近红外光催化异质结
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重和能源危机的加剧，光催化技术作为一种绿色、高效的能源转换和污染物处理技术，受到了广泛关注。
Bi2MoO6作为一种具有良好光催化性能的材料，其基异质结光催化剂在光催化领域具有广阔的应用前景。
本文旨在研究Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成方法及其催化增效机制，以期为光催化技术的发展提供新的思路和方法。
二、文献综述Bi2MoO6具有优良的光催化性能，其异质结的构建能有效提高光催化剂的催化效率。
近年来，关于Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成方法、性能及催化机制的研究取得了显著进展。
然而，目前仍存在合成方法复杂、催化剂性能不稳定等问题，需要进一步研究和优化。
三、实验方法（一）材料与试剂实验所需材料包括Bi(NO3)3·5H2O、NaMoO4·2H2O等化学试剂，均购自国内知名化学试剂供应商。
（二）Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成采用溶剂热法、水热法等可控合成方法，制备出Bi2MoO6基异质结光催化剂。
通过调整反应条件，如反应温度、反应时间、原料配比等，实现对催化剂形貌和结构的调控。
（三）表征方法利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段，对合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌和微观结构。
（四）催化性能测试通过光催化降解有机污染物等实验，测试Bi2MoO6基异质结光催化剂的催化性能。
采用紫外-可见光谱、电化学工作站等手段，分析催化剂的光响应范围、光电化学性质等。
四、结果与讨论（一）催化剂的表征结果通过XRD、SEM、TEM等表征手段，发现合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较高的结晶度和良好的形貌。
催化剂的微观结构表明，异质结的成功构建有助于提高催化剂的光吸收性能和电子传输性能。
（二）催化剂的催化性能光催化降解有机污染物的实验结果表明，Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较高的催化性能。
光催化产氢 c3n4 异质结
光催化产氢是指利用光能将水分解为氢和氧的一种技术。
这种技术可以利用可再生能源来产生氢燃料，从而实现清洁能源的生产和利用。
在光催化产氢过程中，催化剂的选择和设计至关重要。
C3N4异质结作为一种重要的光催化剂，在光催化产氢中具有很大的潜力。
1. C3N4的特性C3N4是一种具有开放排列的异质结构，其分子结构中含有大量的氮原子，具有良好的光吸收性能。
这种材料具有高表面积、良好的光催化活性和稳定性等优良特性，可以作为一种理想的光催化剂。
C3N4还具有低成本、易获取等优点，因此在光催化产氢领域备受关注。
2. C3N4异质结的设计与制备在C3N4的基础上构建异质结，可以有效改善其光催化性能。
一种常见的策略是引入其他金属催化剂或半导体材料与C3N4形成异质结，以增强其光吸收能力和光生载流子的分离效率。
将贵金属纳米颗粒加载到C3N4表面，可以提高其光催化活性。
另一种策略是在C3N4表面修饰半导体材料，如二氧化钛或二硫化钨等，形成异质结以提高其光生电子和空穴的分离效率。
这些设计和制备方法都可以有效改善C3N4的光催化性能，增强其在光催化产氢中的应用潜力。
3. C3N4异质结在光催化产氢中的应用C3N4异质结在光催化产氢中具有广泛的应用前景。
研究表明，C3N4异质结能够有效吸收可见光，并促进光生电子和空穴的分离，从而加速水的光解反应。
与单一的C3N4相比，C3N4异质结不仅具有更高的光催化活性，而且还能够实现光谱范围的拓宽，使得其在不同光照条件下都具有优异的性能。
C3N4异质结在太阳能光解水制氢、光催化CO2还原等领域具有重要的应用价值。
4. C3N4异质结的挑战与展望尽管C3N4异质结在光催化产氢中表现出良好的性能，但也面临一些挑战。
其光催化机理尚未完全明确，需要进一步深入的研究。
C3N4异质结的制备方法和工艺还需要进一步优化，以提高其稳定性和可控性。
C3N4异质结的应用范围还有待扩大，需要更多的实验和理论研究来探索其在不同光催化领域的潜力。
综述 异质结 电催化
异质结电催化综述引言异质结电催化是一种将异质结构应用于电催化反应的新兴领域。
通过构建异质结，可以有效调控催化活性、选择性和稳定性，从而提高电催化反应的效率和经济性。
本文将对异质结电催化的基本概念、研究进展以及应用前景进行综述。
1. 异质结的基本概念异质结是指由两种或多种不同材料组成的界面。
这些材料在晶体结构、成分和物理化学性质上存在差异，形成了界面处的能带调控效应。
在电催化中，通过构建合适的异质结，可以实现活性位点增多、表面缺陷调控以及电子传输优化等效果。
2. 异质结电催化机制2.1 表面能带调控效应异质结界面处存在能带弯曲、能级修正等现象，这些调控作用可以影响反应中间体的吸附和解离过程，从而提高反应速率和选择性。
2.2 电子传输优化不同材料之间的能带差异会导致电子在异质结界面发生跃迁，从而优化电子传输路径。
这种优化作用可以提高反应速率和催化活性。
2.3 活性位点增多异质结界面上存在丰富的缺陷位点和活性位点，这些位点具有较高的反应活性。
通过构建异质结，可以增加活性位点的数量，从而提高催化效率。
3. 异质结电催化材料3.1 金属-半导体异质结金属-半导体异质结是最常见的一类异质结。
金属可以提供电子传输路径，而半导体则具有较好的光学和电学性能。
这种异质结被广泛应用于光催化、电解水制氢等领域。
3.2 金属-金属氧化物异质结金属-金属氧化物异质结具有较好的催化活性和稳定性。
通过合理选择金属和氧化物材料，可以实现对不同反应的高效催化。
3.3 二维材料异质结二维材料如石墨烯、过渡金属硫族化合物等具有优异的电学和光学性能。
构建二维材料异质结可以实现对电催化反应的高效调控。
4. 异质结电催化应用4.1 氧还原反应（ORR）氧还原反应是燃料电池等重要能源装置中的关键步骤。
通过构建合适的异质结，可以提高氧还原反应的活性和稳定性，从而提高能源装置的效率。
4.2 氢析出反应（HER）氢析出反应是制备清洁燃料氢气的重要过程。
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。
高性能PtS2
第42卷 第1期吉林大学学报(信息科学版)Vol.42 No.12024年1月Journal of Jilin University (Information Science Edition)Jan.2024文章编号:1671⁃5896(2024)01⁃0074⁃07高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器收稿日期:2023⁃01⁃12基金项目:上海市自然科学基金资助项目(15ZR1627300)作者简介:潘生生(1995 ),男,合肥人,上海理工大学硕士研究生,主要从事二维光电材料研究,(Tel)86⁃187****3664(E⁃mail)2351948787@;通讯作者:袁涛(1983 ),女,上海人,上海理工大学教授,博士,主要从事新能源材料研究,(Tel)86⁃181****3228(E⁃mail)4673250167@㊂潘生生1,袁 涛1,周孝好2,王 振2(1.上海理工大学理学院,上海200093;2.中国科学院上海技术物理研究所,上海200092)摘要:由于光电探测器的工作性能直接关系到系统数据采集质量,为此,对高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器进行了研究㊂通过选取材料㊁试剂和设备制作了PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器㊂搭建探测器性能测试环境,并利用光响应度㊁探测率㊁响应时间和光电导增益4个指标,分析探测器性能㊂结果表明,随着测试时间的推移,PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的光响应度数值始终处于5A /W 限值以上;无论对采集何种材质反射的红外光,探测器探测率均大于10cm㊃Hz1/2W -1;无论光生电流是处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs 以下;光电导增益值保持在80%以上㊂关键词:PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器;光响应度;探测率;光电导增益中图分类号:TP365.66文献标志码:AHigh Performance PtS 2/MoTe 2Heterojunction Infrared PhotodetectorPAN Shengsheng 1,YUAN Tao 1,ZHOU Xiaohao 2,WANG Zhen 2(1.College of Science,Shanghai University of Technology,Shanghai 200093,China;2.Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200092,China)Abstract :As one of the important components of the detection system,the performance of photoelectric detector is directly related to the quality of system data acquisition.In order not to affect the final detection result,it is essential to ensure the detector performance.The performance of high performance PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector is studied.First,the materials,reagents and equipment are prepared to make PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetectors.The detector performance test environment,the four indicators of light response,detection rate,response time and photoconductivity gain are set up,and the detector performance is analyzed.The results show that the optical responsivity of PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector is always above the 5A /W limit with the passage of test time.The detection rate of the detector is greater than 10cm㊃Hz1/2W -1regardless of the infrared light reflected from any material.Whether the photocurrent is in the rising time or the falling time,its response time is always below the limit of 150μs;The photoconductivity gain value has been kept above 80%.Key words :PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector;optical responsivity;detection rate;photoconductivity gain0 引 言目标检测是一个确定目标缺陷㊁故障㊁属性㊁类型的过程,其是很多领域的研究重点课题㊂在目标检测过程中,基础数据采集是首要环节,其质量直接关系到目标检测结果的准确性[1]㊂针对目标的不同,基础数据的采集手段也各不相同,如振动传感㊁雷达㊁光电探测系统等㊂其中,光电探测系统根据发射光的颜色不同,又分为紫外光㊁可见光及红外光等[2]㊂而其中红外光由于探测范围较为广泛,使其成为光电探测系统中的重要组成部分㊂其工作原理是反射光照射到半导体材料上后,会吸收光能量,则会触发光电导效应,从而将红外光转换为电信号[3]㊂红外光电探测器是整个探测系统的 核心”,因此其性能会直接影响数据采集质量,进而影响整个探测工作质量㊂基于上述分析,人们对红外光电探测器性能进行了大量分析研究㊂周国方等[4]以石墨烯材料为基础并利用碱刻蚀法合成金字塔状硅,形成异质结,制备近红外光探测器,并针对其响应速度㊁比探测率㊁光电流等性能进行了检测㊂秦铭聪等[5]首先选取探测器制备所需要的材料并制备了各个组成元件,然后将这些元件组合,构成了高性能近红外有机光探测器件,最后针对响应度和比探测率㊁线性动态范围LDR(Low Dynamic Range)㊁光开关特性和响应时间等性能进行了分析㊂皇甫路遥等[6]以二硫化钼和二硒化钨为基础,利用蒸镀机热蒸镀法制备成异质结光电探测器,然后针对该设备进行了拉曼荧光㊁输出㊁光电特性的分析㊂在上述研究基础上,笔者制备高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器并对其性能进行研究,以期为红外光电探测器设计和应用提供参考㊂1 高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器设计1.1 材料制备二硫化铂(PtS 2)是一种过渡金属硫族层间化合物,其光响应特性优秀,因此广泛用于光电探测器的设计中;二碲化钼(MoTe 2)是一种N 型半导体材料,具有良好的光吸收性㊁半导体特性以及同质结效率,可保证电子在其中迅速运动[7]㊂这两种材料是形成探测器光电导效应的主要原料㊂其基础性质如表1所示㊂表1 PtS 2和MoTe 2的性质 2和MoTe 2两种主要材料外,还需要衬底材料,以承载PtS 2和MoTe 2氧化硅,来自浙江精功科技股份有限公司,该硅片基础参数如下:氧化层厚度:50~200μm;晶向:〈100〉;掺杂类型:P;电阻率:1~3Ω㊃cm㊂1.2 试剂制备PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器制备所需试剂如表2所示㊂表2 探测器制备所需试剂57第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器1.3 设备选取PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器制备所需设备如表3所示㊂表3 探测器制备所需设备Tab.3 Equipment required for detector preparation设备名称型号生产厂家旋涂仪SPIN200i⁃NPP 北京汉达森机械技术有限公司电子束蒸发系统FC /BCD⁃2800上海耀他科技有限公司扫描电子显微镜WF10X /23上海锦玟仪器设备有限公司鼓风干燥箱xud 东莞市新远大机械设备有限公司超声清洗机SB⁃50江门市先泰机械制造有限公司无掩模光刻机Micro⁃Writer ML3英国DMO 