技术因其在常温常压下进行且能实现人为闭合碳循环的优点,成为了研究的热点和重点。
本文旨在对光电催化 CO2 还原领域的文献进行综述梳理,以期为相关研究提供参考。
二、光电催化 CO2 还原的原理与方法1.光电催化反应的基本原理光电催化反应是一种光激发下的电催化反应,其基本原理是在光照条件下,光激发使催化剂产生电子 - 空穴对,电子和空穴分别向阳极和阴极迁移,形成电流。
在阴极上,CO2 被还原为碳氢化合物,同时在阳极上,氧化反应发生。
2.光电催化 CO2 还原的方法光电催化 CO2 还原的方法主要包括光催化、光电化学催化和光热电化学催化。
这些方法在催化剂、反应器和光源等方面有所不同,但均基于光电催化反应原理。
三、光电催化 CO2 还原的研究进展1.光电催化剂的研究光电催化剂是影响 CO2 还原效率的关键因素。
目前研究中,光催化剂主要包括半导体、金属氧化物和复合材料等。
其中,半导体光催化剂如二氧化钛(TiO2)和硫化镉(CdS)等被广泛研究。
2.光电催化反应器的研究光电催化反应器的设计对反应效率和稳定性具有重要影响。
目前研究中,反应器类型包括平板式、管式、波纹板式等,且有研究表明,反应器的形状和尺寸对光电催化效果有显著影响。
3.光电催化 CO2 还原的性能提升为提高光电催化 CO2 还原的性能,研究者们采取了一系列策略,如催化剂的改性、反应器的优化、光源的选用等。
修饰技术在电化学传感器领域的研究文献综述
修饰技术在电化学传感器领域的研究文献综述目录1. 内容概要 (2)1.1 电化学传感器的概述 (2)1.2 修饰技术在电化学传感器领域的重要性 (4)2. 电化学传感器的发展与种类 (5)2.1 传统电化学传感器 (7)2.2 新型电化学传感器 (8)3. 修饰技术概念与原理 (10)3.1 修饰技术定义与背景 (11)3.2 修饰技术的科学原理 (12)3.3 修饰技术的分类 (13)4. 修饰材料在手机传感中的应用 (14)4.1 金属修饰材料 (16)4.2 半导体修饰材料 (18)4.3 聚合物修饰材料 (19)4.4 纳米材料修饰 (21)5. 修饰电化学传感器在高精确度分析中的应用 (22)5.1 环境污染物检测 (24)5.2 食品色素与药物有效成分分析 (26)5.3 临床医学生物标记物识别 (27)6. 修饰技术在电化学传感器中的瓶颈与挑战 (28)6.1 电极材料的稳定性与耐久性 (29)6.2 修饰材料与检测物质之间的特异性 (30)6.3 芯片制备与集成化难题 (32)7. 修饰技术的未来发展方向 (33)7.1 多元传感器体系的构建 (35)7.2 芯片技术与人工智能融合 (36)7.3 生物传感机制的深入研究 (37)8. 结论与展望 (39)8.1 本综述的关键发现 (40)8.2 未来研究方向与前景分析 (41)1. 内容概要本文综述了修饰技术在电化学传感器领域的研究进展,电化学传感器因其高灵敏度、快速响应和低成本等优点,在生命科学、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用前景。
为了提升电化学传感器的性能,修饰技术的应用已成为研究热点。
该文首先简要介绍了常用的电化学传感器类型以及其工作原理,然后重点总结了多种修饰技术,包括纳米材料修饰、生物分子修饰、二维材料修饰等,并对每种技术在电化学传感器中的应用案例进行了详细分析,包括其优势、局限性和未来发展方向。
还对修饰技术带来的性能提升,如灵敏度、选择性、稳定性和耐用性等方面进行了深入探讨。
电化学分析综述
多层管是金属导体,而单层管 是金属性质还是半导体性质取 决于其自身的手性。单层管的 金属性的电流图和Ru(NH3)63+中 的不同电响应的半导体性质在 图9中表示。
石墨烯的构造同样可以改变其自身的电化学表现,有迹象表明: 不同的棱面结构可能会导致不同的电化学性质。除了打开石墨烯的 棱面可以控制棱面的折叠,利用单环、双环或多换也可以。
Ambrosi和他的实验伙伴发现,石墨烯打开边缘位置的ET比率相 比于铁氰化物折叠棱面的ET比率是有显著提升的。
3.3 碳 纳 米 管 (CNTs)
在腺嘌呤中加入磷酸盐缓 冲溶液(PBS),分别放 在(a)EPPG,(b)Au,(c) GC,(d)BPPG,(e)BDD和(f) Pt的环境下,在50mv.s-1扫
描频率下进行循环伏安法 扫描。
令人感到欣喜的是,(a)GC,(b)PBDD,(c)HOPG的基面(d)BPPG,(e)EPPG这 五种电极均放置在PBS溶液中进行循环伏安扫描,最终发现HOPG的氧化峰
碳纳米管在1991年被Iijima 第一次发现,是 碳的同素异型体这个大家族的一名新成员, CNTs是由sp2构型的碳单元构成的,并且呈 现出无缝的六角蜂巢格子构型,直径只有几 纳米,长度也只有几微米。 CNTs可以分为两类,分别命名为单层管 (SWCNTs)和多层管(MWCNTs)。多层管可 以直观的看到其同轴紧密相连的石墨管。
二. 引 言
1.碳质材料展示了许多良好的性质,比如说结构多样性、高度的化学适应 性、廉价、多领域潜力巨大。拥有相当大的电化学惰性,在表面化学和许 多氧化还原反应参与的电活性研究方面发挥着很大作用。
2.许许多多的碳质材料应运而生,在电分析、能量转换及存储方面;在电催 化、光电化学、电致变色和消失方面;在发光二极管装置、电合成领域的 场效应管方面;和在生物技术,污染物的减少、饮用水的净化方面都有很 好的应用前景。
文献综述:有机光电材料的研究现状及挑战
文献综述:有机光电材料的研究现状及挑战有机光电材料是一类具有光电活性的有机材料,其研究涉及到材料科学、物理化学、生物学等多个领域。
近年来,有机光电材料的研究成果越来越丰富,大量的新型有机光电材料不断涌现。
本文将简要综述有机光电材料的研究现状及挑战。
一、有机光电材料的研究现状1. 有机发光材料有机发光材料具有高亮度、高效率、长寿命等优点,广泛应用于显示器、照明、传感器等领域。
目前,有机发光材料的研究主要集中在发展新型的荧光染料和荧光聚合材料,以及探索其在太阳能电池、生物成像、信息存储等领域的应用。
2. 有机光电检测材料有机光电检测材料是另一类研究热点。
随着数字化和智能化的加速发展,光电检测材料已成为高科技领域的关键材料之一。
目前常见的有机光电检测材料有聚合物、小分子、富勒烯等,其在光电器件、生物传感器、光伏器件等领域展现出良好的应用前景。
3. 有机光催化材料有机光催化材料是指通过光催化反应来实现化学反应的材料。
在光催化材料领域,通过改变有机半导体材料的组成、晶体结构等方面来提高材料的光催化性能,从而实现更高效、更经济的应用。
此外,有机光催化材料还可以用于环境修复、污水处理、空气净化等领域。
二、有机光电材料的挑战1. 稳定性问题尽管有机光电材料具有许多优点,但其稳定性问题是限制其广泛应用的主要因素之一。
有机光电材料的稳定性主要受到环境因素(如温度、湿度、氧气)的影响,同时也与其自身的化学结构有关。
因此,如何提高有机光电材料的稳定性是其研究的重要方向。
2. 效率问题尽管有机光电材料的发光效率和光电转换效率较高,但在实际应用中仍存在效率问题。
这主要是由于有机光电材料的载流子传输性能和界面效应等问题引起的。
因此,如何提高有机光电材料的效率也是其研究的重要方向。
3. 制造成本问题有机光电材料的制造成本较高,这也是限制其广泛应用的原因之一。
因此,如何降低有机光电材料的制造成本,如通过改进制造工艺、优化器件结构等方法,也是其研究的重要方向。
光电催化综述
光电催化综述光电催化是一种将光能转换为化学能的多相催化过程,主要涉及光能、电子和离子的转移。
这种技术通过使用光电极(通常是半导体材料)与电解液接触,利用光的照射产生光生电子和空穴,这些电子和空穴在电场的作用下分离并参与氧化还原反应。
光电催化有广阔的应用前景,尤其是在太阳能转化和废水处理领域。
例如,通过使用光电催化技术,可以有效地将太阳光分解水产生氢气和氧气。
在光催化过程中,半导体光催化剂的能带结构起着重要作用,它由填满电子的低能价带和空的高能导带构成,价带和导带之间存在禁带。
当能量大于等于禁带宽度的光照射时,价带上的电子激发跃迁至导带,价带上产生相应的空穴。
这些空穴和电子在电场作用下分离并迁移到粒子表面,产生空穴-电子对。
光电催化的反应过程包括电子和空穴在光催化剂的体内复合、电子和空穴在光催化的表面复合、迁移到光催化剂表面的电子与表面吸附的电子受体反应(即还原过程)、迁移到光催化剂表面的空穴与表面吸附的电子给体反应(即氧化过程)。
其中体相复合和表面复合不利于光催化反应,而还原过程和氧化过程有利于光催化反应。
光电催化的一个重要应用是处理水中的药物和个人护理品。
这种技术通过将光催化法与电化学法相结合,通过在光照下对半导体光阳极施加偏置电压,外加电场有效地抑制了光生电子空穴对的复合,提高了半导体光催化剂的光催化活性。
此外,光电催化在木质素的价值化利用中也发挥了重要作用。
木质素解聚是木质素化学解聚的过程,具有反应速度快、化学结构断裂模式清晰等优点。
