太阳光光催化能量转化|Science Bulletin专题

摘要: Science Bulletin 2017年第9期出版了“太阳光光催化能量转化”专题,敬请关注转发!

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      太阳光光催化分解水制氢和温室气体还原反应,为清洁高效转化利用太阳能、消除减缓温室效应提供了一条极具发展前景的技术路线,一直是近几十年来的研究热点之一,吸引着国内外学者的高度研究兴趣。为展示有关最新研究进展,Science Bulletin 2017年第9期出版了“太阳光光催化能量转化”专题,敬请关注!

特邀编辑

王绪绪   福州大学

敬登伟   西安交通大学

倪萌   香港理工大学

Editorial

Solar photocatalytic energy conversion

Xuxu Wang, Dengwei Jing, Meng Ni

Science Bulletin, 2017, 62(9): 597-598


News & Views

Heterojunction: important strategy for constructing composite photocatalysts

Xiaohan An, Ying Wang, Jinjin Lin, Jinni Shen, Zizhong Zhang, Xuxu Wang

Science Bulletin, 2017, 62(9): 599-601

在纳米尺度上构筑异质结和异相结是设计和制备复合光催化材料的最有效方法。本文以光催化水分解和二氧化碳还原为光能转化目标反应,介绍了异质结的成因、作用原理以及研究进展。作者认为,内建电场和纳米尺寸效应是异质结光催化材料具有高光催化活性的两个主要原因;并且基于异质结的特点,提出了异质结调控的主要思路和策略。作者强调,在构建异质结时,应区别两个半导体组元在异质结构中作用,综合考虑带隙、费米能级或功函数、价导带电势、电子或空穴迁移率、形貌维度的匹配,方能有效调控光催化材料的光吸收范围、光生电子和空穴分离、迁移方向和迁移速率。论文虽短,但包含重要信息,且见解新颖,值得光催化同行一读。


Articles

Enhanced photocatalytic hydrogen evolution along with byproducts suppressing over Z-scheme CdxZn1?xS/Au/g-C3N4 photocatalysts under visible light

He Zhao, Xiaoling Ding, Bing Zhang, Yingxuan Li, Chuanyi Wang

Science Bulletin, 2017, 62(9): 602-609

本文通过光沉积法,在g-C3N4基底上生长Au纳米颗粒,然后在Au上负载CdxZn1?xS固溶体,制备了Z型CdxZn1?xS/Au/g-C3N4光催化剂,并对其结构、形貌和光学性能进行了系统研究。以葡萄糖为牺牲剂,研究了Z型光催化剂在可见光(λ>420 nm)下光解水制备氢气的性能。结果表明,Cd0.8Zn0.2S/Au/g-C3N4具有最优异的产氢性能,其产氢速率为123 μmol/(g h),分别是Au/g-C3N4和CdS/Au/g-C3N4的52.2倍和8.63倍;Z型光催化剂产氢活性的提高主要归因于其高的光生载流子分离效率。此外,Cd0.8Zn0.2S的引入,可以抑制光催化过程中副产物CO和CO2的产生。


Cd3(C3N3S3)2 coordination polymer/graphene nanoarchitectures for enhanced photocatalytic H2O2 production under visible light

Jie Xu, Zhenye Chen, Hongwen Zhang, Guibin Lin, Huaxiang Lin, Xuxu Wang, Jinlin Long 

Science Bulletin, 2017, 62(9): 610-618

面对严峻的能源问题和环境问题,寻求新型的清洁能源和环境友好的开发、利用模式是唯一的解决途径。本文利用石墨烯的二维结构性质,巧妙地将具有光催化活性的Cd3(C3N3S3)2八面体配位聚合物 “嫁接”在二维石墨烯的表面,并进一步利用石墨烯优良的电子传输性质,提高了Cd3(C3N3S3)2配位聚合物在可见光照射下催化还原水中溶解的O2形成H2O2的过程。H2O2是一种清洁、高效、较为安全的能源,利用光催化技术实现对其的高效制备具有巨大的意义和价值。


Photoelectrocatalytic activity of an ordered and vertically aligned TiO2 nanorod array/BDD heterojunction electrode

Yanhe Han, Lei Zhang, Yafei Wang, Haimin Zhang, Shanqing Zhang

Science Bulletin, 2017, 62(9): 619-625

本文通过简单的水热法在BDD电极和FTO玻璃电极表面上制备了阵列TiO2纳米棒。扫描电镜分析表明,在BDD电极表面的TiO2纳米棒阵列明显比FTO玻璃电极表面的要致密且更加有序,并且TiO2纳米棒阵列与BDD电极能形成p-n型异质结,从而有效增强了TiO2的光电催化分解性能,其光电催化水解和有机物降解能力能提高到TiO2/FTO电极的2倍左右。因此,TiO2纳米棒阵列/BDD异质结电极可作为广谱有机污染物的降解以及传感检测元件使用。


Phase-transfer synthesis of α-Co(OH)2 and its conversion to CoO for efficient electrocatalytic water oxidation

Dingyi Guo, Fangfang Chen, Wei Zhang, Rui Cao

Science Bulletin, 2017, 62(9): 626-632

电解水制氢是一种重要的洁净能源技术,其中阳极析氧(OER)半反应动力学过程极度缓慢,是限制电解水过程整体动力学性能和效率的瓶颈性因素之一。因此,寻找高性能、稳性好且廉价的水氧化催化剂成为目前能源领域的一个研究热点。本文采用快速、简便的两相法合成CoO纳米颗粒作为高效的水氧化催化剂。由于在热处理的过程中,随着表面活性剂的去除,CoO纳米颗粒的形成以及颗粒之间产生许多开放空间,使得该材料表现出优异的催化性能。该工作为廉价的水氧化催化剂的设计提供了新思路。


Review

Synthesis and application of transition metal phosphides as electrocatalyst for water splitting

Jinzhan Su, Jinglan Zhou, Lu Wang, Cong Liu, Yubin Chen

Science Bulletin, 2017, 62(9): 633-644

寻找高效析氢反应助催化剂已经成为光催化/光电化学分解水研究的一个热点。过渡金属磷化物因其丰富的地质含量和与贵金属助催化剂相媲美的性能而日益受到重视。本文从过渡金属磷化物的制备方法、催化析氢反应(HER)反应机理、光催化活性表征以及提高其助催化活性的手段等方面进行讨论,发现其在保持高活性并降低催化剂成本上表现出极大的潜力。虽然其在使用过程中存在具有剧毒反应物及生成物参与等问题,但随着对其合成方法与结构性能进一步研究和完善,过渡金属磷化物在未来光催化和光电化学光解水助催化方面将获得广泛应用。

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