公司氮气枪沈阳广泰气体有限公司双温区管式炉MY⁃G3洛阳美优实验设备有限公司紫外曝光系统UVSF81T007356复坦希(上海)电子科技有限公司三维转移平台SmartCART北京昊诺斯科技有限公司1.4 红外光电探测器制作工艺基于表1~表3给出的制备材料㊁试剂和设备,制备出高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器用于性能测试[9]㊂具体过程如下㊂步骤1) 制作衬底㊂①氧化硅片切割成直径为1cm 的圆形硅片;②将圆形硅片放入准备好的烧杯容器中;③在其中加入丙酮溶液,浸泡10min;④取出硅片后,放入乙醇溶液中,再次浸泡10min;⑤将硅片放入去离子水中并同时利用超声清洗机清洗5min,用氮气枪吹干表面的水分,完全去除附着在硅片表面的有机物和杂质;⑥利用氢氟酸溶液去除氧化层;⑦通过外延生长技术得到p 型硅;⑧进行紫外臭氧处理20min,得到衬底[10]㊂步骤2) 利用热辅助硒化法制备PtS 2和MoTe 2薄膜㊂步骤3) 将PtS 2薄膜贴到衬底上,得到薄层PtS 2样品㊂步骤4) 在薄层PtS 2样品上均匀旋涂上聚甲基丙烯酸甲酯㊂步骤5) 在显微镜和三维转移平台下将MoTe 2薄膜进行精确定位,然后对准并贴合在一起㊂步骤6) 利用鼓风干燥箱干燥处理㊂步骤7) 浸泡氢氟酸溶液㊁捞取㊁烘烤㊁去胶和退火,完成PtS 2/MoTe 2异质结制备[11]㊂图1 PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器示意图Fig.1 Schematic diagram of PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector步骤8) 在PtS 2/MoTe 2异质结上光刻出图形,形成微结构㊂步骤9) 利用紫外曝光和湿法刻蚀工艺制备出晶体管栅极㊂步骤10) 利用电子束曝光结合电子束蒸发系统制备出源漏电极㊂步骤11) 完成高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的制作如图1所示㊂67吉林大学学报(信息科学版)第42卷2 光电探测器性能测试对制备好的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器进行性能测试㊂其测试工作分为两部分,一是设定测试环境,二是确定测试指标[12]㊂2.1 设定测试环境图2 红外光电探测器测试环境Fig.2 Test environment of infrared photodetector 红外光电探测器是光电探测系统中的重要组成部分,光电探测系统主要用于目标检测,因此为测试所制备的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器性能,需要搭配其他系统构成测试环境,如图2所示[13]㊂应用所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器采集反射信号,测试持续10min㊂记录期间内探测器的相关工作参数,以便性能指标的计算[14]㊂2.2 性能测试指标针对所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器,选用以下4个指标进行性能评定,即光响应度㊁探测率㊁响应时间和光电导增益[15]㊂1)光响应度㊂描述探测器光电转换能力的指标,该指标越大,说明探测器的光电转换能力越好㊂计算如下:A =a 1/B ,(1)其中A 表示光响应度,a 1表示光照射下产生的光生电流,B 表示入射光功率㊂光响应度大于5A /W 为高性能标准㊂2)探测率㊂反射的光信号中部分信号是十分微弱的,并不容易被采集到,因此要求探测器具有良好的针对微弱信号的探测能力,探测率就是描述该能力的最直观指标,该指标越大,说明探测器的针对微弱信号的探测能力越好[16]㊂计算如下:C =a 2L /D ,(2)其中D =G 1/A ,(3)其中C 表示探测率,大于10cm㊃Hz1/2W -1为高性能标准,a 2表示器件有效面积,L 表示带宽,D 表示噪声等效功率,G 1表示1Hz 带宽的噪声电流㊂红外光电探测器常用于不同材质目标的检测,因此保证其适用性是非常重要的㊂为此,在文中设置3种材质或属性的探测目标,即混凝土材质㊁金属材质以及人体㊂针对这3种材质或属性的探测目标,测试其探测率变化情况㊂3)响应时间㊂其反映了光电探测器对入射光信号响应的快慢,包括上升和下降时间㊂上升时间是指光生电流从10%上升到90%的这段时间,而下降时间则相反㊂实际应用中对光照快速响应的需求为小于等于150μs,且时间越短,表示器件响应越快㊂计算如下:E =~A[1+(2πeg )2]1/2T ,(4)其中E 表示响应时间,~A表示静态光照下的光响应度,e 表示电子电荷的数值,T 表示时间长度㊂4)光电导增益㊂其指标描述了光作用下外电路电流的增强能力㊂计算如下:H =(a 1/N )MP×100%,(5)其中H 表示光电导增益,该值越大,说明探测器工作越稳定,以80%为标准,大于该值认为探测器达到高性能标准;N 表示光电子的电荷量,P 表示探测器的电子转移效率,M 表示光电子数目㊂77第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器3 性能测试结果与分析3.1 光响应度图3为光响应度测试结果㊂从图3可看出,随着测试时间的推移,光响应度波动较小,基本保持稳定㊂并且光响应度数值始终处于5A /W 限值以上,说明所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器达到了高性能标准㊂3.2 探测率图4为探测率测试结果㊂从图4可看出,无论是采集何种材质反射的红外光,所设计的探测器探测率均大于10cm㊃Hz1/2W -1,说明该探测器针对微弱信号具有较强的检测能力,达到高性能标准㊂ 图3 光响应度测试结果 图4 探测率测试结果 Fig.3 Optical responsivity test results Fig.4 Detection rate test results3.3 响应时间图5为响应时间测试结果㊂从图5可看出,无论光生电流处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs 以下,说明所设计的探测器能快速检测入射光信号,完成信号采集工作㊂图5 响应时间测试结果Fig.5 Response time test results图6 光电导增益测试结果Fig.6 Photo conductivity gain test results3.4 光电导增益图6为光电导增益测试结果㊂从图6可看出,随着时间的推移,光电导增益值并没有随之下降,虽然有所波动,但也一直保持在80%以上,证明了所设计探测器的性能㊂4 结 语红外探测器是光电探测系统中的最重要组成部分,起到数据收集的重要作用,而收集的数据质量越高,探测结果越准确㊂因此,保证探测器的工作性能87吉林大学学报(信息科学版)第42卷对于数据收集工作具有重要作用㊂为此,进行了高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器性能研究㊂并以PtS 2/MoTe 2为基础设计一款探测器,同时测定了探测器的4个指标,分析了其探测性能㊂实验结果表明,tS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的光响应度㊁探测率㊁光电导增益均较高,响应时间在限值150μs以下㊂通过本研究以期为PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的研究和应用提供参考㊂参考文献:[1]林亚楠,吴亚东,程海洋,等.PdSe 2纳米线薄膜/Si 异质结近红外集成光电探测器[J].光学学报,2021,41(21):184⁃192.LIN Y N,WU Y D,CHENG H Y,et al.Near⁃Infrared Integrated Photodetector Based on PdSe 2Nanowires Film /Si Heterojunction [J].Acta Optica Sinica,2021,41(21):184⁃192.[2]支鹏伟,容萍,任帅,等.g⁃C 3N 4/CdS 异质结紫外⁃可见光电探测器的制备及其性能研究[J].光子学报,2021,50(9):252⁃259.ZHI P W,RONG P,REN S,et al.Preparation and Performance Study of g⁃C 3N 4/CdS Heterojunction Ultraviolet⁃Visible Photodetector [J].Acta Photonica Sinica,2021,50(9):252⁃259.[3]翁思远,蒋大勇,赵曼.P3HT ∶PC(61)BM 作为活性层制备无机/有机异质结光电探测器的研究[J].光学学报,2022,42(13):17⁃24.WENG S Y,JIANG D Y,ZHAO M.P3HT ∶PC(61)BM as Active Layer for Preparation of Inorganic /Organic Heterojunction Photodetector [J].Acta Optica Sinica,2022,42(13):17⁃24.[4]周国方,蓝镇立,余浪,等.高性能石墨烯/金字塔硅异质结近红外光探测器[J].激光与红外,2022,52(4):552⁃558.ZHOU G F,LAN Z L,YU L,et al.High⁃Performance Graphene /Pyramid Silicon Heterojunction near Infrared Photoelectric Detector [J].Laser &Infrared,2022,52(4):552⁃558.[5]秦铭聪,李清源,张帆,等.基于窄带系DPP 类聚合物的高性能近红外有机光探测器件[J].高分子学报,2022,53(4):405⁃413.QIN M C,LI Q Y,ZHANG F,et al.High Performance Near⁃Infrared Organic Photodetectors Based on Narrow⁃Bandgap Diketopyrrolopyrrole⁃Based Polymer [J].Acta Polymerica Sinica,2022,53(4):405⁃413.[6]皇甫路遥,戴梦德,南海燕,等.二维MoS 2/WSe 2异质结的光电性能研究[J].人工晶体学报,2021,50(11):2075⁃2080.HUANGFU L Y,DAI M D,NAN H Y,et al.Optoelectronic Properties of Two⁃Dimensional MoS 2/WSe 2Heterojunction [J].Journal of Synthetic Crystals,2021,50(11):2075⁃2080.[7]陶泽军,霍婷婷,尹欢,等.基于碳管/石墨烯/GaAs 双异质结自驱动的近红外光电探测器[J].半导体光电,2020,41(2):164⁃168,172.TAO Z J,HUO T T,YIN H,et al.Self⁃Powered Near⁃Infrared Photodetector Based on Single⁃Walled Carbon Nanotube /Graphene /GaAs Double Heterojunctions [J].Semiconductor Optoelectronics,2020,41(2):164⁃168,172.[8]高诗佳,王鑫,张育林,等.光敏层厚度与退火温度调控对聚3⁃己基噻吩光电探测器性能的影响[J].高分子学报,2020,51(4):338⁃345.GAO S J,WANG X,ZHANG Y L,et al.Effects of Annealing Temperature and Active Layer Thickness on the Photovoltaic Performance of Poly (3⁃Hexylthiophene)Photodetector [J].Acta Polymerica Sinica,2020,51(4):338⁃345.[9]郭越,孙一鸣,宋伟东.多孔GaN /CuZnS 异质结窄带近紫外光电探测器[J].物理学报,2022,71(21):382⁃390.GUO Y,SUN Y M,SONG W D.Narrowband Near⁃Ultraviolet Photodetector Fabricated from Porous GaN /CuZnSHeterojunction [J].Acta Physica Sinica,2022,71(21):382⁃390.[10]王月晖,张清怡,申佳颖,等.ε⁃Ga 2O 3/SiC 异质结自驱动型日盲光电探测器[J].北京邮电大学学报,2022,45(3):44⁃49.WANG Y H,ZHANG Q Y,SHEN J Y,et al.Self⁃Driven Solar⁃Blind Photodetector Based on ε⁃Ga 2O 3/SiC Heterojunction [J].Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications,2022,45(3):44⁃49.[11]何峰,徐波,蓝镇立,等.基于石墨烯/硅微米孔阵列异质结的高性能近红外光探测器[J].红外技术,2022,44(11):1236⁃1242.HE F,XU B,LAN Z L,et al.High⁃Performance Near⁃Infrared Photodetector Based on a Graphene /Silicon Microholes Array97第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器08吉林大学学报(信息科学版)第42卷Heterojunction[J].Infrared Technology,2022,44(11):1236⁃1242.[12]张翔宇,陈雨田,曾值,等.自供能Bi2O2Se/TiO2异质结紫外探测器的制备与光电探测性能[J].激光与光电子学进展,2022,59(11):177⁃182.ZHANG X Y,CHEN Y T,ZENG Z,et al.Preparation and Photodetection Performance of Self⁃Powered Bi2O2Se/TiO2 Heterojunction Ultraviolet Detectors[J].Laser&Optoelectronics Progress,2022,59(11):177⁃182.[13]朱建华,容萍,任帅,等.ZnO纳米棒/Bi2S3量子点异质结的制备及光电探测性能研究[J].光学精密工程,2022,30 (16):1915⁃1923.ZHU J H,RONG P,REN S,et al.Preparation and Photodetection Performance of ZnO Nanorods/Bi2S3Quantum Dots Heterojunction[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(16):1915⁃1923.[14]何登洋,李丹阳,韩旭,等.垂直型g⁃C3N4/p++⁃Si异质结器件的光电性能[J].半导体技术,2021,46(3):203⁃209. HE D Y,LI D Y,HAN X,et al.Photoelectric Property of Vertical g⁃C3N4/p++⁃Si Heterojunction Device[J].Semiconductor Technology,2021,46(3):203⁃209.[15]陈荣鹏,冯仕亮,郑天旭,等.Ag纳米线增强硒微米管/聚噻吩自驱动光电探测器性能[J].发光学报,2022,43(8): 1273⁃1280.CHEN R P,FENG S L,ZHENG T X,et al.Ag Nanowires Enhance Performance of Self⁃Powered Photodetector Based on Selenium Microtube/Polythiophene[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(8):1273⁃1280.[16]梁雪静,赵付来,王宇,等.硫硒化亚锗光电探测器的制备及光电性能[J].高等学校化学学报,2021,42(8): 2661⁃2667.LIANG X J,ZHAO F L,WANG Y,et al.Preparation and Photoelectric Properties of Germanium Sulphoselenide Photodetector [J].Chemical Journal of Chinese Universities,2021,42(8):2661⁃2667.(责任编辑:刘东亮)。