尤其在光-电催化过程中,可以在温和条件下产生光/电子,并直接作用于反应底物的特定化学键并使其断裂,或将反应物转化为特定的自由基中间体,促进底物的连续转化。
总的来说,光电催化是一种具有广泛应用前景的技术,其核心在于利用光电极实现光能与化学能的转换。
它涉及到复杂的物理、化学和电学过程,需要进一步的研究和开发以实现更高效和可持续的应用。
硫铟铜光电化学传感
硫铟铜光电化学传感硫铟铜(CuInS2)是一种具有重要光电性能的半导体材料,具有优异的光电化学传感性能。
近年来,随着人们对环境污染、生物医药等领域需求的不断增加,硫铟铜在光电化学传感方面的应用也越来越受到关注。
本文将从硫铟铜的基本性能、光电化学传感的原理、应用领域等方面进行综述。
一、硫铟铜的基本性能硫铟铜是一种具有光电性能的半导体材料,其晶体结构为立方晶系,晶格常数为5.78 。
硫铟铜的能隙为1.5 eV,属于直接带隙半导体,其导电性能较好,具有优异的光电化学性能。
硫铟铜的光电化学性能主要表现在以下几个方面:1. 光吸收性能:硫铟铜具有较强的吸收紫外光和可见光的能力,其光吸收谱范围为300-800 nm。
2. 光致发光性能:硫铟铜具有较强的光致发光性能,其发光波长范围为500-800 nm,可用于制备发光二极管(LED)等器件。
3. 光电化学性能:硫铟铜具有优异的光电化学性能,可用于制备光电化学传感器等器件。
二、硫铟铜光电化学传感的原理硫铟铜光电化学传感的原理是基于硫铟铜对特定物质的化学反应产生电化学信号,实现对物质的检测。
硫铟铜光电化学传感的具体步骤如下:1. 光激发:将硫铟铜暴露在特定波长的光源下,使其吸收光子能量,处于激发态。
2. 氧化还原反应:将待测物质加入硫铟铜溶液中,与硫铟铜发生氧化还原反应,产生电流信号。
反应方程式如下:M + n e- → M(n-)其中,M为待测物质,n为电荷数。
3. 电流检测:通过电流检测电路,将产生的电流信号转化为检测信号,实现对待测物质的检测。
三、硫铟铜光电化学传感的应用领域硫铟铜光电化学传感具有广泛的应用领域,主要包括以下几个方面:1. 环境污染监测:硫铟铜光电化学传感可用于检测空气、水等环境中的有害物质,如重金属离子、有机物等。
通过硫铟铜光电化学传感器的使用,可以实现对环境污染的监测和预警。
2. 生物医药检测:硫铟铜光电化学传感可用于检测生物体内的代谢产物、药物等物质。
COD检测方法综述
COD检测方法综述COD(Chemical Oxygen Demand)是用来衡量水体中有机物含量的常用指标,是评价废水处理效果的重要参数之一、COD检测方法的选择和应用对于废水处理和环境保护非常重要。
本文将对COD检测方法进行综述,包括传统的化学氧化法、光度法、电化学法和光电法。
1.化学氧化法:化学氧化法是传统的COD检测方法,常用的氧化剂包括高锰酸钾、二氧化氯等。
其中,高锰酸钾法是最为常用的方法,将高锰酸钾溶液与待测样品反应,通过后续滴定过程来确定氧化剂的消耗量,从而计算COD含量。
然而,高锰酸钾法存在检测结果不稳定、对有机物种类敏感等问题。
2.光度法:光度法是使用光谱仪或分光光度计测量物质溶液的吸光度和浓度之间的关系来确定COD含量。
常用的光度法包括紫外光度法、可见光光度法和近红外光度法等。
紫外光度法在220-360nm范围内测量样品的吸光度,可用于检测COD含量较低的水样,但其对色度和悬浮物有较高的要求。
可见光光度法则通过测量特定波长的光的透过率或吸光度来确定COD含量,适用于不同色度和浑浊度的水样。
近红外光度法可以通过测量在700-2500nm范围内的特定波长来判断COD水平,但其仪器设备较为昂贵。
3.电化学法:电化学法包括电解法和电化学检测法。
电解法通过电解样品溶液来消耗有机物,然后测量所消耗电量来计算COD含量。
电化学检测法则通过在电极表面产生化学反应,测量其电流和电压变化来判断有机物含量。
电化学法具有操作简单、快速、准确的特点,但对样品的预处理要求较高。
4.光电法:光电法是近年来发展的一种COD检测方法,通过结合光学传感技术和电化学分析技术来实现。
光电法包括光电解法和光电光谱法。
光电解法利用氧气电极和光电极共同作用,实现有机物的氧化和光电子表征。
光电光谱法则通过使用特定波长的光源和光谱仪测量光电极的电流变化来确定COD含量。
光电法具有灵敏度高、响应速度快、操作简便等优点。
综上所述,不同的COD检测方法各自具有自己的特点和适用性。
光电催化co2还原的文献综述
光电催化co2还原的文献综述摘要:1.引言2.光电催化CO2 还原的原理3.光电催化CO2 还原的研究进展4.光电催化CO2 还原的应用前景5.结论正文:光电催化CO2 还原的文献综述随着全球气候变化和环境污染问题日益严重,开发可再生能源和减少二氧化碳排放已成为当务之急。
光电催化CO2 还原技术作为一种新型的可再生能源转换技术,具有较高的研究价值和应用前景。
本文综述了光电催化CO2 还原的原理、研究进展及其应用前景。
1.引言二氧化碳(CO2)排放过多会导致全球变暖和温室效应,对生态环境产生严重影响。
光电催化CO2 还原技术利用光电转换产生的电子和空穴,在催化剂的作用下将CO2 还原为碳氢燃料,实现CO2 的资源化利用。
2.光电催化CO2 还原的原理光电催化CO2 还原主要依赖于光电转换器件(如太阳能电池)将光能转化为电能。
在光照条件下,光电转换器件产生电子和空穴,通过外部电路转移到催化剂表面。
在催化剂的作用下,电子和空穴参与CO2 的还原反应,生成碳氢燃料。
3.光电催化CO2 还原的研究进展光电催化CO2 还原技术的研究已取得了显著进展。
从催化剂材料、反应体系和器件结构等方面进行了大量探索。
目前,已成功研制出多种具有较高光电催化还原活性的催化剂,如金属氧化物、金属硫化物和金属碳化物等。
同时,研究者们还在研究高效的光电转换器件结构,以提高整体的光电催化还原性能。
4.光电催化CO2 还原的应用前景光电催化CO2 还原技术具有广泛的应用前景。
首先,该技术可以将太阳能直接转化为化学能,实现可再生能源的转换和利用。
其次,通过该技术可以将CO2 转化为碳氢燃料,减少温室气体排放,有助于减缓全球气候变化。
最后,光电催化CO2 还原技术还可以用于制备高附加值化学品,提高资源利用效率。
5.结论光电催化CO2 还原技术是一种具有前景的可再生能源转换技术。
通过进一步优化催化剂材料、反应体系和器件结构,有望实现高效、低成本的光电催化CO2 还原。
光电化学_电化学阻抗_界面电容_概述及解释说明
光电化学电化学阻抗界面电容概述及解释说明1. 引言1.1 概述光电化学(photocatalysis)是一种利用光能来驱动化学反应的重要技术,它在环境净化、光催化和能源转换等领域具有广泛应用。
光电化学通过在半导体材料中形成光生载流子对来实现电荷转移,从而引发电化学反应。
而电化学阻抗(electrochemical impedance)则是一种用于研究界面及材料性质的非常有效的表征手段。
它基于对交流信号施加于系统的响应进行分析,可以获取界面与溶液之间的传递特性信息。
界面电容(interface capacitance)作为电系中一个关键参数,常用于表征材料或界面在电场作用下储存电荷的能力。
1.2 文章结构本文首先对光电化学进行了定义和原理阐述,并概括了其主要的反应类型和应用领域。
随后,文章将详细介绍电化学阻抗以及其相关概念、测量原理和方法,并探讨了如何通过电化学阻抗谱分析来研究界面特性。
接着,我们将重点关注界面电容,解释其在电化学中的重要意义和作用,并探究界面电容受到的影响因素。
最后,本文将对整体内容进行总结,并展望光电化学、电化学阻抗和界面电容相关研究领域的未来发展方向,并提出建议。
1.3 目的本文旨在全面概述并解释光电化学、电化学阻抗和界面电容这三个关键概念及其应用。
通过对这些概念的介绍和解析,读者将能够深入了解光电化学反应的机制以及如何利用电化学阻抗和界面电容对材料或界面特性进行研究分析。
同时,本文还希望为相关领域的研究者提供展望与建议,促进该领域未来研究的进一步发展。
2. 光电化学2.1 定义及原理光电化学是研究光与物质之间相互作用和相互转换的科学领域。
在光电化学中,通过吸收光能激发分子或材料中的电荷,从而引发一系列电化学反应。
这些反应可以是光诱导的电荷转移、电解质溶液中的界面反应等。
在光电化学过程中,光激发了材料中的电子并使其跃迁到更高能级或被激发到半导体带隙中。
这些激发态的载流子(如电子-空穴对)可以在材料内部传输,并与周围所处的氧化还原体系进行反应。
基于光电化学原理的新型传感技术开发与应用
基于光电化学原理的新型传感技术开发与应用摘要光电化学传感技术作为一种新兴的传感技术,近年来受到了广泛的关注和研究。
该技术利用光电化学原理,将光信号、电信号和化学信息有机地结合在一起,实现对目标物质的高灵敏度、高选择性、快速、原位检测。
本文综述了光电化学传感技术的原理、发展历程、主要类型以及在不同领域的应用现状,并展望了其未来发展趋势。
