卤氧化铋基光催化剂的构建及其应用在能源转化领域的研究进展

随着社会的飞速发展,传统石化资源的过度消耗不仅会导致能源危机,还会引起环境污染。近年来,研究人员致力于发展新型清洁、高效的碳中和能源。利用光催化技术将低密度的太阳能转化并储存为高密度的化学能有望解决能源短缺、环境污染等问题。在众多催化剂中,卤氧化铋(BiOX)具有特殊的层状结构、合适的带隙位置和良好的光响应性,是一种非常有潜力的光催化剂。然而,其本身的光催化效果无法满足生产生活的需要,因此对其改性研究逐渐成为研究热点。以卤氧化铋作为研究对象,从其结构特点出发,总结提升其光催化性能的改性方法,包括本征改性(形貌调控、元素掺杂和缺陷引入)及异质结构建等,并简述其在光解水制氢、CO_(2)还原和合成氨等能源转化领域的研究进展,光催化剂的改性不仅能够改变光生载流子的传输方向、提高其分离效率,还能够为光反应提供有效活性位点,为提高光催化活性提供先决条件。最后,对BiOX基光催化剂发展过程中面临的挑战及发展方向进行展望。

高效光催化剂的构建及其研究进展

光催化能够将太阳能转化为化学能,是高效利用太阳能的有效方法之一。半导体光催化反应可总结为光的捕获、载流子的分离和迁移以及表面反应三个基元步骤,整体的光催化效率由每一个基元步骤的效率所决定,因此构建高效的光催化剂需要解决催化剂的光吸收、载流子分离和迁移以及表面反应等问题。文章讨论了元素掺杂、异质结构建、染料敏化、配体-金属电荷转移和助催化剂等对光催化剂性能的影响,以期为高效光催化剂的改进提供策略参考。

碳酸氧铋基光催化材料的改性研究进展

碳酸氧铋是一种典型的铋基半导体光催化材料,其具有[BiO]_(2)^(+2)和CO_(3)^(2-)层交替组成的独特层状晶体结构。通过改性可促进(BiO)_(2)CO_(3)的可见光响应能力以及光生电荷分离效率,从而提升其光催化性能。本文主要从贵金属沉积、元素掺杂、异质结构建以及氧空位缺陷等方面综述了碳酸氧铋基光催化材料的改性研究进展。同时指出碳酸氧铋的改性研究需致力于进一步简化制备工艺,并使得改性工艺控制更加精准,以使其在有机污染物降解、光解水制氢等方面得到更好的应用前景。

钒酸铋光催化剂的研究进展

BiVO_(4)具有带隙窄、无毒、环境友好和制备简单等优点,且常温下拥有优异的物理化学特性和催化活性,一直是光催化领域的研究热点。介绍了BiVO_(4)的电子结构、晶体结构及光催化机理,总结了BiVO_(4)的改性措施,包括微/纳米特殊形貌的可控合成、表面修饰、元素掺杂、异质结构建。综述了BiVO_(4)在降解有机污染物、分解水产氢、CO_(2)还原、脱硫等领域的应用进展,并对BiVO_(4)的未来研究方向进行了展望。

g-C_(3)N_(4)材料在光催化能源转换领域的新进展

类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为当前光催化领域的热点材料,尽管在可见光响应范围和载流子的迁移/分离方面不如人意,但其不含金属、稳定性好,结构易于调控等优点依然备受关注,尤其是近年来基于g-C_(3)N_(4)的形貌与电子结构调控取得了大量的突破性进展.本文系统地综述了针对g-C_(3)N_(4)缺陷的不同改性和优化方法,从形貌调控、结构优化、构建异质结三方面介绍了g-C_(3)N_(4)光催化材料的最新研究进展,重点阐述了针对改善光催化分解水效率的各种改性优化策略.以材料的维度尺寸作为切入点介绍了不同形貌g-C_(3)N_(4)的制备方法,从掺杂与缺陷调控角度总结了g-C_(3)N_(4)结构与光生载流子分离以及催化性能的关系,并且依据不同异质结类型归纳了g-C_(3)N_(4)基光催化材料体系.最后,对g-C_(3)N_(4)基光催化材料今后的发展与面临的挑战进行了展望和总结.

钛酸铋在光催化领域的研究进展

钛酸铋是一种具有典型Bi 6s能级轨道的光催化材料,具有很好的可见光吸收能力、独特的晶体结构和良好的光催化性能,一直是光催化领域研究的热点之一。介绍了钛酸铋的晶体结构和电子结构及其与光催化活性的关系,综述了近年来钛酸铋的制备方法,分析了阻碍钛酸铋实际应用的问题及采用的钛酸铋改性措施,包括元素掺杂、异质结的构建、形貌调控等改性措施;并对钛酸铋今后的研究方向进行了展望。