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Highly efficient Z-scheme WO_(3-x) quantum dots/TiO_2 for photocatalytic hydrogen generation 被引量:6

基于WO_(3-x)量子点和TiO_2构建高效Z型光催化产氢催化剂(英文)
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摘要 Z-scheme semiconductors are a promising class of photocatalysts for hydrogen generation.In this work,Z-scheme semiconductors composed of WO3-x quantum dots supported on TiO2(WO3-xQDS/TiO2) were fabricated by solvothermal and hydrogen-reduction methods.Characterization by transmission electron microscopy and X-ray diffraction indicated that the amount and size of the WO3-x QDs could be tuned by modulating the addition of the W precursor.Evidence from X-ray photoelectron spectroscopy and photoluminescence spectroscopy suggested that the hydrogen reduction of the composite induced the formation of oxygen vacancy(W^5+/Vo) defects in WO3.These defects led to ohmic contact between WO3-x and TiO2,which altered the charge-transfer pathway from type Ⅱ heterojunction to Z-scheme,and maintained the highly reductive and oxidative ability of TiO2 and WO3-x,respectively.Therefore,the Z-scheme sample showed 1.3-fold higher photoactivity than pure TiO2 in hydrogen generation.These results suggest that the formation of W^5+/Vo defects at the interface is highly beneficial for the fabrication of Z-scheme photocatalysts. TiO_2具有高效、廉价、无毒及光化学稳定性好等优点,因而被广泛应用于光能转化和利用领域,如太阳能电池、光催化分解水制氢和环境污染物降解等.但是,TiO_2仍然存在一些缺陷制约了其应用,其中,最关键的问题是光生电荷分离效率低.因此,人们对其进行了掺杂、异质结构建和Z型结构建等来解决这一问题,其中Z型结近年来备受关注.全固体Z型结的构建目前主要有两种方式:PSI-C-PSII和PSI-PSII.前者PSI与PSII间要插入中间导电层(如Au、rGO等)来实现界面欧姆接触;后者则无中间层,而是基于界面设计来实现欧姆接触.本文以构建PSI-PSII Z型结为目标,以TiO_2和WO_3为基础半导体材料,采用原位溶剂热生长的方法构建WO_3量子点/TiO_2结构,借助氢气还原反应在界面处引入氧缺陷.采用透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱研究了复合晶体结构,采用X射线光电子能谱、紫外可见光谱和荧光光谱等手段研究了Z型结的界面结构和能带结构.结合光催化分解水产氢活性来建立Z型结结构与光催化性能的关联关系.表征结果表明,在TiO_2上进行原位溶剂热成核反应可点缀WO_3量子点,并且量子点粒径随W前驱体用量的增加而变大.两种半导体材料为TiO_2锐钛矿和WO_3晶体结构,且WO_3的XRD特征峰和Raman特征吸收峰会随W前驱体用量增加而变大.通过对WO_3/TiO_2进行氢气还原处理,使其表面形成大量W^(5+)和氧缺陷,一方面提高了催化剂对可见光的吸收,另一方面在界面形成欧姆接触,实现了Z型结构的构建.Z型结构实现了光催化分解水产氢反应,其中WTH10光催化活性最好.本文为新型Z型光催化剂的设计和构建提供了新思路和策略.
出处 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期253-259,共7页 催化学报(英文)
基金 supported by the National Natural Science Foundation of China (21506156, 21676193) the Tianjin Municipal Natural Science Foundation (15JCZDJC37300, 16JCQNJC05200)~~
关键词 WO3–x Titanium oxide Hydrogen generation Quantum dots W^5+/oxygen vacancy defect WO3-x 二氧化钛 产氢 量子点 W^5+/氧缺陷
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