关键词:光电化学传感技术;光电化学原理;传感技术;应用1. 引言随着社会发展和科技进步,对物质检测的要求越来越高,传统的传感技术已不能满足日益增长的需求。
光电化学传感技术作为一种新型的传感技术,凭借其独特的优势,在环境监测、食品安全、生物医学、材料科学等领域展现出巨大的应用潜力。
2. 光电化学传感技术的原理光电化学传感技术是利用光电化学效应实现对物质检测的技术。
其基本原理是:当特定波长的光照射到工作电极表面时,会激发电极材料的电子发生跃迁,产生光电流。
这种光电流的大小与目标物质的浓度呈正相关,从而实现对目标物质的定量分析。
3. 光电化学传感技术的发展历程光电化学传感技术的发展可以追溯到20世纪70年代,当时科学家们开始研究光电化学效应在生物传感器中的应用。
近年来,随着纳米材料、生物识别技术、光电器件等领域的发展,光电化学传感技术取得了重大突破,涌现出一系列新型传感技术。
4. 光电化学传感技术的主要类型根据光电化学传感技术的原理和结构,可以将其分为以下几类:4.1. 光电化学免疫传感器光电化学免疫传感器利用抗体或抗原与目标物质之间的特异性结合,将生物识别反应与光电化学信号转换结合在一起,实现对目标物质的检测。
该类传感器具有高灵敏度、高选择性、可操作性强的特点。
4.2. 光电化学酶传感器光电化学酶传感器利用酶催化反应产生的电子传递,将生物催化反应与光电化学信号转换结合在一起,实现对目标物质的检测。
该类传感器具有高灵敏度、高选择性、可重复性好的特点。
4.3. 光电化学电化学传感器光电化学电化学传感器利用光电化学效应和电化学效应的组合,实现对目标物质的检测。
太阳能光解水光阳极材料综述
光电化学水水分解光阳极材料综述摘要光电化学(PEC)分解水制氢将太阳能转化成化学能,被认为有望替代化石能源而成为人类获取能源的最主要方式之一,受到人们的普遍关注。
通过各种方法寻找和研究有应用潜力的半导体材料是该领域目前的重要研究方向。
本文评述了国内外受关注的一些半导体材料在光电化学分解水制氢方面的研究进展[1],主要有TiO2,α-Fe2O3,BiVO4,WO3等;总结了改善光阳极半导体光电化学性能的策略,包括元素掺杂、形貌控制、表面修饰,包覆钝化层,负载共催化剂,构建半导体异质结等。
关键词光电化学池,光电催化光解水,半导体,光阳极,改性1.引言全球工业及社会活动目前消耗的能量主要来自于化石燃料的燃烧。
化石燃料的日渐枯竭与化石燃料燃烧后排放的大量有害气体正带来严重的社会危机。
为了实现能源和环境的可持续发展,高效的利用太阳能成为了相关领域的研究重点。
太阳能作为一种绿色能源,它的有效利用可以缓解许多能源和环境问题。
比如,太阳能照射地球(1.3x105 TW)的表面超过了目前全球人类能源消耗(2010年为1.6x101 TW)大约4个数量级的量。
为了从水中大量生产再生氢,光照下的完全水分解已受到多方关注。
自从70年代初发现了Honda-Fujishima效应,即在n 型TiO2单晶电极上通过带隙激发实现了光辅助的电化学氧化水,利用半导体材料进行光催化和光电化学(PEC)分解水便开始被广泛研究。
由于易于存储,运输方便,且可以有效地利用燃料电池转换成电力,太阳能制氢将在未来的可持续能源社会中起重要作用。
此外,氢气在现代化工产业中可用作原料,亦可以通过化学过程,如Fischer-Tropsch反应和甲醇合成来进行二氧化碳回收。
光解水主要有两种不同的方式:光催化和光电催化。
前者是在水溶液中分散一些光活性材料,光照时,在整个溶液中同时产生氢气和氧气。
后者采用光活性材料作为电极,组成光电化学(PEC)电池。
和传统的电解水类似,在阳极发生氧化反应(析出O2,反应方程式(1)),阴极发生还原反应(析出H2,反应方程式(2)),通过含水的电解质溶液连通两电极和外电路,形成电流环路。
论文文献综述化学科学领域的研究现状和趋势分析
论文文献综述化学科学领域的研究现状和趋势分析在化学科学领域,论文文献综述是一种重要的学术研究方法,通过对已有文献进行梳理、总结和分析,可以帮助研究者了解某一领域的研究现状和发展趋势。
本文将就化学科学领域的研究现状和趋势进行综述分析,以期为相关研究提供参考和启示。
一、研究现状化学科学作为一门基础科学,涉及领域广泛,研究内容丰富多样。
在有机化学领域,有机合成是一个重要的研究方向,研究者通过设计合成新颖的有机分子,拓展有机化合物的结构和性质,为药物设计、材料科学等领域提供了重要支持。
此外,超分子化学、催化化学、生物化学等领域的研究也取得了长足的进展。
在物理化学领域,表面化学、纳米化学、光化学等研究方向备受关注。
表面化学研究表面上的化学反应和表面结构对材料性能的影响,纳米化学研究纳米材料的合成、性质和应用,光化学研究光与物质相互作用的规律。
这些研究为材料科学、能源科学等领域的发展提供了新的思路和方法。
在无机化学领域,固体化学、配位化学、无机合成等研究方向备受关注。
固体化学研究固体材料的结构和性质,配位化学研究配位化合物的合成和反应机理,无机合成研究新型无机化合物的制备方法。
这些研究为材料科学、催化化学等领域的发展提供了重要支持。
二、研究趋势随着科学技术的不断发展,化学科学领域也呈现出一些新的研究趋势。
首先,绿色化学成为研究的热点之一。
绿色化学强调在化学研究和生产过程中减少对环境的污染,提倡可持续发展的理念。
绿色合成、绿色催化、绿色溶剂等成为研究的重点方向。
其次,多学科交叉融合成为趋势。
化学科学与生物学、物理学、材料科学等学科之间的交叉研究日益增多,形成了诸如生物无机化学、光催化材料等新的研究领域。
这种多学科交叉融合为科学研究带来了新的思路和方法。
再次,计算化学的发展势头迅猛。
随着计算机技术的不断进步,计算化学在化学科学研究中的应用越来越广泛。
从分子模拟到反应机理的计算预测,计算化学为实验研究提供了重要的辅助手段。
关于电化学发光相关综述
电化学发光相关知识1、电化学发光概述电化学发光(electrochemiluminescence,ECL)是指将一定的电压或电流信号施加到电极上使得电化学反应发生,在电极表面产生物质,这些电极反应产物之间或电极产物与体系中其它共存组分之间发生化学反应产生激发态物质,当激发态物质从激发态返回基态时释放能量产生光辐射的一种现象[1,2]。
电化学发光反应发生的条件如图1。
电化学发光是化学发光方法与电化学方法结合的一种方法,因此其综合了化学发光灵敏度高和电化学反应容易被控制的优点。
另外由于电化学发光分析方法线性范围宽、分析快速、重现性好、操作简便等,使得其越来越受到研究者的关注[2-5]。
图1电化学发光反应发生的条件图对电化学发光现象的详细研究是在20世纪60年代,随着电子科技技术的飞速发展以及灵敏度很高的光电传感器的出现,为电化学发光的研究提供了有力的依据,Kuwana等最先利用脉冲电压研究了铂电极上鲁米诺的电化学发光机理,使人们对电化学发光及其机理有了初步的认识,同时人们也研究发现除了鲁米诺以外还有一些稠环芳烃也可以在一定的条件下产生电化学发光现象,为接下来对芘类化合物、呋喃、吲哚类、蒽及其衍生物的电化学发光研究奠定了有力的基石。
到20世纪80年代,电化学发光的研究范围更加广泛,相关报道也逐渐增多,并且电化学发光分析开始与高效液相色谱、毛细管电泳等分离技术联用,为其在实际中的应用提供了有力的依据,并且使得发光信号的稳定性有了一定的提升。
三联吡啶钌是这个时期的重大发现,它可以用于草酸、氨基酸等多种物质的测定,为电化学发光的研究提出了新的思路。
20世纪90年代以后,电化学发光已经成为一个非常活跃的领域,对其机理的认识已经更加深入,电化学发光的装置、电极材料等都得到了大的发展,并且电化学发光的应用已经扩展到免疫分析、DNA分子检测、生物活体分析等领域。
总之,电化学发光一直在朝着独特、灵敏度高、分析范围广的方向发展。
光电化学生物分析研究进展