光催化降解水体有机污染物的研究进展
光催化降解水体有机污染物的研究进展一、本文概述随着工业化的快速发展和人口的不断增长，水体污染问题日益严重，其中有机污染物是主要的污染源之一。
有机污染物不仅会对生态环境造成破坏，还会对人类健康产生严重威胁。
因此，寻找一种高效、环保的治理方法显得尤为重要。
光催化技术作为一种新兴的水体净化技术，以其独特的优势在有机污染物降解领域受到了广泛关注。
本文旨在综述光催化降解水体有机污染物的最新研究进展，分析各种光催化剂的性能和应用，探讨光催化技术的机理和影响因素，以期为未来光催化技术在环境治理领域的应用提供理论支持和实践指导。
本文将对光催化技术的基本原理进行简要介绍，包括光催化剂的种类、光催化反应过程以及影响光催化效率的因素等。
然后，重点综述近年来光催化降解水体有机污染物的研究进展，包括新型光催化剂的开发、光催化反应条件的优化、光催化与其他技术的联合应用等方面。
还将对光催化技术在实际应用中所面临的挑战和问题进行探讨，如光催化剂的稳定性、光催化反应的动力学问题等。
本文将对光催化技术的未来发展方向进行展望，以期为该领域的研究人员提供有益的参考和启示。
二、光催化降解技术基础光催化降解技术是一种利用光催化剂在光照条件下，产生具有强氧化性的活性物种（如羟基自由基等），从而实现对有机污染物的降解和矿化的高级氧化技术。
这一技术自上世纪70年代被发现以来，因其高效、环保的特性，已成为水体有机污染物治理的热门研究领域。
光催化降解技术的核心在于光催化剂的选择和设计。
常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等半导体材料。
这些材料在光照下能够吸收光能，产生电子-空穴对，进而生成活性物种。
其中，TiO2因其化学稳定性好、光催化活性高、无毒无害等优点，成为最常用的光催化剂之一。
光催化降解技术的另一个重要方面是光照条件的选择。
紫外线（UV）光具有较高的能量，能够激发光催化剂产生更多的活性物种，因此常被用于光催化降解实验。
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。
ZnO_基Z_型异质结结构光催化性能研究进展
表面技术第52卷第11期ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展吴敏科，任璐*，任瑞祥，李家豪，赵超凡，余洋（苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215011）摘要：氧化锌（ZnO）作为一种常见的光催化剂，存在光能利用率低、效率低、易失活等缺陷，限制了其广泛应用。
通过与带隙结构匹配的半导体材料构筑异质结结构，是解决上述问题的有效途径。
其中，Z型异质结结构是一种新型异质结，由于其电子转移过程构成了英文字母Z的形状，因而称之为Z型异质结。
在光生载流子迁移上，Z型异质结具有独特的结构特点。
不仅能够增加光生电子与空穴的分离效率，还能保持较高的氧化还原能力。
系统地从Z型异质结、二元Z型异质结结构、三元Z型异质结结构3个方面综述了近期ZnO基Z型异质结结构在光催化方面的研究进展。
对ZnO与半导体氧化物、半导体硫化物及其他半导体材料构成二元Z型异质结的机理及其催化性能的提高进行了概括总结。
梳理了三元异质结的光催化机理及三元Z型异质结在光催化性能上的优势。
最后对Z型异质结的研究进行总结，为纳米ZnO光催化氧化技术的应用发展提供参考。
关键词：氧化锌；Z型异质结；光催化；半导体；有机污染物中图分类号：O649.2 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0200-16DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.015Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-schemeHeterojunction Structures Based on ZnOWU Min-ke, REN Lu*, REN Rui-xiang, LI Jia-hao, ZHAO Chao-fan, YU Yang(School of Civil Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Jiangsu Suzhou, 215011, China)ABSTRACT: As a common photocatalyst, Zinc oxide (ZnO) has some defects, such as poor utilization of light energy, low efficiency and easy deactivation, which limit its wide applications. It is one of the hotspots to solve the above problems to construct ZnO-based heterojunction structures by selecting semiconductor materials that can match the ZnO-band gap structure.Recently, forming Z-scheme heterojunction of ZnO is a new approach to improve its photocatalytic performance because its electron transfer process forms the shape of the English letter "Z". This paper systematically introduced the research progress of nano ZnO photocatalytic efficiency improvement from three aspects: Z-scheme heterojunction structure, binary Z-scheme heterojunction structure, and ternary Z-scheme heterojunction structure. Firstly, heterojunction structures and Z-scheme heterojunction structure were explained in details. Heterojunction structures referred to the contact interfaces between two semiconductor materials with different band structures. Among them, Type-Ⅱtype heterojunction structures were arranged in a收稿日期：2022-08-15；修订日期：2023-03-01Received：2022-08-15；Revised：2023-03-01基金项目：国家自然科学基金（51902219）；江苏省自然科学基金（BK20190949）；苏州科技大学大学生创新训练项目（202110332040Y）Fund：National Natural Science Foundation of China (51902219); Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20190949); Innovative Training Program for College Students of Suzhou University of Science and Technology (202110332040Y)引文格式：吴敏科, 任璐, 任瑞祥, 等. ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 200-215.WU Min-ke, REN Lu, REN Rui-xiang, et al. Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-scheme Heterojunction Structures Based on ZnO[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 200-215.*通信作者（Corresponding author）第52卷第11期吴敏科，等：ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展·201·staggered manner of the two bands, which was the most studied traditional heterojunction structure. Different from Type-Ⅱtraditional heterojunction, the specific carrier migration process of Z-scheme heterojunction structure was as follows: the electrons in the conduction band of the semiconductor Ⅱrecombined with the holes in the valence band of the semiconductor Ⅰ. Meanwhile, the residual electrons mainly existed in the conduction band of semiconductorⅠ, and the holes mainly existed in the valence band of semiconductor Ⅱ. Thus, Z-scheme heterojunction structure had a higher separation efficiency of photogenerated carriers and maintained a high redox capacity. Secondly, ZnO-based binary Z-scheme heterojunction structures were discussed and the mechanisms of the improved of catalytic performance were summarized. Those binary Z-scheme heterojunctions were formed by ZnO with semiconductor oxides (e.g. WO3/ZnO, TiO2/ZnO, CeO2/ZnO, Cu2O/ZnO), semiconductor sulfides (e.g.ZnS/ZnO, CdS/ZnO), and other semiconductor materials (e.g.g-C3N4/ZnO, Ag3PO4/ZnO). The photogenerated electrons retained in the conduction band of ZnO or matched semiconductor maintain high reduction capacity, and the photogenerated holes retained in the valence band of matched semiconductor or ZnO maintain high oxidation capacity.Eventually, the composite catalyst showed better photocatalytic activity. The binary Z-scheme heterojunction constructed with the visible-light semiconductor catalyst could also promote the light response range of ZnO-based photocatalyst from ultraviolet light to visible light, which improved the utilization of light energy, and solved the limitation of ZnO excited only by ultraviolet light. Thirdly, the photocatalytic mechanism of ternary heterojunction and the advantages of ternary Z-scheme heterojunction in photocatalytic performance were reviewed.The ZnO-based ternary Z-scheme heterojunction structure was more complex than the binary heterojunction in terms of composition and charge migration. The most common type of ternary Z-scheme heterojunction was the inclusion of noble metal as an intermediate electron medium between two semiconductor materials (e.g. ZnO-Ag-BiVO4, ZnO-Au-ZnAl2O4).The ternary Z-scheme heterojunction structure of noble metal-ZnO system also could be built through the ZnO-based binary Z-scheme heterojunctions further modified by noble metals (e.g.Au-g-C3N4-ZnO). Other constructions of ternary Z-type heterojunctions were composed of three kinds of semiconductor materials, resulting in a double Z-scheme charge transport (e.g.ZnO/ZnWO4/g-C3N4, Bi2MoO6/ZnSnO3/ZnO). Finally, the research prospect of Z-scheme heterojunctions was summarized.Compared with pure ZnO photocatalyst, ZnO-based Z-scheme heterojunction structure had more potential in the catalysts design, and had more advantages in degradation of organic pollutants, hydrogen production and other photocatalysis. That provides a reference for the design, preparation and performance improvement of other semiconductor materials.KEY WORDS: ZnO; Z-scheme heterojunction; photocatalysis; semiconductor; organic pollutants半导体氧化物具有优异的光催化性能，在环境治理、能源和资源等方面具有很大的应用潜力。
