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S-Scheme异质结光催化产氢研究进展 被引量:8
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作者 吴新鹤 陈郭强 +2 位作者 王娟 李金懋 王国宏 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期26-45,共20页
随着不可再生能源的大量消耗,能源短缺成为人类社会面临的重大挑战。在众多新能源制备技术中,光催化分解水制氢技术只需丰富的太阳能作为驱动力就可以实现分解水制氢,且制氢条件温和、绿色无污染,被认为是解决当前能源短缺危机的有效技... 随着不可再生能源的大量消耗,能源短缺成为人类社会面临的重大挑战。在众多新能源制备技术中,光催化分解水制氢技术只需丰富的太阳能作为驱动力就可以实现分解水制氢,且制氢条件温和、绿色无污染,被认为是解决当前能源短缺危机的有效技术之一。光催化制氢技术的核心是光催化剂,因此发展高效稳定的光催化剂至关重要。然而,单组分光催化剂由于空穴-电子复合速度快、氧化还原能力有限、太阳能利用效率低等原因,通常只能呈现出有限的光催化分解水制氢活性。为此,科研人员做了大量改性研究,其中常见的改性策略有元素掺杂、助催化剂修饰、构建异质结等。通常,元素掺杂、助催化剂修饰等改性手段可以在一定程度上提高光催化剂的制氢活性,但并不能有效解决单相光催化剂的缺陷,导致其改性效果受到制约。然而,在两个或多个半导体之间构建异质结可以有效解决上述单组分光催化剂的缺陷。相较于当前流行的传统II型异质结和Z-型异质结,S-型异质结的电荷转移机制更为合理,受到科学家们的广泛关注与应用。因此,本文首先对S-型异质结光催化体系的发展背景进行介绍,包括传统II型异质结、全固态Z-型异质结和液相Z-型异质结光催化系统。随后对S-型异质结光催化机理进行具体阐述,并对其机理表征方法进行了概述,包括原位XPS光谱、开尔文探针力显微镜、电子顺磁共振、选择性沉积和密度泛函理论计算。此外,本文系统总结了当前报道的S-型异质结光催化剂在分解水制氢领域中的应用及其制氢性能增强机理分析,包括g-C_(3)N_(4)基、金属硫化物基、TiO_(2)基、其他氧化物基等S型异质结光催化剂。总体而言,S型异质结光催化剂由于其有效的载流子分离和增强的光氧化还原能力,通常呈现出优异的光催化制氢性能。最后,指出了S型异质结光催化剂在分解水产氢中的发展瓶颈,并展望攻克该瓶颈以进一步提高S型异质结的光催化效率,从而达到工业应用标准。 展开更多
关键词 光催化 产氢 异质结 S型
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g-C_(3)N_(4)基S型异质结光催化剂 被引量:1
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作者 吴新鹤 谭丽红 +2 位作者 陈郭强 康佳乐 王国宏 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期444-472,共29页
随着工业化的蓬勃发展,能源短缺和环境污染日益严重,威胁到人类的生存.光催化技术因其诸多突出优点和广泛的应用前景被认为是解决能源和环境危机最有前途的技术之一.在众多光催化剂中,石墨氮化碳(g-C_(3)N_(4))以其独特的电子结构、较... 随着工业化的蓬勃发展,能源短缺和环境污染日益严重,威胁到人类的生存.光催化技术因其诸多突出优点和广泛的应用前景被认为是解决能源和环境危机最有前途的技术之一.在众多光催化剂中,石墨氮化碳(g-C_(3)N_(4))以其独特的电子结构、较高的热稳定性和突出的光电活性,在清洁燃料生产和环境净化领域得到广泛应用.然而,单组分g-C_(3)N_(4)与其他光催化剂一样,不可能同时拥有高的太阳能利用效率和强氧化还原能力的光生电荷,导致其光催化效率较低.幸运的是,g-C_(3)N_(4)与另一半导体构建异质结可以同时克服太阳能利用效率低、载流子重组快、氧化还原能力弱的缺点,从而显著提高其光催化性能.鉴于目前g-C_(3)N_(4)基S型异质结的广泛研究,本文对g-C_(3)N_(4)基S型异质结研究背景、概念提出、基本理论、设计制备、表征方法等方面的最新研究进展进行了较全面的综述.此外,通过实例讨论和列表比较详细讨论了g-C_(3)N_(4)基S型异质结的各种应用,包括光催化制H_(2)、还原CO_(2)、降解污染物、生产H_(2)O_(2).最后,总结了g-C_(3)N_(4)基S型异质结当前的研究进展和不足,并对未来的研究方向进行了展望. 展开更多
关键词 PHOTOCATALYSIS g-C_(3)N_(4) HETEROJUNCTION S-scheme applications
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ZnIn_(2)S_(4)-based S-scheme heterojunction photocatalyst 被引量:3
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作者 xinhe wu Guoqiang Chen +2 位作者 Liangting Li Juan Wang Guohong Wang 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第36期184-204,共21页
Photocatalytic technologies have been universally applied in the domains of hydrogen production,envi-ronmental purification,CO_(2)reduction,catalytic organic synthesis,and other major fields owing to their environment... Photocatalytic technologies have been universally applied in the domains of hydrogen production,envi-ronmental purification,CO_(2)reduction,catalytic organic synthesis,and other major fields owing to their environmental friendliness,convenient operation,and absorbing sunlight as the driving force.The core of photocatalytic technology is photocatalyst.Hence,it is greatly essential to fabricate stable,high-efficiency,and visible-light response photocatalysts.Among various visible-light-response photocatalysts,ZnIn_(2)S_(4),a ternary metal sulfide,has attracted extensive attention due to its prominent advantages of simple synthe-sis,excellent stability,and appropriate band structure.However,the low utilization of solar energy and rapid recombination of photogenerated charges as same as inferior redox capacity are still the distinct shortcomings that significantly block the increase of photocatalytic efficiency for ZnIn_(2)S_(4)photocatalyst.Fortunately,the above evident shortcomings can be simultaneously resolved by constructing heterojunc-tions between ZnIn_(2)S_(4)with other semiconductors.In recent years,various semiconductor photocatalysts(such as oxides(TiO_(2),WO_(3),In_(2)O_(3)),sulfides(ZnS,FeS_(2),CoS),oxysalts(Bi_(2)MoO_(6),ZnWO_(4),NaTaO_(3)),organics(g-C_(3)N_(4),COF,PDIIM),etc.)have been combined with ZnIn_(2)S_(4)to construct ZnIn_(2)S_(4)-based S-scheme het-erojunctions with the aim at greatly increasing its photocatalytic efficiency.Herein,this review presents a systematic description of the currently popular ZnIn_(2)S_(4)-based S-scheme heterojunction photocatalyst,which includes the research background,scientific mechanism,design principles,preparation strategies,and characterization methods of ZnIn_(2)S_(4)-based S-scheme heterojunctions.Moreover,the extensive pho-tocatalytic applications of ZnIn_(2)S_(4)-based S-scheme heterojunctions have been detailly described by clas-sification examples,including hydrogen production,CO_(2)reduction,environmental purification,and other applications.Finally,several drawbacks on the synthetizations,modifications,and applications of ZnIn_(2)S_(4)-based S-scheme heterojunction have been proposed,and their corresponding prospects have also been propounded in terms of their future development. 展开更多
关键词 PHOTOCATALYSIS ZnIn_(2)S_(4) HETEROJUNCTION S-scheme APPLICATIONS
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