光电化学生物分析研究进展阮弋帆;张楠;朱圆城;赵伟伟;徐静娟;陈洪渊【摘要】光电化学生物分析是近年来新出现并发展迅速的一种分析技术,其检测原理是基于在光照下识别元件和目标分子之间的生物识别作用造成光电活性物质产生的电信号的改变,以实现对待测物的定量测定.由于其灵敏选择性检测的优点及其在生物分析中的巨大潜力,该方法吸引了较多的关注,并且在检测性能和生物传感应用等方面也取得了较大进步.本文针对光电化学生物分析中常见的四种应用领域,即直接光电化学检测、光电化学酶检测、光电化学核酸检测以及光电化学免疫分析,综述了近年来国内外在光电化学生物分析研究领域的最新进展,并对其未来发展进行了展望.%Photoelectrochemical (PEC) bioanalysis is a newly emerged and rapidly developing analysis technique that provides an elegant route for sensitive bioanalysis.The sensing mechanism of PEC bioanalysis is based on the fact that variations in photocurrent signal can be produced by biological interactions between various recognition elements and their corresponding targets.Owing to its excellent sensitivity,selectivity,and great potential for future bioanalysis,PEC bioanalysis has drawn increasing research attention and substantial progress has been made in its analytical applications.Currently,it has become a hot research topic and its recent momentum has grown rapidly,as demonstrated by the increased number of published research articles.Given the pace of advances in this area,this review first introduces the fundamentals and general instrumentation of this methodology.Then,with recent illustrative examples,we summarize the new developments in PEC bioanalysis according to its main bioanalyticalapplications,i.e.,direct PEC detection of biomolecules,PEC enzymatic bioanalysis,PEC DNA detection,and PEC immunoassay.The future challenges and developments in this field are also discussed.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2017(033)003【总页数】10页(P476-485)【关键词】光电化学;生物分析;酶;核酸;免疫【作者】阮弋帆;张楠;朱圆城;赵伟伟;徐静娟;陈洪渊【作者单位】南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210023;南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210023;南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210023;南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210023;南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210023;南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210023【正文语种】中文【中图分类】O646;O657.1光电化学过程指光电活性物质在光照作用下经由电子激发及电荷转移产生的光电转换过程1-6。
光电化学综述
光电化学综述(总10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--光电化学传感器的应用研究进展摘要:光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。
光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化,已经成为一种极具应用潜力的分析方法。
本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用,并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。
关键词:光电化学;传感器一、引言20世纪70年代,人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为,并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。
目前,光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向,它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。
光电化学过程即光作用下的电化学过程,在光照射条件下,物质中电子从基态跃迁到激发态,进而产生电荷传递。
与电化学反应相类似,在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。
因此,利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能,通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。
待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系,是传感器定量的基础。
以光电化学原理建立起来的这种分析方法,其检测过程和电致化学发光正好相反,用光信号作为激发源,检测的是电化学信号。
和电化学发光的检测过程类似,都是采用不同形式的激发和检测信号,背景信号较低,因此,光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。
由于采用电化学检测,同光学检测相比,其设备价廉。
二、光电化学的概述1、光电化学的工作机理要了解光电化学的工作原理,首先得研究光催化技术。
光催化反应的本质是指在受光的激发后,催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原)为例介绍一下性物质相互作用的电化学过程。
这里以半导体二氧化钛(TiO2光电化学的工作原理。
半导体TiO2具有由价带和导带所构成的带隙,价带由一系列填满电子的轨道构成,而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。
光电催化co2还原的文献综述
光电催化co2还原的文献综述摘要:1.引言2.二氧化碳的光电催化还原概述3.光电催化CO2 还原的关键参数4.光电催化CO2 还原的催化剂研究5.光电催化CO2 还原的挑战与展望6.结论正文:1.引言随着全球气候变暖和环境污染问题日益严重,开发可持续的清洁能源和环境友好型技术已成为当务之急。
二氧化碳(CO2)作为温室气体的主要成分,对其进行有效转化以减少温室效应具有重要意义。
光电催化CO2 还原技术可以将太阳能直接转化为化学能,实现二氧化碳的转化,因此备受关注。
本文旨在对光电催化CO2 还原的研究进行综述,以期为相关领域的研究者提供参考。
2.二氧化碳的光电催化还原概述光电催化CO2 还原是指在光照条件下,利用光电催化材料将CO2 转化为低碳烃或氧气等有用物质的过程。
这一过程需要在光催化材料表面产生光生电子- 空穴对,并利用这些活性载体进行还原反应。
根据反应的类型,光电催化CO2 还原可分为光催化还原和光电催化氧化两种。
3.光电催化CO2 还原的关键参数影响光电催化CO2 还原效率的关键参数包括光催化材料的选择、光催化剂的形貌和结构、以及反应条件等。
光催化材料的选择主要取决于其光吸收性能、电子结构和催化活性。
光催化剂的形貌和结构对光生电子- 空穴对的产生和传输具有重要影响。
反应条件包括光照强度、反应温度、气氛和反应时间等,这些条件会影响到光催化CO2 还原的速率和选择性。
4.光电催化CO2 还原的催化剂研究目前,已经发现的光电催化CO2 还原催化剂包括金属氧化物、金属硫属化合物、金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)等。
这些催化剂具有不同的优点,如高光吸收性能、良好的电子结构和丰富的活性位点等,能够在不同程度上促进CO2 的还原。
5.光电催化CO2 还原的挑战与展望尽管光电催化CO2 还原取得了一定的研究进展,但仍面临许多挑战,如低转化效率、高成本和稳定性差等。
为了克服这些挑战,研究者们需要在催化剂设计、反应条件优化和器件结构改进等方面进行深入研究。
多功能光催化综述
多功能光催化综述光催化技术是一种利用光能驱动反应,将光能转化为化学能的技术。
随着科技的不断发展,光催化技术在多个领域得到了广泛应用,如环境治理、能源转换、光电应用等。