光催化异质结
光催化异质结光催化异质结是一种利用光催化效应来进行光催化反应的重要技术。
光催化异质结由两种或多种不同材料的异质结构组成，其中一种材料具有光催化活性，能够吸收光能并将其转化为化学能，从而促进反应的进行。
光催化异质结在环境净化、能源转化、有机合成等领域具有广泛的应用前景。
光催化异质结的关键在于其异质结构的设计和构建。
通过选择合适的材料和制备方法，可以实现光催化活性材料的高效光吸收和光电转化。
典型的光催化异质结包括半导体/半导体异质结、半导体/金属异质结和半导体/有机物异质结等。
其中，半导体是最常用的光催化活性材料，其能带结构和能带边缘位置决定了其光催化性能。
金属和有机物作为半导体的补充材料，可以调节光催化异质结的能带结构，提高光催化活性。
光催化异质结在环境净化方面具有重要应用。
光催化异质结可以利用光能将有害气体转化为无害物质，如将有机废气中的有机物氧化为CO2和H2O。
此外，光催化异质结还可以降解有机污染物、去除重金属离子和杀灭细菌等。
这些应用对于改善环境质量、保护生态环境具有重要意义。
光催化异质结在能源转化方面也有广泛应用。
光催化异质结可以利用光能将太阳能转化为化学能，实现光电催化水分解产氢、光电催化CO2还原产燃料等。
这些技术有望解决能源短缺和环境污染问题，实现可持续能源的利用。
除了环境净化和能源转化，光催化异质结在有机合成领域也有重要应用。
光催化异质结可以作为催化剂用于有机合成反应中，如光催化有机合成、光催化裂解等。
光催化异质结可以提供高效的光催化活性位点，促进反应的进行，实现有机合成的高效、选择性和环境友好。
光催化异质结作为一种新型的光催化材料，具有许多优点。
首先，光催化异质结具有高效的光催化活性，能够利用光能进行催化反应，提高反应速率和选择性。
其次，光催化异质结具有良好的稳定性和可重复使用性，可以循环使用，减少材料的消耗和环境污染。
此外，光催化异质结的制备方法简单，成本低廉，适用于大规模生产。
Co-BiVO4异质结光催化剂的制备及其性能
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第11期·4080·化 工 进展Co-BiVO 4异质结光催化剂的制备及其性能黄文迪1，孙静2，申婷婷2，王西奎1（1齐鲁工业大学化学与制药工程学院，山东 济南 250353；2齐鲁工业大学环境科学与工程学院，山东 济南250353）摘要：采用一步水热法合成具有高效光催化活性的Co-BiVO 4纳米复合材料。
该材料通过Co 氧化物包覆在钒酸铋表面构成p-n 型异质结结构。
通过X 射线衍射仪（XRD ）、扫描电子显微镜（SEM ）、高倍透射电镜（HRTEM ）、X 射线光电子能谱（XPS ）、紫外可见漫反射（UV-vis DRS ）等对所制备的纳米光催化剂进行形貌、结构、组成及光电性能表征分析。
发现Co 是以氧化物的形式负载在BiVO 4的表面，并且复合材料的可见光吸收带发生了红移。
利用亚甲基蓝（MB ）作为目标污染物，以可见光作为光源考察不同材料的光催化性能。
结果表明，Co-BiVO 4复合光催化剂的催化活性明显高于纯BiVO 4。
当Bi 和Co 的复合比为2∶1时，Co-BiVO 4的光催化活性最高，与纯BiVO 4相比光催化反应速率提高了4倍。
本研究完善了铋系异质结和过渡金属提高光催化活性的相关机理。
关键词：催化剂；钴-钒酸铋；异质结；水热；降解中图分类号：O643.36 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）11–4080–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0407Preparation and properties of Co-doped BiVO 4 heterojunction photocatalysts fabricated by hydrothermal methodHUANG Wendi 1，SUN Jing 2，SHEN Tingting 2，WANG Xikui 1（1College of Chemical and Pharmaceutical Engineering ，Qilu University of Technology ，Jinan 250353，Shandong, China ；2College of Environmental Science and Engineering ，Qilu University of Technology ，Jinan 250353，Shandong,China ）Abstract: A unique Co-BiVO 4 photocatalyst with heterostructure was synthesized via a simple one-stephydrothermal method. The material forms a p-n-type heterojunction structure by coating cobalt oxide on the surface of BiVO 4. The morphology, structure, composition and optical property of the as-prepared nanocomposites were characterized by XRD, SEM, HRTEM, XPS, and UV-vis DRS. Characterization analysis showed that cobalt loaded on the surface of BiVO 4 as oxide and the catalyst showed a significant red-shift in the absorption band in the visible region. The photocatalytic activities of the samples were examined by studying the degradation of methylene blue (MB) under visible-light irradiation. The results showed that the photocatalytic activity of Co-BiVO 4 was increased by 4 times, compared with pure BiVO 4 under visible light irradiation. The best photocatalytic activity was achieved when the molar ratio of Bi ∶Co was 1∶2. The improving mechanisms of bismuth heterojunction and transition metal were further elucidating in the work.Key words: catalyst ；Co-BiVO 4；heterojunction ；hydrothermal ；degradation物控制化学与工艺。
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长和环境污染的日益严重，光催化技术因其具有清洁、高效、可再生的特点，成为了当前研究的热点领域。
Bi2MoO6作为一种典型的层状化合物，具有良好的光学性质和稳定的化学性质，是光催化领域的优秀候选材料。
然而，单一的Bi2MoO6光催化剂在应用中仍存在一些不足，如光生电子-空穴复合率高、催化活性有待提高等。
为了解决这些问题，本文通过可控合成Bi2MoO6基异质结光催化剂，并对其催化增效机制进行研究。
二、Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成1. 材料选择与制备本文选择Bi2MoO6为基体材料，通过引入其他半导体材料（如TiO2、WO3等）构建异质结。
采用水热法、溶胶-凝胶法等合成方法，通过控制反应温度、时间、pH值等参数，实现对Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成。
2. 结构表征与性能分析通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂进行结构表征。
结果表明，成功合成了具有特定结构的异质结光催化剂，且具有较高的结晶度和良好的分散性。
此外，通过紫外-可见光谱（UV-Vis）和光电流测试等手段对催化剂的光学性能和光电性能进行分析，发现异质结的引入有效提高了光催化剂的吸光性能和光电流强度。
三、催化增效机制研究1. 异质结界面电荷转移在Bi2MoO6基异质结光催化剂中，不同半导体材料之间的界面处形成了异质结。
当光照射到催化剂表面时，光生电子和空穴分别在两种材料间发生转移。
这种界面电荷转移有效抑制了光生电子-空穴的复合，提高了催化剂的量子效率。
2. 增强光吸收能力引入其他半导体材料可以拓宽Bi2MoO6的光吸收范围，使其能够更好地利用太阳光中的可见光和近红外光。
此外，异质结的形成还可以提高催化剂的光吸收强度，进一步提高其光催化性能。
3. 表面反应活性提高Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较大的比表面积和丰富的活性位点，有利于提高表面反应活性。
二维材料异质结光催化分解水第一性原理研究
二维材料异质结光催化分解水第一性原理研究二维材料异质结光催化分解水第一性原理研究近年来，随着能源危机和环境污染的严重威胁，寻求可持续、清洁能源的研究备受关注。
水是一种丰富的资源，分解水可以产生氢气作为一种可再生能源，同时释放的氧气也有利于改善空气质量。
因此，水的光催化分解成为了一种备受关注的方法。
二维材料是近年来备受研究的热点领域，其具有独特的电子、光学、结构和热学性质，使其成为光催化分解水的理想候选材料。
同时，通过构建二维材料的异质结，可以进一步提高其光催化性能。
在此背景下，我们进行了二维材料异质结光催化分解水的第一性原理研究。
在本研究中，我们选择了两种具有优良光催化性能的二维材料：二硫化钼（MoS2）和二氧化钛（TiO2）。
通过在二维MoS2和TiO2之间形成异质结，我们期望能够提高光催化分解水的效率。
首先，我们使用第一性原理计算方法对二维MoS2和TiO2的基本性质进行了研究。
我们计算了二维MoS2和TiO2的晶格常数、能带结构和密度态密度等参数。
结果显示，二维MoS2和TiO2具有良好的导电性和光学吸收性能，适合作为光催化剂。
接下来，我们使用同样的第一性原理计算方法，研究了二维MoS2/TiO2异质结的结构和性质。
我们计算了异质结的晶格匹配性、电子结构和能带结构等。
结果显示，二维MoS2和TiO2之间形成的异质结具有优良的结晶性和能带匹配性，对光催化分解水具有潜在的应用潜力。
此外，我们还对二维MoS2/TiO2异质结的光催化性能进行了进一步的研究。
我们研究了异质结在光照下的激发态能级、电荷输运和光催化活性等参数。
结果显示，二维MoS2/TiO2异质结在可见光范围内具有良好的光吸收性能、电子传输特性和光催化活性，表明其能够有效地促进水的分解。
综上所述，本研究通过第一性原理计算方法，对二维材料异质结光催化分解水进行了深入研究。
我们发现，二维MoS2/TiO2异质结具有良好的光催化性能，能够有效地促进水的分解产生可再生能源氢气。
异质结 光催化 nature-概述说明以及解释
异质结光催化nature-概述说明以及解释1.引言1.1 概述异质结光催化作为一种新兴的研究领域，近年来备受研究者们的关注。
它利用异质结构中的界面效应，结合光催化作用，能够实现高效的光催化反应。
通过将不同材料的异质结构组合在一起，可以有效提高光催化反应的效率和选择性，从而在环境净化、水分解、有机合成等领域具有广泛的应用前景。
本文将对异质结光催化的基本概念、应用领域和未来发展进行深入探讨，希望能够为读者提供全面而深入的了解，促进该领域的进一步研究和应用。
1.2 文章结构:本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对异质结光催化进行概述，并介绍文章的结构和目的。
在正文部分，将详细讨论异质结光催化的基本概念、应用领域以及未来发展趋势。
最后，在结论部分对全文进行总结，展望异质结光催化在未来的发展前景，并以一段结束语来结束全文。
通过这样的结构安排，旨在全面、系统地探讨异质结光催化的重要性和未来发展方向。
1.3 目的本文旨在探讨异质结光催化在环境保护、能源转化等领域的重要性和应用，分析其基本概念和未来发展趋势。
通过对异质结光催化技术的深入了解，可以为环境保护和可持续发展提供新的思路和解决方案。
同时，希望通过本文的撰写，能够进一步推动异质结光催化技术的研究和应用，促进其在实际生产中的应用与推广。
2.正文2.1 异质结光催化的基本概念异质结光催化是指利用不同材料界面处的能带差异来实现光催化反应的一种技术。
在异质结界面上，由于两种不同材料的电子结构有所不同，形成了能带偏移，这种能带偏移可以促使光生载流子的分离与再结合，从而实现光催化反应。
异质结光催化的关键在于选择合适的材料组合，以确保在光照条件下产生高效的光生载流子。
常用的材料包括钛酸锶、氧化锌等。
在异质结界面处，光生载流子将在材料间传输并参与催化反应，从而实现对有机废水、二氧化碳还原等重要化学反应的实现。
总的来说，异质结光催化是一种有着独特机制的光催化技术，通过合理设计和构建异质结界面，实现光生载流子的高效分离和利用，从而提高光催化反应的效率和选择性。
