半导体光催化剂BiOCl异质结的构建及应用

氯氧化铋(BiOCl)半导体因其独特的层状结构和可调控的电子结构,而在光催化解决环境问题和能源问题领域备受关注。为了提高BiOCl对太阳光的利用率、抑制光生电子-空穴对的高复合率和增强光电子的还原能力等,研究人员对此作出了巨大的努力。其中,构建异质结是最有效的削弱这些缺陷的方法之一。本文主要综述了Z-型、Ⅱ-型、p-n结以及S-型四类异质结的电荷传递机理以及重点介绍了一些具有优异光催化性能的BiOCl异质结。同时,对一些异质结的光催化降解性能进行了比较分析。其中,S型异质结不仅具有高效的电荷分离能力,还有强的氧化还原能力,因此其表现出优异的光催化性能。此外,本文还简述了BiOCl异质结在降解有机污染物、还原CO_(2)、还原重金属和分解H_(2)O等方面的应用。总结了当前BiOCl异质结遇到的一些问题。最后针对BiOCl异质结的构效关系、合成复杂等问题,提出了计算机模拟、载体负载、新技术开发的发展方向。

可见光驱动Z-scheme g-C3N4/α-Fe2O3催化剂高效产H2

作为一种新型的具有可见光响应的半导体光催化剂,g-C3N4在光催化产氢领域得到了广泛的研究。然而,纯g-C3N4存在可见光响应范围较窄、光生电子-空穴复合率高、量子效率低等问题。针对纯g-C3N4的缺陷,采用简单的水热合成法制备出一种高效纳米晶胶体g-C3N4/α-Fe2O3复合材料。为了检测g-C3N4/α-Fe2O3的光催化产氢性能,将其引入以NaBH4为底液的体系中。结果表明,当Fe质量分数为1%,体系温度为30℃、NaBH4浓度为50 mmol/L时,产氢量为30 mL。利用PL、EIS以及PC等手段对g-C3N4/α-Fe2O3的光电响应能力进行了分析。结果表明,g-C3N4/α-Fe2O3复合材料具有较低的光致发光强度、较高的光电流密度和较小的电荷转移电阻,说明了光生电荷载流子的有效分离和快速转移。另外,Z-scheme电荷转移途径赋予了g-C3N4/α-Fe2O3较强的氧化能力,为光催化裂解NaBH4提供了较大的驱动力。主要意义在于对光催化产氢有一个新认识,为合理设计和构建Z型光催化剂提供参考。

可见光催化剂ZnIn2S4改性研究进展

介绍了包括ZnIn2S4的形貌控制、表面贵金属沉积、金属离子掺杂、复合半导体、碳类似物修饰以及导电聚合物修饰在内的几种ZnIn2S4的改性方法,叙述了各改性技术实例及其作用机理。分析表明,通过对单组份ZnIn2S4的改性,不仅可明显提高电子的传输能力,而且表现出更宽的可见光吸收区间,提升了其光催化性能。认为ZnIn2S4的改性在污染物降解以及光催化产氢效率的提升等方面具有重大意义。提出改善ZnIn2S4长期稳定性及推动其应用过程是今后研究的重点,以期应用于实际技术中。

3D球状BiOI耦合过一硫酸盐可见光降解金橙Ⅱ

以Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O和KI为原料,乙二醇为溶剂,采用溶剂热法通过水热温度的控制对BiOI进行形貌调控,制备了3D球状BiOI光催化剂。通过SEM、EDS、XRD、UV-Vis对其结构进行了表征,将BiOI与过一硫酸盐(PMS)耦合在可见光下降解金橙Ⅱ,探究了BiOI投加量、PMS投加量、金橙Ⅱ质量浓度、pH及常见阴离子对降解体系的影响。结果显示,BiOI具有良好的可见光响应性能,禁带宽度约为1.8 eV,在BiOI投加量为0.2 g/L、PMS浓度为0.2 mmol/L、金橙Ⅱ质量浓度为100 mg/L时降解效率最好,高达97.0%,降解过程符合准二级动力学模型。降解过程中可见光激发Bi OI产生光生载流子,一方面光生载流子与PMS反应,生成·SO4~–和·OH,另一方面光生载流子与体系中的溶解氧反应生成·O_(2)^(–),·O_(2)^(–)与H2O中H~+反应生成单线态氧(^(1)O_(2)),同时PMS自分解产生^(1)O_(2),说明降解过程是多途径的非均相反应,·O_(2)^(–)、^(1)O_(2)是降解过程中的主要自由基。

光电化学沉积碲化锌薄膜

碲化锌(ZnTe)因其具有优越的光电特性常应用于半导体行业。电化学沉积法是制备ZnTe薄膜最常用的方法之一,但传统的电化学沉积技术存在许多不足,如沉积速率较慢、薄膜质量较差等,这些缺点阻碍着碲化锌电化学沉积技术的大规模推广。为了解决常规电化学沉积制备半导体薄膜所遇到的问题,本文基于半导体材料自身的光电导性质、半导体电极的光电化学基本原理以及半导体材料电化学沉积过程的一些特征,提出了采用光电化学沉积的方法来进行半导体材料的制备。首先,研究了ZnTe电沉积在光照和暗态条件下的电化学行为(电极反应、成核与生长模式和电荷传输过程);然后,在明暗条件下进行ZnTe的恒电位沉积。采用X射线衍射仪、扫描电镜等检测手段对沉积物的物相、形貌和成分进行了研究;最后,分析了光电化学沉积机理。与传统的电化学沉积相比,光电化学沉积法增加了沉积过程中的电流密度,并降低了ZnTe沉积过程中的电荷转移阻抗。此外,光照促进了难沉积元素Zn的沉积。通过光电化学沉积制备的ZnTe薄膜的组分比接近1∶1,使其成为一种可行且可靠的制备ZnTe的方法。