本文将对多功能光催化技术进行综述,介绍其研究现状、应用领域、发展趋势等。
一、研究现状目前,多功能光催化技术已经取得了许多研究成果,主要包括以下几个方面:1. 纳米材料制备:通过纳米材料制备技术,制备出多种具有特殊光学和电子性能的纳米光催化剂,如金属氧化物、半导体合金等。
2. 光催化降解污染物:利用光催化技术降解水体中的有机污染物、重金属离子等有害物质,实现环境治理的目的。
3. 光催化产氢:通过光催化技术将太阳能转化为氢能,为燃料电池等新能源技术提供氢源。
4. 光催化产电:利用光催化技术将太阳能转化为电能,实现光电转换的目的。
二、应用领域多功能光催化技术在多个领域得到了广泛应用,主要包括以下几个方面:1. 水处理:利用光催化技术降解水体中的有机污染物和重金属离子,实现水体的净化。
2. 空气净化:利用光催化技术去除空气中的有害气体和微生物,提高空气质量。
3. 能源转换:将光能转化为化学能,实现太阳能的利用和氢能的制备。
4. 光解水制氢:利用光催化技术将水电解为氢气和氧气,为燃料电池等新能源技术提供氢源。
三、发展趋势未来,多功能光催化技术将朝着以下几个方向发展:1. 纳米材料优化:研究新型纳米光催化剂,提高其光吸收性能、电子传输性能和催化活性。
2. 高效反应器:开发新型高效反应器,提高光催化反应的效率和稳定性。
3. 多功能集成:将光催化技术与其它技术(如电化学、热化学等)进行集成,实现多功能应用。
综上所述,多功能光催化技术在多个领域具有广泛的应用前景。
未来,随着研究的不断深入和技术的发展,该技术将为解决环境问题、提高能源利用效率等提供新的解决方案。
金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展
定稿日期:2005212210基金项目:国家自然科学基金(20373062)作者简介:张鉴清,1948年生,男,博士生导师,研究方向为电化学金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展张鉴清1,2 冷文华1 程小芳1 刘东坡1(11浙江大学化学系杭州310027;21金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:自上世纪70年代以来,半导体特别是TiO 2光电催化反应在诸多领域应用引起了广泛研究.近年来研究表明它可用于金属的阴极保护.文中对金属的光电化学方法防腐蚀的化学原理及研究现状进行了简要介绍.关键词:光电化学 半导体 阴极保护 腐蚀中图分类号:X78 文献标识码:A 文章编号:100524537(2006)03201882051前言金属腐蚀是指其在各种环境条件下发生的破坏和变质.在常温下,绝大部分的金属腐蚀是通过电化学腐蚀的途径进行的[1].金属腐蚀遍及国民经济各部门,给国家经济带来巨大损失.因此,积极探索材料防腐蚀新方法,做好腐蚀与防护工作,是一个具有重要现实意义的课题.在许多金属或合金如不锈钢表面通常会形成一层不超过几十个纳米厚的具有半导体性质的钝化膜[2],在一定的程度上它可起到耐蚀作用.但这种半导体氧化膜在一定的条件下如碱性介质中是光活性的,易发生光腐蚀.最近Ohko 等[3]报道了利用紫外光照不锈钢表面的TiO 2,使其电位负移,当该电位比金属腐蚀电位更负时,就像采用阴极保护一样,使不锈钢更具耐蚀性,而且光生电压在很长时间内不会完全消失.研究表明采用类似的方法,其它金属如碳钢[4~6]、Cu [7~10]在一定的条件下也可实现光致阴极保护.由于半导体涂层如TiO 2化学稳定性好,不易发生光腐蚀;与Zn 等牺牲阳极不同的是在光阴极防腐蚀过程中并不牺牲,理论上具有很长的使用寿命,而且涂层价格比较低廉,故该方法具有潜在的应用前景.尽管人们对半导体光电化学进行了多年的研究并取得了很大的进展,但它用于光阴极保护是近年来才开始研究的.最近,沈嘉年等[11]很好地综述了TiO 2薄膜的光电效应在金属防腐蚀中的应用,但他们对其光电化学叙述较少.本文结合光电化学的最新研究进展,对金属的光电化学防腐蚀原理、影响因素及研究现状进行了简要介绍,旨在为从事该交叉领域的研究工作者提供借鉴.2金属的光电化学防腐蚀原理当用能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生电子e -和空穴h +(图1a ).光生电子—空穴对在空间电荷层电场的作用下,空穴被迁移到半导体粒子表面与溶液中的电子供体发生氧化反应[12,13],而电子向电极基底运动并通过外电路到达金属对电极,从而使金属的腐蚀电位负移,自腐蚀电流密度减小,实现阴极保护.光激发产生的电子和空穴至少经历以下途径:载流子的扩散、俘获、复合和界面电荷的传递.其中最主要的是捕获和复合两个相互竞争的过程.从动力学的观点来看,上述各步骤快慢不尽相同.一般认为,电极表面空穴转移速率为快步骤,光生电子在向基底输送过程中至少发生体相复合(J br )、空间电荷层复合(J dr )、表面态复合(J ss )、直接电荷转移(J et )和隧道转移(J tun )等过程(图1b ).总的复合电流(J 0)等于单个步骤电流之和,即J 0=J et +J tun +J ss +J dr +J br .光照时,由于光生载流子的复合而降低了外电流输出.值得指出的是,当光电极为纳米多孔时,由于颗粒内外电位差很小,能带是不弯曲的(图1c ),光生载流子分离效率主要依赖于其界面电荷转移速率差决定[14].3影响光电化学方法防腐蚀的因素311半导体种类和性质[12,14,15]通常以n 型半导体为催化剂,包括TiO 2、ZnO 、CdS 、WO 3和Fe 2O 3等.合适的光催化剂必须满足以下几个方面的条件:首先是半导体表面能带边缘的相对位置,对价带来说,它必须至少能促使水或OH -的氧化,故其标准电位应高于+2185V (相对标准氢电位);对导带来说,它必须比氧还原标准电第26卷第3期2006年6月 中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection Vol 126No 13J un 12006Fig.1(a)Schematic diagram of semiconductor photoelectrochemical anticorrosion of metal and(b)various types of recombination pathways for an n-type semiconductor/liquid junction.J et is the current caused by electron transfer over the potential barrier from the semiconductor to the redox acce ptors in the solution.J tun describes the majority carrier tunneling current through the potential barrier.Recombination due to the surface states near the interface results in J ss,while recombination in the de pletion and bulk regions produces J dr and J br,respectively.Both J et and J tun are currents requiring injection of majority carriers from the semiconductor,hence majority carrier recombination currents.On the other hand,J ss,J dr and J br are currents due to minority carrier recombination process,since holes are injected into the semiconductor for the recombination to occur and(c)schematic di2 agram of the energy band in nanoporous semiconductor thin film位更负(如果氧是电子受体的话),这样才能使氧化还原反应有效进行;其次是半导体必须稳定,即不会发生光腐蚀;另外从实际应用角度考虑,它的成本低廉.理论分析和大量实验表明,目前能满足上述要求的催化剂只有少数半导体(如TiO2).正是由于TiO2的高活性和光化学性质均十分稳定,且无毒价廉、货源充足,故成为光催化领域中的常用催化剂.光催化剂的性能是半导体表面光学特性和表面化学状态耦合的结果.TiO2的光催化性能主要由以下几个方面决定:(1)催化剂的粒径.