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 F,LI J,YANG Y L.Surface-chemistry-mediatednear-infrared light-direct-driven photocatalysis toward so-lar energy conversion:classification and application inenergy,environmental,and biological fields[J].SolarRRL,2023,7(21):2300588.[6]㊀HU Z F,LIU G,CHEN X Q,et al.Enhancing chargeseparation in metallic photocatalysts:a case study of theconducting molybdenum dioxide[J].Advanced functionalmaterials,2016,26(25):4445-4455.[7]㊀XU X X,RANDORN C,EFSTATHIOU P,et al.A redmetallic oxide photocatalyst[J].Nature materials,2012,11(7):595-598.[8]㊀SHI Y B,LI J,MAO C L,et al.Van Der Waals gap-rich BiOCl atomic layers realizing efficient,pure-waterCO2-to-CO photocatalysis[J].Nature communications,2021,12(1):5923.[9]㊀LI X D,LIANG L,SUN Y F,et al.Ultrathin conductorenabling efficient IR light CO2reduction[J].Journal ofthe American chemical society,2019,141(1):423-430.[10]WANG H P,ZHANG L,WANG K F,et al.Enhancedphotocatalytic CO2reduction to methane over WO3㊃0.33H2O via Mo doping[J].Applied catalysis B:envi-ronmental,2019,243:771-779.[11]SHI Q,MURCIA S,TANG P,et al.Role of tungsten do-ping on the surface states in BiVO4photoanodes for wateroxidation:tuning the electron trapping process[J].ACScatalysis,2018,8(4):3331.[12]LI J,WANG J,ZHANG G K,et al.Enhanced molecularoxygen activation of Ni2+-doped BiO2-x nanosheets underUV,visible and near-infrared irradiation:mechanism andDFT study[J].Applied catalysis B:environmental,2018,234:167-177.[13]XU J Q,JU Z Y,ZHANG W,et al.Efficient infrared-light-driven CO2reduction over ultrathin metallicNi-doped CoS2nanosheets[J].Angewandte chemie,2021,133(16):8787-8791.[14]FU J W,XU Q L,LOW J,et al.Ultrathin2D/2DWO3/g-C3N4step-scheme H-2-production photocatalyst[J].Applied catalysis B:environmental,2019,243:556-565.[15]XU Q L,ZHANG L Y,CHENG B,et al.S-scheme het-erojunction photocatalyst[J].Chem,2020,6(7):1543-1559.[16]XU F Y,MENG K,CHENG B,et al.Unique S-schemeheterojunctions in self-assembled TiO2/CsPbBr3hybridsfor CO2photoreduction[J].Nature communications,2020,11(1):4613.[17]WANG J P,YU Y,CUI J Y,et al.Defective g-C3N4/covalent organic framework van der Waals heterojunctiontoward highly efficient S-scheme CO2photoreduction[J].Applied catalysis B:environmental,2022,301:120814.[18]LI X B,KANG B B,DONG F,et al.Enhanced photocata-lytic degradation and hydrogen evolution performance ofS-pCN/WO2.72S-scheme heterojunction with appropriatesurface oxygen vacancies[J].Nano energy,2021,81:105671.[19]NIU R R,LIU Q Y,HUANG B J,et al.Black phos-phorus/Bi19Br3S27van der Waals heterojunctions ensurethe supply of activated hydrogen for effective CO2photore-duction[J].Applied catalysis B:environmental,2022,317:121727.[20]YU H J,CHEN F,LI X W,et al.Synergy of ferroelectricpolarization and oxygen vacancy to promote CO2photoreduc-tion[J].Nature communications,2021,12(1):4594. [21]WU X,ZHANG W L,LI J,et al.Identification of theactive sites on metallic MoO2-x nano-sea-urchin for atmos-pheric CO2photoreduction under UV,visible,and near-infrared light illumination[J].Angewandte chemie,2023,135(6):202213124.[22]LIN X,XIA S H,ZHANG L,et al.Fabrication of flexi-ble mesoporous black Nb2O5nanofiber films for visible-light-driven photocatalytic CO2reduction into CH4[J].Advanced materials,2022,34(16):2200756.78。
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。
光热-光催化双功能Au＠Cu2O_二元异质结的制备及其对水的清洁处理
第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０２０１６光热￣光催化双功能Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ二元异质结的制备及其对水的清洁处理王㊀诚１ꎬ董欣欣１ꎬ张㊀华２ꎬ郑㊀敏１(１.苏州大学纺织行业天然染料重点实验室ꎬ江苏苏州㊀２１５１２３ꎻ２.军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所ꎬ北京㊀１０００１０)㊀㊀摘㊀要:为制备具有光热和光催化性能的双功能织物用于净化水ꎬ通过分子组装制备出兼具可见光与近红外响应的金∕氧化亚铜异质结纳米颗粒(Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ)ꎬ使用轧￣烘￣焙将纳米材料整理到棉织物上ꎬ得到可用于界面蒸发生产清洁水的光热￣光催化双功能棉织物ꎮ利用ＳＥＭ㊁ＴＥＭ㊁ＵＶ￣ＶＩＳ￣ＮＩＲ㊁ＸＲＤ㊁ＦＴＩＲ等对Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ及Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物进行形貌㊁结构的表征ꎬ并对改性棉织物在模拟太阳光下对水的净化处理性能进行研究ꎮ结果表明:Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物具有良好的光热㊁光催化性能ꎬ在功率密度０.１Ｗ∕ｃｍ２的模拟太阳光源照射下ꎬＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的蒸发速率为１.２５ｋｇ∕(ｍ２ ｈ)ꎬ太阳光￣蒸汽转换效率为７７.４％ꎬ可见光辐照１８０ｍｉｎ后对甲基橙的降解率达到８９.２％ꎮ制备的Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物在净化水领域展示出良好的应用潜力ꎮ关键词:Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏꎻ光热转换ꎻ光催化ꎻ双功能织物ꎻ界面蒸发中图分类号:ＴＳ１０１.３㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣００４３￣０８收稿日期:２０２３０２１３㊀网络出版日期:２０２３０５１０基金项目:江苏省产学研前瞻项目(Ｌ２１１５００４１０)ꎻ多功能集成协同创新基金项目(Ｐ１１０９０３４１９)作者简介:王诚(１９９７ )ꎬ男ꎬ江苏南通人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事无机纳米异质结材料及其在纺织领域的应用方面的研究ꎮ通信作者:郑敏ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈｅｎｇｍｉｎｇ＠ｓｕｄａ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀淡水资源的短缺已经成为威胁人类生存㊁发展的重要因素ꎮ目前全世界生活在半干旱或极端干旱地区的人口占４０％ꎬ预计到２０２５年将增加至６０％[１￣２]ꎮ废水修复技术能够有效缓解淡水资源不足的问题ꎬ相较于传统的电渗析㊁多级蒸馏㊁渗透等方案ꎬ太阳能驱动的界面水蒸发技术展现出极佳的应用前景[３￣５]ꎮ目前用于界面蒸发的各种光热材料ꎬ如碳材料㊁等离子体材料㊁半导体和聚合物等ꎬ其研究重点集中在通过改进材料提高蒸发速率ꎬ而忽视了太阳光￣蒸汽产生过程中非挥发性杂质可能会残留ꎬ甚至在水中富集而导致更严重污染[６￣１０]ꎮ目前对光热光催化蒸发系统的研究较为浅显ꎬ仅仅是将独立的光热材料与光催化材料在同一基材上进行简单的堆积[１１￣１２]ꎬ设计并制备一种兼具光热与光催化性能的材料具有现实意义ꎮ氧化亚铜(Ｃｕ２Ｏ)是一种低成本易制备的Ｐ型半导体ꎬ其具有较小的禁带宽度(２.１ｅＶ)与较高的吸收系数ꎬ可以有效吸收可见光ꎮ因此Ｃｕ２Ｏ在太阳能转换和光催化领域具有良好的应用潜力[１３￣１５]ꎮ人们通过构建金属￣半导体异质结构(ＭＳＨ)以获得高效的光催化剂ꎬ利用金属的表面等离子体共振效应和异质结间的肖特基势垒来提高半导体利用光㊁捕获电荷载流子的能力[１６￣１８]ꎮ近年来人们设计了多种以Ｃｕ２Ｏ为主体的高效金属￣半导体异质结构光催化剂ꎮＷｕ等[１９]利用电流置换的方法制备了Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ￣Ａｇ三元异质结材料ꎬ通过调控Ａｕ㊁Ｃｕ比改变壳厚ꎬ研究了壳厚对Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ￣Ａｇ在黑暗条件下催化活性的影响ꎻＭａ等[２０]以ＡｕＮＢＰｓ为核制备了蛋黄壳结构的Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏꎬ使材料具有了近红外驱动的光催化活性ꎮ目前Ｃｕ２Ｏ基ＭＳＨ材料的研究主要集中于如何通过金属提高异质结材料的光催化性能ꎬ鲜有人将具有近红外吸收的金棒(ＡｕＮＲｓ)用于赋予Ｃｕ２Ｏ近红外响应ꎬ利用Ａｕ的局域表面等离子体共振赋予材料光热性能ꎮ本文将兼具光热光催化性能的Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ与棉织物复合用于生产清洁水ꎮ１㊀实㊀验１.１㊀材料与仪器实验材料:二水合氯化铜(ＣｕＣｌ２ ２Ｈ２ＯꎬＡＲꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ氢氧化钠(ＮａＯＨꎬＡＲꎬ上海麦克林生化科技有限公司)ꎻ十二烷基硫酸钠(ＳＤＳꎬＢＲꎬ生工生物工程股份有限公司)ꎻ盐酸羟胺(Ｈ３ＮＯ ＨＣｌꎬＧＲꎬ阿拉丁试剂有限公司)ꎻ盐酸(ＨＣｌꎬＡＲꎬ永华化学股份有限公司)ꎻ油酸钠(ＮａＯＬꎬＡＲꎬＴＣＩ化成工业发展有限公司)ꎻ十六烷基三甲基溴化铵(ＣＴＡＢꎬＡＲꎬＴＣＩ化成工业发展有限公司)ꎻ硼氢化钠(ＮａＢＨ４ꎬＡＲꎬ永华化学试剂有限公司)ꎻ抗坏血酸(ＡＡꎬＡＲꎬ上海麦克林生化科技有限公司)ꎻ硝酸银(ＡｇＮＯ３ꎬＡＲꎬ永华化学股份有限公司)ꎻ四水合氯金酸(ＨＡｕＣｌ４ ４Ｈ２ＯꎬＡＲꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ甲基橙(ＭＯꎬＡＲꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ超纯水ꎮ实验仪器:３００Ｗ氙灯(北京中教金源科技有限公司)ꎻＭＥ２０４Ｅ型电子天平(梅特勒￣托利多仪器有限公司)ꎻＤＦ￣１０１Ｓ集热式恒温加热磁力搅拌器(上海普渡生化科技仪器有限公司)ꎻＴＧ１６.５台式高速离心机(上海卢湘仪离型机仪器有限公司)ꎻ８４￣１Ａ磁力搅拌器(上海司乐仪器有限公司)ꎻＰＣＸ￣５０Ｃ多通道光化学反应系统(北京泊菲莱科技有限公司)ꎮ１.２㊀实验方法１.２.１㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的制备Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的制备流程如图１所示ꎮ将５ｍＬＨＡｕＣｌ４(０.５ｍｍｏｌ∕Ｌ)和５ｍＬＣＴＡＢ(０.２ｍｏｌ∕Ｌ)在烧杯中混合ꎬ随后注入０.６ｍＬＮａＢＨ４(０.０１ｍｏｌ∕Ｌ)溶液ꎬ快速搅拌１ｍｉｎ后静置１ｈ制得种子液ꎮ将７ｇ的ＣＴＡＢ和１.２３ｇ的ＮａＯＬ溶解在２５０ｍＬ超纯水中ꎬ依次加入２５０ｍＬＨＡｕＣｌ４(１ｍｍｏｌ∕Ｌ)和０ ０１６３ｇＡｇＮＯ３ꎬ待溶液变为无色时加入２.１ｍＬＨＣｌ调节ｐＨꎬ然后在快速搅拌下加入１.２５ｍＬＡＡ(０.０６４ｍｏｌ∕Ｌ)ꎬ最后加入０.８ｍＬ种子液ꎬ制得生长液ꎮ生长液在３０ħ下静置１２ｈ获得ＡｕＮＲｓ分散液ꎮ将ＡｕＮＲｓ分散液在１００００ｒ∕ｍｉｎ下离心１０ｍｉｎ分离得到ＡｕＮＲｓꎬ获得的ＡｕＮＲｓ重新分散在５０ｍＬ超纯水中制得ＡｕＮＲｓ水分散液ꎮ将０.１ｇＣｕＣｌ２溶解在１８０ｍＬ超纯水中ꎬ加入２.０２ｇＳＤＳꎬ待ＳＤＳ完全溶解后加入分别加入４㊁６㊁８ｍＬＡｕＮＲｓ水分散液ꎬ随后依次加入６ｍＬＮａＯＨ(１ｍｏｌ∕Ｌ)和１０ｍＬ含０.１４ｇＨ３ＮＯ ＨＣｌ的水溶液ꎬ静置陈化２ｈꎬ最后将样品在４５００ｒ∕ｍｉｎ下离心４ｍｉｎꎬ所得沉淀水洗醇洗各３次后ꎬ在６０ħ下真空干燥８ｈꎬ制得Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ备用ꎮ图１㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的制备流程Ｆｉｇ.１㊀ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ１.２.２㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的制备Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的制备采用轧￣烘￣焙工艺ꎮ棉织物在ＮａＯＨ(１０ｇ∕Ｌ)碱性溶液中升温到８０ħꎬ处理１ｈ以去除织物表面杂质ꎬ随后水洗烘干备用ꎮ在５０ｍＬ超纯水中加入０.１５ｇＡｕ＠Ｃｕ２Ｏꎬ经超声震荡１０ｍｉｎ后ꎬ制得改性分散液ꎮ将棉织物加入改性分散液中浸渍５ｍｉｎꎬ二浸二轧ꎬ轧液率为１００％ꎬ烘焙温度１１０ħꎬ烘焙时间５ｍｉｎꎮ制得Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物ꎮ１.３㊀测试与表征１.３.１㊀物相结构分析使用冷场扫描电镜观察Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的形貌及改性织物纳米颗粒的分布状态ꎮ采用高分辨率电镜进一步观察Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的相貌㊁尺寸ꎮ采用Ｘ射线衍射仪对样品的物相㊁晶相进行表征ꎬ扫描范围为１０ʎ~８０ʎꎬ扫描速度０.１５(ʎ)∕ｓꎮ利用Ｘ射线光电子能谱ꎬ进一步分析样品的元素组成与价态ꎮ使用傅里叶变换光谱分析测试纯棉织物以及改性棉织物 ４４ 现代纺织技术第３１卷的化学结构ꎬ测试范围６００~４０００ｃｍ－１ꎮ采用紫外可见分光光度计测试材料吸收光谱扫描范围为３５０~１６００ｎｍꎮ１.３.２㊀太阳辐照下的蒸发测试在模拟太阳光下ꎬ进行太阳能驱动的界面水蒸发实验ꎬ环境温度为２７ħꎬ相对湿度为６１％ꎮ将４０ｍＬ甲基橙溶液倒入烧杯中ꎬ直径为２ｃｍ的聚苯乙烯泡沫漂浮在溶液上ꎮ将圆形织物放置于泡沫顶部ꎬ其周围延伸两个条带(２ｃｍ´１ｃｍ)浸入到溶液中ꎮ借助毛细管力将水输送到顶部进行界面蒸发ꎮ蒸发过程的质量变化通过分析天平进行监测ꎮ计算织物的太阳光￣蒸汽转换效率如式(１):η＝ｖＨＬＶ∕Ｅｉ＝ｄｍＳｄｔˑＨＬＶＥｉ(１)式中:η表示蒸发效率ꎻｖ是水蒸发速率ꎬｋｇ∕(ｍ２ ｈ)ꎻＨＬＶ为水在相变过程中的蒸发焓ꎬｋＪ∕ｋｇꎻＥｉ为材料表面的功率密度ꎬＷ∕ｍ２ꎻｍ是照射过程中水的质量ꎬＳ是样品的照射面积ꎬｔ是照射时间ꎮ１.３.３㊀光催化性能表征选用甲基橙(ＭＯ)模拟污染物ꎬ测试织物降解ＭＯ的速率ꎮ在５０ｍＬＭＯ溶液(１０ｍｇ∕Ｌ)加入０.１ｇ织物ꎮ暗反应３０ｍｉｎ后移入光化学反应仪中ꎬ每３６ｍｉｎ取４ｍＬ样品测试其吸光度ꎬＭＯ的降解以Ｃ∕Ｃ０表征ꎮ其中Ｃ为光照时间为ｔ时甲基橙的质量浓度ꎬＣ０为初始质量浓度ꎮ２㊀结果与分析２.１㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的制备机理及形貌Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的制备机理如图２(ａ)所示ꎮ在ＣＴＡＢ的引导与保护下ꎬ种子液中的金颗粒生长为金纳米棒ꎬ随后将ＡｕＮＲｓ加入到ＣｕＣｌ２溶液中ꎬ以ＳＤＳ保证ＡｕＮＲｓ的分散性与稳定性ꎮ加入ＮａＯＨ后Ｃｕ(ＯＨ)２呈絮状被吸附在ＡｕＮＲｓ周围ꎬ随着还原剂的加入ꎬＣｕ２＋被还原成Ｃｕ＋ꎬＣｕ２Ｏ也沿着Ａｕ表面外延生长ꎬ最终形成八面体结构的Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏꎮ由图２(ｂ)可知:ＡｕＮＲｓ被成功制备ꎬ其尺度均一ꎬ分散性良好ꎮ图２(ｃ)―(ｅ)中可观察到ＡｕＮＲｓ被Ｃｕ２Ｏ包覆ꎬ随着ＡｕＮＲｓ添加量的提高ꎬＡｕ㊁Ｃｕ比逐渐增加ꎬＣｕ２Ｏ壳层逐渐变薄ꎬ截角八面体形貌逐渐消失ꎬ经Ｉｍａｇｅｊ软件分析计算ꎬ所合成Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的平均壳厚分别为１２３㊁９７㊁７１ｎｍꎮ５４ 第６期王㊀诚等:光热￣光催化双功能Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ二元异质结的制备及其对水的清洁处理图２㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的制备机理及形貌Ｆｉｇ.２㊀ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ２.２㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的ＸＲＤ及ＸＰＳ图谱分析Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)图谱及标准卡片如图３(ａ)所示ꎮ在２９.６ʎ㊁３６.４ʎ㊁４２.３ʎ㊁６１.３ʎ和７３.５ʎ处的一组衍射峰归属于立方相Ｃｕ２Ｏ(ＪＣＰＤＳＮＯ.５￣６６７)的(１１０)㊁(１１１)㊁(２００)㊁(２２０)㊁(３１１)晶面ꎮ另一组衍射角为３８.２ʎ㊁４４.４ʎ㊁６４.７ʎ㊁７７.７ʎ的衍射峰对应于Ａｕ(ＪＣＰＤＳＮＯ.６５￣８６０１)ꎬ表明Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ制备成功ꎮＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ的ＸＰＳ光谱如图３(ｂ)―(ｄ)所示ꎬ全谱表明了复合材料中Ｃｕ㊁Ｏ元素的存在ꎬ图谱中并未显示Ａｕ的峰ꎬ这可能是由于Ｃｕ２Ｏ的壳厚超过了ＸＰＳ所能穿透的深度ꎮＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ的高分辨Ｃｕ２ｐ光谱如图３(ｃ)所示ꎬ揭示了Ｃｕ２Ｏ与ＣｕＯ的存在ꎬＣｕ２ｐ３∕２的两个拟合峰位于９３２.６ｅＶ和９３４.５ｅＶ处ꎬ分别对应于Ｃｕ２Ｏ(Ｃｕ＋)和ＣｕＯ(Ｃｕ２＋)两个组分ꎮＣｕ２ｐ１∕２位于９５２.４ｅＶ和９５４.１ｅＶ的两个拟合峰ꎬ也与Ｃｕ２Ｏ(Ｃｕ＋)和ＣｕＯ(Ｃｕ＋)对应ꎮ此外图３(ｄ)中Ｏ１ｓ的拟合峰也与Ｃｕ２Ｏ与ＣｕＯ对应ꎬ这一结果进一步论证了复合材料中同时存在ＣｕＯ和Ｃｕ２Ｏ两个组分ꎬ其中ＣｕＯ是由于Ｃｕ２Ｏ表面形成了一层氧化层ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ纳米颗粒的ＸＲＤ㊁ＸＰＳ图谱Ｆｉｇ.３㊀ＸＲＤａｎｄＸＰＳｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＡｕ＠Ｃｕ２Ｏｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ６４ 现代纺织技术第３１卷２.３㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ的ＵＶ￣ＶＩＳ￣ＮＩＲ光谱分析图４是Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ纳米颗粒的紫外￣可见￣近红外光谱ꎬ低于５００ｎｍ的吸收峰是由Ｃｕ２Ｏ壳层激发带间跃迁产生ꎬＡｕＮＲｓ的表面等离子体共振是位于６００ｎｍ处吸收峰产生的原因ꎬ当壳厚降至７１ｎｍ时ꎬ出现了位于１４００ｎｍ处的近红外吸收峰ꎬ这归因于Ｃｕ２Ｏ包覆在ＡｕＮＲＳ周围造成的折射率的增加ꎮ通过调整材料的壳厚成功赋予了材料近红外响应的性能ꎬ提高了对太阳能的利用率ꎮ２.４㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的微观结构表征选择适当的纳米材料载体ꎬ不仅可避免纳米材料析出对水体造成的二次污染ꎬ还可实现对材料的重复利用ꎮ通过二浸二轧的方法将Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ整理到棉织物上ꎮ改性棉织物的微观表征如图５㊁图６所示ꎮ图４㊀不同壳厚Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ纳米颗粒的紫外￣可见￣近红外吸收光谱Ｆｉｇ.４㊀ＵＶ￣ＶＩＳ￣ＮＩＲｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｍｅｔｅｒｏｆＡｕ＠Ｃｕ２Ｏｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈｅｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ图５㊀织物的扫描电镜图谱Ｆｉｇ.５㊀Ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｏｆｆａｂｒｉｃｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性织物的ＦＴ￣ＩＲ和ＸＲＤ图谱Ｆｉｇ.６㊀ＦＴ￣ＩＲａｎｄＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ￣ｍｏｄｉｆｉｅｄｆａｂｒｉｃｓ㊀㊀由图５(ａ)―(ｂ)可以看出ꎬ轧￣烘￣焙整理后Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ均匀地分布在织物表面ꎬ与纤维贴合ꎬ轮廓清晰ꎮ图５(ｃ)织物的ＥＤＳ图谱表明除了棉纤维中Ｃ㊁Ｏ元素的基体峰外ꎬ还检测到大量Ｃｕ元素的存在ꎬ这进一步说明纤维表面被Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ成功附着ꎮ此外ꎬ图谱上只存在极少量Ａｕ元素ꎬ这是由于Ａｕ被包覆在Ｃｕ２Ｏ中ꎬ壳厚超出ＥＤＳ所能检测的最大深度ꎮ纯棉织物与Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的７４ 第６期王㊀诚等:光热￣光催化双功能Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ二元异质结的制备及其对水的清洁处理ＦＴ￣ＩＲ图谱如图６(ａ)所示ꎬ纯棉织物和改性棉织物红外光谱中３３３０ｃｍ－１和２９００ｃｍ－１处出现的特征峰分别为纤维素纤维中ＯＨ特征峰和吡喃环中Ｃ Ｈ键的不对称伸缩振动峰ꎮ由于ＦＴ￣ＩＲ光谱中没有出现明显的Ｃｕ２Ｏ特征峰ꎬ所以对织物进行了ＸＲＤ表征ꎮＸＲＤ图谱如图６(ｂ)所示ꎬＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物在３６.４ʎ㊁３８.２ʎ处的衍射峰分别与Ｃｕ２Ｏ和Ａｕ对应ꎬ表明Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ成功附着到棉织物上ꎮ２.５㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物对水的净化处理性能㊀㊀图７(ａ)表明Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物具有良好的光热性能ꎬ在０.１８Ｗ∕ｃｍ２的功率密度下的温度可达８２.６ħꎮ图７(ｂ)的功率密度响应测试证明其对不同功率密度具有线性响应ꎬ图７(ｃ)的循环测试体现改性棉织物的光热稳定性ꎮ为评估Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的太阳光￣蒸汽产生效率ꎬ在模拟太阳光下进行了界面蒸发测试ꎬ水蒸发质量与时间的关系曲线如图７(ｄ)所示ꎻ根据质量时间关系曲线计算出Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的蒸发速率为１.２５ｋｇ∕(ｍ２ ｈ)ꎬ是纯棉织物蒸发速率０.４６ｋｇ∕(ｍ２ ｈ)的２.８倍ꎮ根据式(１)计算得到Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的太阳光￣蒸汽产生效率为７７.４％ꎮ与水㊁纯棉织物㊁Ｃｕ２Ｏ改性织物相比Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物展示出更高的太阳光￣蒸汽产生效率ꎮ为评估Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物的光催化性能ꎬ使用甲基橙作为污染物模型在模拟太阳光下进行光降解实验ꎮ图８(ａ)为不同样品在模拟太阳光辐照下的浓度时间曲线ꎬ其中纯棉织物未显示出光催化活性ꎬＣｕ２Ｏ改性棉织物１８０ｍｉｎ降解甲基橙的效率为２２％ꎬ而Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物在１８０ｍｉｎ后几乎完全降解了甲基橙(８９.２％)ꎮ这说明Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物具有优秀的光催化性能ꎮＡｕＮＲｓ对二元异质结构的作用机理如图８(ｂ)所示ꎬ可见光的照射使得Ｃｕ２Ｏ形成了电子与空穴对ꎬ通过肖特基势垒的作用ꎬＣｕ２Ｏ导带上的电子转移到ＡｕＮＲｓ上ꎮ与此同时ＡｕＮＲｓ的局域表面等离子共振效应为Ｃｕ２Ｏ传递了能量ꎬ对电子￣空穴对的分离起到了促进作用ꎬ从而大幅提高了其光催化性能ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图７㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性织物的光热性能及蒸发速率Ｆｉｇ.７㊀ＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ￣ｍｏｄｉｆｉｅｄｆａｂｒｉｃｓ８４ 现代纺织技术第３１卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图８㊀Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ棉织物对甲基橙的光降解及Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ电子转移机理Ｆｉｇ.８㊀Ｅｌｅｃｔｒｏｎ￣ｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆＡｕ＠Ｃｕ２ＯａｎｄｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＭｏｗｉｔｈｃｏｔｔｏｎｆａｂｒｉｃ３㊀结㊀论采用分子组装制备出兼具可见光与近红外响应的Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏꎬ通过轧￣烘￣焙将Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ整理到棉织物上ꎬ得到兼具光热与光催化性能的Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物ꎬ解决了传统界面蒸发体系中非挥发性杂质残留导致的二次污染问题ꎮ结果表明:在功率密度为０.１Ｗ∕ｃｍ２的模拟太阳光源照射下ꎬＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ改性棉织物实现了高太阳能蒸发率(１ ２５ｋｇ∕(ｍ２ ｈ))和高太阳光￣蒸汽转换效率(７７.４％)ꎮ此外改性棉织物亦实现了有效的局部光降解(１８０ｍｉｎ后可降解甲基橙８９.２％)ꎬ在净化水领域展示出良好的应用潜力ꎮ参考文献:[１]ＭＩＮＧＴＺꎬＧＯＮＧＴＲꎬＤＥＲＩＣＨＴＥＲＲＫꎬｅｔａｌ.Ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｒｏｍａｓｏｌａｒｃｈｉｍｎｅｙｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔꎬ２０１６ꎬ１１３:１８９￣２００. [２]ＥＬＩＭＥＬＥＣＨＭꎬＰＨＩＬＬＩＰＷＡ.Ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｏｆｓｅａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ:Ｅｎｅｒｇｙꎬｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１１ꎬ３３３(６０４３):７１２￣７１７.