催化剂粒子越小,体系的比表面大,反应面积就大,反应速率和效率就大;粒径越小,光生载流子容易迁移到粒子表面,电子与空穴的简单复合几率就越小,光催化活性就越高.当半导体颗粒达到几个至几十个纳米时,半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能级变成分离的能级,因而能带隙增大,吸收光谱阈值向短波方向移动,出现尺寸量子效应,此时粒子称为量子化粒子.由于尺寸量子效应,使半导体导带移向更负的电位而价带移向更正的电位,这势必加强半导体光催化剂的氧化还原能力,提高光催化剂活性;同时空穴的氧化速率增大,可减小表面空穴的积累,光阳极腐蚀减少,催化剂的稳定性增大.由于尺寸效应能通过调节半导体的粒径来控制半导体的能隙大小和能带的位置,它将对光催化反应带来重大的影响.(2)催化剂的表面状态.表面应有一定数量的羟基基团,通过该基团可有效捕获光生空穴,从而可抑制光生载流子的简单复合.(3)催化剂的晶型.TiO2粉末晶体结构有金红石、锐钛型、板钛矿和无定型4种.用来光催化反应的主要是锐钛型和金红石两种晶型.通常情况下,金红石的比表面积小,反应物在其表面吸附亦较少,锐钛型催化活性优于金红石型.实验证明,具有高光催化活性的TiO2多数为两种晶型的混合物(不是简单的混合),如Degussa P-25就是由两种晶型组成.其它如孔隙率、表面水合状态、退火预处理等都是影响光催化剂活性的因素.312溶液组成[12,15~18]溶液p H的改变将使TiO2表面荷电及能带边缘位置,例如升高p H值通常使氧化物半导体平带电位和导带边缘负移,能带弯曲程度增大;同时可能使一些溶液的氧化还原电位发生变化,改变了电荷转移的驱动力.另外溶液p H值还可能会影响有机物的吸附,改变电极表面状态,从而影响反应速率.文献中研究了在304不锈钢表面涂覆TiO2膜的试样在不同p H值溶液中的电极电位,结果表明随着p H值增大,光电压负移,对金属的防腐蚀效果会增强;p H值对碳钢/TiO2涂层和Cu/TiO2涂层体系的光电压也有相似影响.所以溶液p H值是光电化学反应的一个重要控制参量.如果溶液中存在电子受体特别是溶解氧,它可能捕获光生电子(参见图1b,J et),抑制光生载流子的复合,但输出光电流减小.313光强用于半导体载流子激发的光子能量必需大于半9813期张鉴清等:金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展 导体的禁带宽度E g,锐钛型TiO2的E g为312eV,所需入射光的最大波长为38715nm,金红石由于禁带宽度略小,为310eV,所需最大波长为413nm[15].实验研究中一般采用波长为300nm~400nm的光,高压灯、黑光灯、紫外杀菌灯和氙灯等均能满足要求.太阳光到达地面的紫外光不到10%,从能量利用角度来看,利用太阳能实现材料的光电化学防腐蚀具有非常诱人的前景.入射光的强度和半导体的光吸收直接影响光生电子数,光强越高,光电子数越多,电极准费米能级越高,光电压愈高,同时光生载流子的复合速率可能更大.换句话说,光强大,并不一定都有效,所以实际应用中应考虑光强(光电流)与金属的腐蚀电流密度相匹配问题.4提高半导体光电转换效率的途径[13,15~19]光生载流子的分离效率是光催化技术的关键部分,它们的高低决定了光催化技术效率的高低.所以从光催化出现以来,人们在提高催化剂效率方面做了大量的工作并取得了明显的进展.提高半导体催化效率的途径有很多,其中用得较为普遍的有半导体改性和复合半导体等.411半导体改性在光催化剂表面担载高活性的贵金属、金属和金属氧化物如Pt、Au、Pd、Ru等,可有效防止电子—空穴的简单复合.其中表面载铂研究最多.当半导体表面和金属接触时可形成肖特基势垒,它成为俘获光生电子的有效陷阱,延长了载流子的复合寿命;此外,贵金属还起到降低还原反应的超电势,从而可提高光催化活性.实验研究发现只有一些特定的金属离子掺杂有利于提高光量子效率,多数金属离子的掺杂反而是有害的.总的说来,对于其作用机理分析还欠缺,研究还处于一个试探阶段.从化学观点看,金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度等,从而影响电子—空穴对的复合,如成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命,或成为电子—空穴的复合中心而加快了复合.目前采用非金属如N[20]、C[21]和F[22]掺杂受到重视,主要是用来拓宽催化剂的光谱响应范围.412复合半导体将两种不同的半导体粒子联结起来就成为一种夹心结构的半导体胶体,一边为能带隙较小的半导体,一边为能带隙较大的半导体.70年代就提出了半导体-半导体复合概念,但直至90年代才应用到光催化领域.由于复合半导体更有利于光生载流子的分离,因而,近年来对复合半导体尤其是二元半导体类型进行了许多研究,如TiO2-SnO2、TiO2-WO3等.这些复合半导体几乎都表现出高于单个半导体的光催化性质.二元半导体活性的提高可归因于不同能级半导体之间光生载流子的输运和分离.以TiO2-SnO2复合体系为例(图2),当用足够能量的光照射时,TiO2和SnO2同时发生带间跃迁,由于导带和价带能级的差异,SnO2的带隙E g=318eV, TiO2的带隙E g=312eV,在p H=7时,SnO2的导带E CB=0V(vs N HE),低于TiO2的导带E CB= -015V(vs N HE),所以光生电子聚集在TiO2的导带,而空穴则聚集在SnO2的价带,光生载流子得到分离,从而提高了量子效率.另一方面,当光量子能较小时,只有TiO2发生带间跃迁,TiO2中产生的激发电子输运至SnO2的导带而使得光生载流子分离[23].值得注意的是,只有两种半导体耦合起来才能表现出上述性质,如果是相互包裹,如TiO2包裹SnO2,则完全不会产生电荷分离效率的提高.此外,复合半导体如TiO2/CdS激发波长可延伸至较大范围[24],从而可充分利用光能.这也使得复合半导体具有更大的应用前景.5光电化学方法防腐蚀的研究现状511阴极材料光催化技术是当今研究热点之一,近年来半导体光催化技术开始用于金属的光电化学防腐蚀.日本在这方面研究较早.总体来说该领域还主要处于探索阶段,即探讨常见金属的光致阴极保护的可行性,对光阳极的筛选研究较少,主要局限于TiO2光催化剂.下面就这两方面情况作一以简要介绍.上世纪90年代中期Tsujikawa等较早报道了Fig.2Diagram illustrating the principle of charge separation in a TiO2/SnO2coupled semiconductor091中国腐蚀与防护学报第26卷TiO2涂层在紫外光照下可阴极保护金属Cu[7]、不锈钢[25]和碳钢[26,27].随后有人报道了TiO2在紫外光或γ射线的照射下可实现不锈钢的光致阴极保护[3].Leng等采用镍载TiO2光催化降解有机污染物的同时无意中发现了载体镍不易腐蚀[16].2001年Fujishima研究组对它的机理作了详细解释,实验证明TiO2涂层对304不锈钢不仅具有较好的防腐蚀效果,而且具有自洁净功能[3].这对于户外不锈钢材料的装饰效果具有吸引力.值得一提的是,Choi 等[6]详细研究了TiO2对碳钢光电化学防腐蚀的影响因素和机理.他们还发现即使没有有机物的情况,水作为电子供体可以实现碳钢防腐蚀.他们还提出利用催化剂阳极-金属阴极耦合可能实现地下金属的远程光保护,不过并未实验证明.国内沈嘉年等发现采用阳极氧化法制备的氧化钛亦可光致阴极保护碳钢,同时发现无紫外光照时,氧化钛-碳钢耦合体系加速了碳钢的腐蚀[28].总之,目前金属的光致阴极保护还局限在腐蚀电位比较正,腐蚀电流密度比较小的金属材料上,我们曾尝试X70管线钢光阴极保护,有一定的效果,但实验条件比较苛刻,详细结果正在探索中.512光阳极选择如前所述,光阳极的选择主要还局限于TiO2光催化剂.这可能与其效率和稳定性较高有关.最近有人尝试采用SnO2[8]、ZnO[6]和Sr TiO3[4]等宽禁带半导体为光阳极并取得了较好的结果.从热力学的角度看,宽禁带半导体特别是导带边缘电位比较负的催化剂有望对腐蚀电位比较负的金属实现光保护.复合半导体如SnO2-TiO2可提高光电转换效率.Subasri等发现采用SnO2-TiO2=1∶1时具有较佳的光电流,并且复合半导体具有光致储能效果,即使在光照停止数小时后对Cu还具有保护作用[10]. TiO2-WO3电极在光照停止一定时间后对金属也具有缓蚀作用[29].这种储能作用对于金属即使在无光照条件下也可实现缓蚀具有重要的意义.6结束语尽管半导体光电化学研究进行了数十多年的研究,但该技术用于金属的光致阴极保护是近几年才受到重视的.该技术的最大特点是在常温和常压下,只利用催化剂、光、空气和水就能实现,而且从长远的观点来看,它将可利用取之不尽的太阳光能.因而,在腐蚀与防护领域显示出非常诱人的应用前景.该技术的关键部分是阳极,即其光生载流子的分离效率问题,但与传统的光催化在环境领域的应用具有很多不同之处,需要进一步系统深入研究.