[３]ＲＡＭＡＳＡＭＹＧꎬＲＡＪＫＵＭＡＲＰＫꎬＮＡＲＡＹＡＮＡＮＭ.Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙｆｒｏｍｓａｌｉｎｉｔｙｇｒａｄｉｅｎｔｓｕｓｉｎｇｃａｐａｃｉｔｉｖｅｒｅｖｅｒｓｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ:Ａｒｅｖｉｅｗ[Ｊ].ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０２１ꎬ２８(４５):６３６７２￣６３６８１. [４]ＺＨＡＯＦꎬＧＵＯＹＨꎬＺＨＯＵＸＹꎬｅｔａｌ.Ｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｏｌａｒ￣ｐｏｗｅｒｅｄｗａｔｅｒｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＲｅｖｉｅｗｓＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０２０ꎬ５(５):３８８￣４０１.[５]葛灿ꎬ张传雄ꎬ方剑.界面光热转换水蒸发系统用纤维材料的研究进展[Ｊ].纺织学报ꎬ２０２１ꎬ４２(１２):１６６￣１７３.ＧＥＣａｎꎬＺＨＡＮＧＣｈｕａｎｘｉｏｎｇꎬＦＡＮＧＪｉａｎ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｆｉｂｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｓｏｌａｒｓｔｅａｍｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０２１ꎬ４２(１２):１６７￣１７３.[６]ＲＥＮＰꎬＬＩＪꎬＺＨＡＮＧＸꎬｅｔａｌ.ＨｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｌａｒｗａｔｅｒｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＴｉＯ２＠ＴｉＮｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄｎａｎｏｗｉｒｅｓ￣ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄｗｏｏｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｏｄａｙＥｎｅｒｇｙꎬ２０２０ꎬ１８:１００５４６. [７]ＷＡＮＧＺＴꎬＷＡＮＧＭＬꎬＷＡＮＧＸＸꎬｅｔａｌ.Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ￣ｂａｓｅｄｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ￣ｓｅｎｓｉｎｇ:Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ[Ｊ].ＢｉｏｓｅｎｓｏｒｓａｎｄＢｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０２３ꎬ２２０:１１４８８３. [８]ＴＡＳＣＥꎬＢＥＲＫＳＵＮＥꎬＫＯＫＥＮＤꎬｅｔａｌ.Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｗａｔｅｒｂｏｒｎｅｐｏｌｙｄｏｐａｍｉｎｅ∕ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓｗｉｔｈｌｉｇｈｔ￣ｔｏ￣ｈｅａｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０２１ꎬ３(８):３９２９￣３９４０.[９]张坚群ꎬ申震ꎬ厉宸希ꎬ等.基于界面蒸发的太阳能蒸馏器海水淡化性能研究[Ｊ].水处理技术ꎬ２０２２ꎬ４８(６):６８￣７１.ＺＨＡＮＧＪｉａｎｑｕｎꎬＳＨＥＮＺｈｅｎꎬＬＩＣｈｅｎｘｉꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓａｌｉ￣ｎａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｓｏｌａｒｓｔｉｌｌｓ[Ｊ].ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔꎬ２０２２ꎬ４８(６):６８￣７１.[１０]谢梦玉ꎬ胡啸林ꎬ李星ꎬ等.还原氧化石墨烯∕粘胶多层复合材料的制备及其界面蒸发性能[Ｊ].纺织学报ꎬ２０２２ꎬ４３(４):１１７￣１２３.ＸＩＥＭｅｎｇｙｕꎬＨＵＸｉａｏｌｉｎꎬＬＩＸｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ∕ｖｉｓｃｏｓｅｍｕｌｉｔｉ￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０２２ꎬ４３(４):１１７￣１２３.[１１]ＤＩＮＧＹꎬＦＥＮＧＫꎬＨＥＰＰꎬｅｔａｌ.Ａｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｐｈｏｔｏ￣ｔｈｅｒｍａｌａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｌａｒ￣ｄｒｉｖｅｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ[Ｊ].ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓꎬ２０２１ꎬ５(２１):５６２７￣５６３７.[１２]ＨＡＯＤＤꎬＹＡＮＧＹＤꎬＸＵＢꎬｅｔａｌ.Ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆａｂｒｉｃｗｉｔｈｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓｆｏｒｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｌｅａｎｗａｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＡＣＳＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ６(８):１０７８９￣１０７９７. [１３]ＭＥＮＧＸＦꎬＺＨＯＵＫꎬＱＩＡＮＹꎬｅｔａｌ.ＨｏｌｌｏｗｃｕｐｒｏｕｓＯｘｉｄｅ＠Ｎｉｔｒｏｇｅｎ￣ｄｏｐｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓｆｏｒｃａｓｃａｄｅｃｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒａｐｙ[Ｊ].Ｓｍａｌｌꎬ２０２２ꎬ１８(１５):２１０７４２２.９４第６期王㊀诚等:光热￣光催化双功能Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ二元异质结的制备及其对水的清洁处理[１４]ＬＩＳꎬＭＯＱＬꎬＸＩＡＯＹꎬｅｔａｌ.Ｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇｃｕｐｒｏｕｓｏｘｉｄｅ￣ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅｓｆｏｒｓｏｌａｒ￣ｔｏ￣ｆｕｅｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ[Ｊ].ＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０２３ꎬ４７７:２１４９４８. [１５]ＺＨＡＯＹＹꎬＴＩＡＮＳＷꎬＬＩＮＤＬꎬｅｔａｌ.Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎｔｉ￣ｃｏｒｒｏｓｉｖｅａｎｄａｎｔｉ￣ｂａｃｔｅｒｉａｌｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｃｕｐｒｏｕｓｏｘｉｄｅ∕ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅｍｉｃｒｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎꎬ２０２２ꎬ２１６:１１０５８９.[１６]ＹＵＡＮＬꎬＧＥＮＧＺＹꎬＸＵＪＫꎬｅｔａｌ.Ｍｅｔａｌ￣ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒｐｈｏｔｏｒｅｄｏｘｃａｔａｌｙｓｉｓ:Ｗｈｅｒｅａｒｅｗｅｎｏｗａｎｄｗｈｅｒｅｄｏｗｅｇｏ?[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０２１ꎬ３１(２７):２１０１１０３.[１７]ＨＡＮＣꎬＱＩＭＹꎬＴＡＮＧＺＲꎬｅｔａｌ.Ｇｏｌｄｎａｎｏｒｏｄｓ￣ｂａｓｅｄｈｙｂｒｉｄｓｗｉｔｈｔａｉｌｏｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒｐｈｏｔｏｒｅｄｏｘｃａｔａｌｙｓｉｓ:Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅꎬｍａｔｅｒｉａｌｓｄｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＮａｎｏＴｏｄａｙꎬ２０１９ꎬ２７:４８￣７２.[１８]ＧＥＬＬÉＡꎬＪＩＮＴꎬＤＥＬＡＧＡＲＺＡＬꎬｅｔａｌ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｐｌａｓｍｏｎ￣ｅｎｈａｎｃｅｄｎａｎｏｃａｔａｌｙｓｉｓｔｏｏｒｇａｎｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０２０ꎬ１２０(２):９８６￣１０４１. [１９]ＷＵＴꎬＫＯＵＹＣꎬＺＨＥＮＧＨꎬｅｔａｌ.ＡｎｏｖｅｌＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ￣Ａｇｔｅｒｎａｒｙｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ:Ｔｏｗａｒｄｓｒａｐｉｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｏｒａｎｇｅｕｎｄｅｒｄａｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎ[Ｊ].Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１９ꎬ１０(１):４８. [２０]ＭＡＹＪꎬＬＩＵＸＹꎬＷＥＩＸＤꎬｅｔａｌ.Ｙｏｌｋ￣ｓｈｅｌｌｅｄＧｏｌｄ＠Ｃｕｐｒｏｕｓｏｘｉｄｅｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｈｏｔｃａｒｒｉｅｒｓｂｏｏｓｔｉｎｇｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].Ｌａｎｇｍｕｉｒꎬ２０２１ꎬ３７(１５):４５７８￣４５８６.ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＢｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＡｕ＠Ｃｕ２ＯｂｉｎａｒｙｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓｆｏｒｃｌｅａｎｗａｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＷＡＮＧＣｈｅｎｇ１ꎬＤＯＮＧＸｉｎｘｉｎ１ꎬＺＨＡＮＧＨｕａ２ꎬＺＨＥＮＧＭｉｎ１(１.ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＴｅｘｔｉｌｅａｎｄＡｐｐａｒｅｌＣｏｕｎｃｉｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮａｔｕｒａｌＤｙｅｓꎬＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｕｚｈｏｕ２１５１２３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＱｕａｒｔｅｒｍａｓｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００１０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｃａｒｃｉｔｙｏｆｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｈａｓｂｅｃｏｍｅａｍａｊｏｒｔｈｒｅａｔｔｏｈｕｍａｎｓｕｒｖｉｖａｌａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ.Ｉｔｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｍａｉｎｔａｉｎｓｏｃｉａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｙａｄｄｒｅｓｓｉｎｇｔｈｅｓｃａｒｃｉｔｙｏｆｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ.Ｓｏｌａｒ￣ｄｒｉｖｅｎｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｕｓｅｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｄｉｒｅｃｔｌｙｔｏｐｕｒｉｆｙｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｎｄｐｒｏｄｕｃｅｃｌｅａｎｗａｔｅｒｗｉｔｈｏｕｔｒｅｌｙｉｎｇｏｎｆｏｓｓｉｌｆｕｅｌｓ.Ｉｔｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｗｉｄｅｓｐｒｅａｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｄｕｅｔｏｉｔｓｌｏｗｃｏｓｔ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｒｉｅｎｄｌｉｎｅｓｓ.Ｈｏｗｅｖｅｒ ｗｈｅｎｓｏｌａｒｓｔｅａｍｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ ｎｏｎ￣ｖｏｌａｔｉｌｅｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓｍａｙｒｅｍａｉｎａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ｃａｕｓｉｎｇｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓｐｏｌｌｕｔｉｏｎ.Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｅｇｒａｄｅｄｂｙｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇａｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｓｙｓｔｅｍ.Ｔｈｅｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆａｂｒｉｃｗａｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｈｏｔｏ￣ｔｈｅｒｍａｌｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｕｐｒｏｕｓｏｘｉｄｅＣｕ２Ｏ ￣ｂａｓｅｄｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｌｅａｎｗａｔｅｒ.Ａｔｔｈｅｍｏｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｌｅａｎｗａｔｅｒｖｉａｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅ.Ｔｈｅｒｅｈａｓｎ'ｔｂｅｅｎｍｕｃｈｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏｈｏｗｔｏｒｅｍｏｖｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｗｈｉｌｅｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇｗａｔｅｒ.Ｔｈｅｍａｊｏｒｉｔｙｏｆｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｅｓｓｏｌｅｌｙｏｎｓｔａｃｋｉｎｇｔｗｏｄｉｓｔｉｎｃｔｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｏｎｔｈｅｓａｍｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｏａｃｈｉｅｖｅｄｕａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ.Ｂｅｃａｕｓｅｉｔｃａｎｂｅｅｘｃｉｔｅｄｂｙｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ Ｃｕ２Ｏｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ.Ｎｅｖｅｒｔｈｅｌｅｓｓ ｐｈｏｔｏ￣ｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｐｈｏｔｏａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＣｕ２Ｏ ｌｉｍｉｔｉｎｇｉｔｓｅｘｃｌｕｓｉｖｅｕｓｅ.Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｉｔｓｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｕ２Ｏｉｓｕｓｕａｌｌｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｍｅｔａｌ.ＡｕｉｓａｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｔｈａｔｉｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＣｕ２Ｏ ｂｕｔｉｔｓｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｒａｒｅｌｙｕｓｅｄ.ＴｈｅＡｕ＠Ｃｕ２ＯｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｃｒｅａｔｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇｇｏｌｄｒｏｄｓＡｕＮＲｓ ｗｉｔｈｎｅａｒｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｓｔｈｅｃｏｒｅ.ＴｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅＣｕ２ＯｓｈｅｌｌｗａｓｃｈａｎｇｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅＡｕ∕Ｃｕｒａｔｉｏ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌＡｕ＠Ｃｕ２Ｏｎｅａｒｉｎｆｒａｒｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅ.Ａｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｐｒｅｐａｒｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｉｔｗｉｔｈｃｏｔｔｏｎｆａｂｒｉｃｓ.Ｕｎｄｅｒｔｈｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｏｆａｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｏｌａｒｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈａｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｏｆ０.１Ｗ∕ｃｍ２ｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅＡｕ＠Ｃｕ２Ｏ￣ｍｏｄｉｆｉｅｄｃｏｔｔｏｎｆａｂｒｉｃｉｓ１.２５ｋｇ∕ ｍ２ ｈ ｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｓｕｎｌｉｇｈｔｔｏｓｔｅａｍｉｓ７７ ４％.Ａｆｔｅｒ１８０ｍｉｎｕｔｅｓｏｆｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍｅｔｈｙｌｏｒａｎｇｅｒｅａｃｈｅｓ８９.２％.Ｗａｔｅｒｓｃａｒｃｉｔｙｈａｓｓｐａｒｋｅｄｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｃｏｎｃｅｒｎａｓａｇｌｏｂａｌｉｓｓｕｅ.Ｕｓｉｎｇｓｏｌａｒ￣ｄｒｉｖｅｎｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｌｅａｎｗａｔｅｒｎｏｔｏｎｌｙｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｅｏｆｗａｔｅｒｓｃａｒｃｉｔｙ ｂｕｔａｌｓｏｍａｋｅｓｕｓｅｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ ａｎｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅｓｏｕｒｃｅｏｆｅｎｅｒｇｙ.Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｄｅｃｏｍｐｏｓｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎｗａｔｅｒｗｈｉｌｅａｌｌｏｗｉｎｇｆｏｒｗａｔｅｒｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈｉｓａｇａｐｉｎｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｂｕｔｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ａｕ＠Ｃｕ２Ｏ ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆａｂｒｉｃ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ０５ 现代纺织技术第３１卷。
异质结光催化剂
前沿与展望：作为结语部分，作者在这一章节中展望了异质结光催化剂的未来 发展方向和潜在的研究热点。这不仅为读者提供了研究思路的启发，也反映了 作者对光催化领域未来发展的深刻洞见。
通过对《异质结光催化剂》这本书的目录分析，我们可以看到作者对于光催化 领域的深入研究和全面把握。目录结构清晰、层次分明，既涵盖了基础理论和 概念，又深入探讨了材料设计与合成、性能表征与应用等实践层面，为读者提 供了系统、全面的知识体系。前言和结语部分展示了作者的研究视角和前沿洞 察，为读者提供了宝贵的研究思路和方向指引。
内容摘要
这些技术各自具有独特的优势和应用范围，通过综合运用这些技术，我们可以更加全面、深入地 了解聚合物的结构特点。 “聚合物链的形态对其性能也有着重要影响。例如，线性聚合物和支化聚合物的性能差异显著， 前者具有较高的机械强度，后者则具有较好的柔韧性和加工性能。” 这段摘录揭示了聚合物链形态对性能的影响。不同的链形态赋予了聚合物不同的性质，使得聚合 物在各个领域都有着广泛的应用。 “聚合物结构分析不仅是科学研究的重要工具，也是工业生产和质量控制的关键环节。通过准确 分析聚合物的结构，我们可以优化生产工艺，提高产品质量，降低生产成本。” 这段摘录强调了聚合物结构分析在实际应用中的重要性。聚合物结构分析不仅有助于我们深入了 解聚合物的性质，还为工业生产和质量控制提供了有力的支持。
《异质结光催化剂》这本书不仅提供了丰富的理论知识，还结合了许多实验案 例，让我在阅读的过程中，既能理解光催化技术的原理，又能看到其在实践中 的应用。这种理论与实践相结合的方式，让我对光催化技术有了更全面的认识。
书中还详细阐述了异质结光催化性能的研究，这部分内容让我深感启发。异质 结光催化剂的出现，不仅提高了光催化效率，也扩大了光催化技术的应用范围。 这让我看到了科学研究在解决实际问题中的巨大作用。
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》篇一摘要光催化技术是一种清洁且可持续的能源转化技术，尤其在环境治理与新能源领域具有重要的应用前景。
而光催化剂的研发与应用，无疑是实现光催化技术的关键。
近年来，Bi2MoO6基异质结光催化剂因其优异的可见光响应和光催化性能而备受关注。
本文以Bi2MoO6基异质结光催化剂为研究对象，探讨了其可控合成方法以及催化增效机制，旨在为相关研究提供参考和指导。
一、引言随着环境污染问题的日益严重和能源危机的日益加剧，光催化技术因其绿色、高效、可持续的特性，逐渐成为环保领域的研究热点。
Bi2MoO6基异质结光催化剂作为光催化技术中的关键组成部分，其合成方法及催化性能的研究对于提高光催化效率具有重要意义。
本文旨在研究Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成方法及其催化增效机制，以期为相关研究提供参考和指导。
二、Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成方法1. 合成原理Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成原理主要包括原料选择、化学反应过程和催化剂的形成等步骤。
本文通过合理的化学反应途径，在控制合成过程中对反应温度、反应时间等参数进行优化，实现Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成。
2. 合成方法本文采用溶胶-凝胶法、水热法等多种方法进行Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成。
通过对比不同合成方法对催化剂性能的影响，确定最佳合成方法。
同时，通过优化合成过程中的反应条件，实现对催化剂形貌、粒径等物理特性的有效控制。
三、Bi2MoO6基异质结光催化剂的催化增效机制1. 异质结结构分析Bi2MoO6基异质结光催化剂具有独特的能带结构和电子传输特性，能够有效地提高光生电子和空穴的分离效率。
本文通过分析异质结的能带结构、电子传输路径等特性，揭示了其催化增效机制。
2. 催化反应过程分析在光照条件下，Bi2MoO6基异质结光催化剂能够产生光生电子和空穴，这些载流子在催化剂内部和表面发生一系列的氧化还原反应。
异质结_吸收的太阳光波段__概述说明
异质结吸收的太阳光波段概述说明1. 引言1.1 概述本篇文章将对异质结吸收的太阳光波段进行概述和说明。
异质结是指由不同材料构成的界面结构，在光电器件中具有重要的作用。
太阳光作为一种主要的能源来源，其波段范围非常广阔，并且不同波段具有不同特征和能量。
研究异质结在吸收太阳光中的行为对于改进光电器件的效率和性能具有重要意义。
1.2 文章结构本文按照以下结构进行展开：- 引言：介绍文章背景、目的和组织结构。
- 异质结吸收的太阳光波段概述说明：总体介绍异质结概念，简要介绍太阳光波段，并讨论异质结吸收太阳光的重要性。
- 异质结吸收的太阳光波段详解：详细探究具体的太阳光波段范围及特征，分析不同材料对于各个波段的吸收情况，并列举近期研究进展和技术应用示例。
- 实验与测量方法论：阐述材料样品制备与实验条件控制的方法，介绍吸收谱测量方法及数据分析技术，并对实验结果进行分析和讨论。
- 结论与展望：总结和归纳文章对异质结吸收太阳光波段的研究成果，指出未来可能的研究方向，并做出结尾和展望。
1.3 目的本篇文章的目的在于概述和说明异质结吸收的太阳光波段。
通过对太阳光波段范围、异质结概念以及吸收情况等方面的介绍和分析，可以加深我们对异质结在太阳能利用中的作用机制的理解。
此外，本文还将介绍相关实验与测量方法，并展望未来可能的研究方向，以期为进一步提高光电器件效率和性能提供有益参考。
2. 异质结吸收的太阳光波段概述说明：2.1 异质结概念介绍异质结是指由不同材料组成的结构界面，其中两种材料具有不同的晶格常数、禁带宽度以及能带位置。
这种异质结构可以产生一系列独特的电学和光学性质，使得异质结在吸收太阳光方面具有独特的优势。
2.2 太阳光波段简介太阳光是指太阳辐射出的电磁辐射能量，在空气中主要包含紫外线(UV)、可见光和红外线(IR)等不同波长范围的光谱成分。
其中，紫外线波段包括UVA(315-400 nm)、UVB(280-315 nm)和UVC(100-280 nm)，可见光波段包括蓝色(400-470 nm)、绿色(470-525 nm)和红色(625-700 nm)，红外线波段则包括近红外(NIR, 700-2500 nm)和远红外(FIR, 2500 nm以上)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
近红外光催化异质结
近红外光催化异质结是指一种利用近红外光激活的光催化反应体系，其中包含异质结，即由不同材料组成的界面。
近红外光波长范围通常为700-1000纳米，通常被认为是兼具较深透射深度和较高能量转化效率的光源。
近红外光催化异质结的工作原理是利用近红外光的能量激发异质结界面上的能带，从而在界面上产生光生载流子对，并利用这些载流子参与光催化反应。
光生载流子对的产生主要通过光激发异质结材料中的电子跃迁实现。
常用的近红外光催化异质结材料包括光敏半导体纳米材料、金属纳米结构、二维材料等。
近红外光催化异质结具有很多应用潜力。
例如，它可以在环境修复中用于光催化降解污染物，如有机物和重金属离子。
此外，它还可以应用于太阳能光电池、水分解产氢、人工光合作用等领域。
尽管近红外光催化异质结具有良好的应用前景，但仍面临一些挑战。
其中之一是催化效率的提高，以提高光催化反应的速率和产物选择性。
另一个挑战是异质结材料的制备和组装，需要控制材料结构和界面形貌，以优化光催化性能。
因此，进一步研究近红外光催化异质结的原理和性能，以及解决相关挑战，将有助于推动其在实际应用中的发展。