宽禁带半导体只能吸收紫外光,而太阳光中这部分光能却不到5%,所以如何扩展催化剂的光谱利用范围并以太阳能为光源在自然环境条件下实现户外不锈钢等金属的防腐必将具有重要的理论和实践意义.可以预见,提高光电转换效率及拓宽催化剂的光谱响应范围是该技术走向实用化的关键.另外开发光致储能电极也是一个重要课题.参考文献:[1]Cao C N.Corrosion Electrochemistry[M].Beijing:Chemical Indus2try Press,1994(曹楚南.腐蚀电化学[M].北京:化学工业出版社,1994)[2]Lin Z H.Application of photocurrent spectrum technology in the re2search of metal oxide[J].Mater.Prot.,1990,23(11):4-7(林仲华.光电流谱技术在金属氧化膜研究中的应用[J].材料保护,1990,23(11):4-7)[3]Ohko Y,Saitoh S,Tatsuma T,et al.Photoelectrochemical anticor2rosion and self-cleaning effects of a TiO2coating for type304 stainless steel[J].J.Electrochem.Soc.,2001,148(1):B24-B28 [4]Ohko Y,Saitoh S,Tatsuma T,et al.Photoelectrochemical anticor2rosion effect of Sr TiO3for carbon 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ords:photoelectrochemistry,semiconductor,cathodic protection,corrosion291中国腐蚀与防护学报第26卷。
光电化学传感器的研究进展
光电化学传感器的研究进展摘要:光电化学传感器是电化学传感器的一种改进型,不仅器件简单、操作方便、响应速度快、成本低、易于微型化,而且具有较低的检出限和较高的敏感度。
鉴于上述优势,越来越多的科研人员将工作重点转向光电化学领域。
综述了近年来光电化学传感器的研究进展。
关键词:光电化学发光;生物传感;进展引言:光电化学与生物传感技术是光电化学分析技术与生物传感技术相结合的一种新型检测方法。
它有很多独特的优点。
因此,光电传感器在分析化学领域占有重要地位,并将具有优越的分析性能,定量分析各种物质的测量。
本文分析了光电化学传感器的发展现状、检测原理及发展趋势。
1光电流产生的机理光电流是由以下两种机制产生的: (1)当在溶液中存在还原剂时,物质从激发态还原到基态,光照到材料表面,从基态到激发态,即 PEC反应,以此类推,产生连续的光电流;(2)在电子给体或受体分子的情况下,激发态分子与猝灭剂分子之间发生电子转移反应,产生的分子氧化或还原态进一步从电极表面获得或失去电子,产生电流,光活性材料返回基态,周期为连续光电流。
光电流分为阳极光电流和阴极光电流两种形式。
以无机半导体纳米粒子为例,在光条件下,当无机半导体纳米粒子吸收高于其自身带隙能量的能量时,纳米粒子的子电子由价带跳跃到产生的电子空穴对的传导带而产生,然后受激发的电子重新组合或转移。
如果来自导带的电子转移到电极表面,当电子给体在溶液中被价带中的空穴捕获时,电子给体产生绿色阳极光电流,另一方面,如果导带中的电子转移到溶液中的电子受体,电子从电极转移到带孔上的价电子,阴极光电流就产生了。
2 PEC生物传感器的原理及分类该PEC生物传感器主要基于电流/电压信号的变化通过电极来监测相应的生物特征识别反应。
在光条件下,激发光电活性物质的光电性能,并将被测物体与连接在光电材料上的识别探头结合起来,改变光电活性物质本身产生的光电电压或光电流,这种电阻效应在一定范围内,数值的变化与被测物质的浓度之间存在函数关系,因此可以通过改变待测物质的光电压或光电流来检测目标。
《钒酸秘基复合光阳极电解水光电化学性能的研究》范文
《钒酸秘基复合光阳极电解水光电化学性能的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭,寻找可再生、清洁的能源已成为人类面临的重要课题。
其中,光电化学(PEC)水分解技术因其具有高效率、低能耗和环保等优点,成为了一种极具潜力的新能源技术。
在光电化学水分解过程中,光阳极材料的选择和设计对整体性能的优劣至关重要。
本论文旨在研究钒酸秘基复合光阳极电解水光电化学性能,以探究其应用潜力。
二、文献综述在光电化学水分解中,光阳极作为光激发过程的主要部分,需要具有高效的光吸收、电荷分离和传输能力。
近年来,许多材料被研究作为光阳极材料,如氧化物、硫化物等。
其中,钒酸秘基材料因其具有优异的光电性能和稳定性,被广泛关注。
目前,钒酸秘基复合材料的设计和制备已成为光电化学领域的研究热点。
通过与其他材料复合,可以改善其光吸收能力、提高电荷分离效率,从而提高光电化学性能。
三、实验方法本实验采用溶胶-凝胶法制备了钒酸秘基复合光阳极材料,通过与另一种材料(如硫化物)进行复合,提高其光电性能。
首先,制备出纯钒酸秘基光阳极材料作为对照样。
然后,通过掺杂和共混的方式,将两种材料进行复合。
在制备过程中,控制实验条件(如温度、时间等),以保证复合材料的均匀性和稳定性。
最后,将制备的光阳极材料应用于光电化学水分解实验中,观察其性能表现。
四、实验结果与讨论1. 性能表征通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对制备的钒酸秘基复合光阳极材料进行表征。
结果表明,复合材料具有较高的结晶度和均匀的形貌。
此外,通过紫外-可见光谱(UV-Vis)等手段对材料的光吸收性能进行测试,发现复合材料具有优异的光吸收能力。
2. 光电化学性能分析将制备的光阳极材料应用于光电化学水分解实验中,观察其性能表现。
结果表明,钒酸秘基复合光阳极材料具有优异的光电化学性能,其电流密度和光电转化效率均有所提高。
此外,与纯钒酸秘基光阳极材料相比,复合材料的稳定性更高,可长时间保持良好的光电化学性能。
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光电化学传感器的应用研究进展摘要:光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。
光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化,已经成为一种极具应用潜力的分析方法。
本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用,并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。
关键词:光电化学;传感器一、引言20世纪70年代,人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为,并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。
目前,光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向,它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。
光电化学过程即光作用下的电化学过程,在光照射条件下,物质中电子从基态跃迁到激发态,进而产生电荷传递。
与电化学反应相类似,在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。
因此,利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能,通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。
待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系,是传感器定量的基础。
以光电化学原理建立起来的这种分析方法,其检测过程和电致化学发光正好相反,用光信号作为激发源,检测的是电化学信号。
和电化学发光的检测过程类似,都是采用不同形式的激发和检测信号,背景信号较低,因此,光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。
由于采用电化学检测,同光学检测相比,其设备价廉。
二、光电化学的概述1、光电化学的工作机理要了解光电化学的工作原理,首先得研究光催化技术。
光催化反应的本质是指在受光的激发后,催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。
这里以半导体二氧化钛(TiO)为例介绍一下光电化2学的工作原理。
半导体TiO具有由价带和导带所构成的带隙,价带由一系列填满电子的轨道构2成,而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。
当半导体近表面区在受到能量大于其带隙能量的光辐射时,价带中电子会受到激发跃迁到导带。
由于在半导体中存在着带隙,所激发的电子的驰豫过程比金属中的激发电子要慢得多,高能量的光激发可在半导体中产生电子-空穴对,拥有纳秒(ns)大小的足够寿命。
其中电子居于较高的能量状态,并可作为一个还原剂,而价带中的空穴则具有较高的氧化电势,只要这些电荷载流子具有足够长的寿命,即它们能够被吸附的反应物所捕获,分别进行氧化和还原反应,而不会复合,就有可能被用来作为催化反应的催化剂(图1)。
吸附在TiO2表面的O2会捕获电子,形成超氧离子,从而阻止光生电子与空穴的复合[1],生成的超氧离子在溶液中通过一定的反应形成H 2O2,进而转化为羟基自由基。
Fig.1 The charge reaction of TiO2 under the illumination由于光生电子和空穴是相伴而生,且数量相等,两者接触时必然会发生复合,为了解决这一问题,通过采用外加电压迫使光生电子向对电极方向移动,电子就可能与光生空穴发生分离,减少或避免了发生简单复合的机会,从而发展出了一种新型的技术——光电化学。
目前,光电化学主要是以半导体纳米微粒为研究对象(图2)[2],在光照射作用下,半导体微粒会产生电子-空穴对,并且流向粒子表面,与溶液中的氧化剂或还原剂反应,生成相应的产物,使得光生电子和空穴得到有效的分离。
当Fig.2 Photoelectrochemical progress of semiconductor nanoparticles.极化电势大于Eredox 时,则发生氧化反应,产生阳极光电流(Ia);当极化电势小于Eredox 时,则发生还原反应,产生阴极光电流(Ic);当极化电势既不利于氧化反应也不利于还原反应时,电极附近的光生电子或空穴会直接进入到电极里,产生微弱的光电流。
同时,由于半导体微粒的尺寸在纳米范围内,粒子尺寸小于载流子的自由程,因此可以降低光生载流子的复合,提高光能利用效率。
2、光工作电极的制备光电化学反应体系是在传统的光催化反应体系基础上发展而来的,一般有光源系统和三电极体系构成,其中对电极是金属电极,参比电极可以是饱和甘汞电极或氯化银电极,至于工作电极目前应用最多的是TiO2电极。
光电极即工作电极是光电化学体系中最为关键的部件,且需要制备。
半导体TiO2材料的常用制备方法有溶胶凝胶法、水热法、热溶剂法、直接氧化法等。
实验中,我们常用的方法是直接氧化法。
直接氧化法也是制备TiO2纳米材料的一种通用方法,可以采用阳极氧化法或者通过氧化剂氧化钛片制得。
在制备的过程中,通过加入无机盐可以控制TiO2纳米棒的晶相,如:F-和SO42-可以形成锐钛矿型TiO2,Cl-可以形成金红石型TiO2。
目前,阳极氧化法被广泛应用于TiO2纳米管的制备,且随着外加电压的变化,可以得到不同长度的纳米管。
Fig.3 SEM and TEM images of TiO2 nanoparticles (A, B); nanorods (C, D);nanowires (E, F); and nanotubes (G, H).3、光工作电极的修饰一个具有实际应用价值的光电化学体系必须具有光照稳定性,选择性,高效和宽的光谱响应。
而一般的半导体还不能全部满足以上要求,如金属硫化物由于其禁带宽度比较窄,对可见光非常敏感,但不稳定,易被光降解。
而金属氧化物TiO2相当稳定,但是禁带宽度(Eg= 3.2 eV)比较宽,只能在紫外区显示光化学活性。
然而,若对半导体材料TiO2表面进行修饰,如贵金属表面沉积、半导体偶合、表面敏化和金属离子掺杂等方法可以扩展光响应范围至可见区,有效阻止电荷在转移过程的复合,从而改善TiO2光电化学性质。
4、光电化学反应的影响因素(1)外加电压在光电化学反应中,通过恒电位仪施加的电压对光电化学有着重要的作用。
大量的研究结果表明,在没有外加电压仅有光照或无光照仅加电压时,TiO2光电化学体系中所产生的电流非常微弱,说明光电化学反应必须用大于TiO2禁带宽度能量(Eg= 3.2 eV)的光源激发产生电子和空穴,然后利用外加的电压使电子和空穴分离,才能达到光电催化的目的。
一般来说,在光电降解有机物的反应中,存在一个最佳电压值,不同的实验条件下得到的最佳电压值是不同的。
比如,在采用TiO2颗粒膜电极[3],250 W 氙灯或1000 W 卤素灯对4-氯苯酚进行光电催化降解时,选择的外加电压为600 mV(SCE)。
采用TiO2/Pt/玻璃薄膜电极[4],30 W紫外灯对可溶性染料进行光电降解时,采用的最佳电压为800 mV(SCE)。
而Kim等用TiO2薄膜电极和15 W 紫外灯对甲酸进行光电降解时,外加电压达到了2.0 V(SCE)。
(2)pH值的影响在光催化反应中,溶液的pH值对反应动力学的影响较为复杂。
一般认为,改变pH值将改变溶液中TiO2界面电荷性质,因而影响电解质在TiO2表面上的吸附行为。
但在光电化学反应体系中,由于存在外加阳极偏压,溶液初始pH值对有机物降解动力学的影响更为复杂。
有研究表明[5],在不同的pH值条件下,TiO2电极有不同的伏安特性:当光照射时,极限光电流是溶液pH值的函数,pH值为5时极限光电流最大,在pH值为8时要小一些,pH值为3时最小。
然而,不同pH值条件下光电化学反应的速率常数的大小顺序为:pH8 > pH5 > pH3,原因是由不同的机理造成的。
(3)光强的影响由于TiO2的禁带宽度为3.2 eV,所用的激发光波长必须小于387 nm。
目前用的最多的是人工光源,如:中压汞灯、高压汞灯、紫外线杀菌灯等,而太阳光利用率比较低,一般均小于5%。
研究表明[6],低辐射时,反应速率常数k与光辐射度I存在线性关系,高辐射时,k与I的平方根之间存在线性关系。
一般来说,高强度的灯或集中的太阳光源,其光子效率较差。
这是由于光强过大时,存在中间氧化物在催化剂表面的竞争复合;同时,随着光强的增加,电子与空穴增加,电子与空穴的复合也会增加。
(4)氧气的影响氧气对有机物光电降解的影响主要来自两个方面,第一,氧气是有机物降解反应发生的必要条件,在反应过程中有机物和氧气分别被氧化和还原。
第二,氧气直接影响TiO 2半导体电极的开路电位光电压响应[7],如当半导体电极存在于氧气饱和的0.05 mol L -1的NaOH 溶液中时,光电流响应值比在用N 2饱和的溶液中要小12.5%左右,这是因为当没有氧气存在时,光生电子不会被猝灭,而是向对电极运动,形成较大的光电流;但是当有氧气存在时,绝大部分光生电子被猝灭,流向对电极的相对来说比较少,所以电流也要小得多。
可见,氧气会影响光电化学反应中外电路中电流的大小。
(5)电子接受剂在光催化反应中,电子接受剂是氧,但是对于光电化学反应来说在无氧的条件下也可以有效进行,这说明光电化学反应中的电子接受剂不一定是氧,而可能是H +。
如果是H +充当了光电化学反应中的电子接受剂,阴极上应该有氢气产生。
同时,有研究[8]发现溶液pH 值随时间不断升高,这也证明光电化学反应中有氢气产生。
因为在对电极上发生析氢后,溶液中H +减少,pH 值增加。
当光电化学反应在氧气饱和的溶液中进行时,溶液pH 值也会随时间不断升高,但与N 2饱和的溶液相比较,pH 值的增加要小一些,说明氧气和H +都是电子接受剂。
根据上面的分析我们可以知道,在光电化学反应降解有机物过程中,留在阳极上的空穴具有强的氧化能力,与水分子反应生成羟基游离基等氧化能力极强的氧化剂,使有机物氧化。
而在无氧条件下时,具有很强还原能力的光生电子在阴极上同H +反应放出氢气。
因此,光电化学方法不仅能消除有机污染物,同时还能产生大量洁净的氢能源,目前在这方面的研究还不多。
二、光电化学的应用研究光电化学分析是在电化学方法基础上发展起来的一种新型的检测方法,该方法利用光和电两种方式作为信号的产生和检测,由于两者不会相互干扰,背景低,因此与电化学分析方法相比光电化学具有更高的灵敏度。
近年来,随着新型半导体材料以及相关技术的不断涌现,光电化学半导体生物传感器得到了迅猛的发展,已经在微型化、集成化等方面显现出其独特的优越性,在生命科学、药物动力学、环境监测和食品等领域具有广阔的应用前景[9,10]。
下面主要介绍了基于半导体生物传感器的光电分析方法应用研究。
目前,光电化学分析方法已经在DNA杂交(图4)[11,12]、免疫检测[13]、配体受体结合[14]等方面得到了广泛的应用。
Liang等[15]通过光电化学分析方法成功检测了溶液中化学损伤的DNA,并利用光电化学生物传感器研究了Fenton 试剂对DNA的氧化损伤,以及氧化苯乙烯与DNA的加合物[16]。
随后,他们[17]将葡萄糖氧化酶组装到传感器表面,模拟生物体内Fenton反应对DNA的损伤。