1 1.内蒙古科技大学 材料与冶金学院, 包头 014010
2 2.稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室, 包头 014010
制备高效稳定的光催化剂对于光催化技术的发展至关重要。本研究采用超声辅助沉积加低温煅烧的方法制备了2H相MoS2/g-C3N4 S型异质结光催化剂(MGCD), 并综合考察了材料的相结构、微观形貌、光吸收性能、X射线光电子能谱、电化学交流阻抗和光电流等对光催化性能的影响。结果表明: 经过超声辅助沉积-煅烧处理, MoS2微米球发生破碎分散结合在g-C3N4纳米片层表面上并形成异质结。可见光下5%MGCD(添加5% MoS2)对罗丹明B(RhB)在20 min时的降解率达到了99%, 且样品重复使用5次后对RhB的降解率仍能达到95.2%, 表现出良好的光催化性能及稳定性。从内建电场形成的角度进一步分析表明, 异质结中MoS2与g-C3N4间耦合形成的内建电场引起的能带弯曲可以有效引导载流子的定向迁移, 并促进光生载流子的分离, 从而提高了光催化反应效率。异质结光催化剂的自由基捕获实验表明: O2-和·OH在催化降解RhB中是主要的活性物种, h+的贡献次之。
石墨相氮化碳 MoS2 S型异质结 稳定性 光催化机理 g-C3N4 MoS2 S-type heterojunction stability photocatalytic mechanism
南昌航空大学 材料科学与工程学院, 南昌 330063
光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物, 但是由于光生电子和空穴的复合率高, 抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO4复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获及电子顺磁共振(ESR)实验等证实了BiOBr/ZnMoO4复合材料形成了S型异质结。实验结果表明, 适当ZnMoO4含量的BiOBr/ZnMoO4异质结可以显著提高BiOBr的光催化性能。与纯BiOBr、ZnMoO4相比, 质量分数15% BiOBr/ZnMoO4在可见光下表现出最佳的光催化活性, 双酚A的光催化降解率达到85.3% (90 min), 环丙沙星的光降解速率常数分别是BiOBr的2.6倍和ZnMoO4的484倍。这可归因于BiOBr和ZnMoO4之间形成了紧密的界面结合和S型异质结, 使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。这项工作为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种简便有效的方法, 对进一步理解Bi基多元异质结光催化材料的构效关系提供了新的理论和实验基础。
S型异质结 内建电场 BiOBr ZnMoO4 光催化 S-scheme heterojunction internal electric field BiOBr ZnMoO4 photocatalysis
1 西南民族大学 电子信息学院 信息材料四川省高校重点实验室，成都 610041
2 电子科技大学 电子科学与工程学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都 610054
采用修饰的高分子网络凝胶法成功制备了Mn2O3复合Mn掺杂ZnO纳米复合光催化剂（Mn：ZnO/Mn2O3），并基于模拟太阳光照射下罗丹明B（RhB）及亚甲基蓝（MB）染料的光降解研究了催化剂光催化降解有机染料的特性。X射线衍射，扫描电子显微镜及BET比表面积测试结果显示，微量（0.1 mol%）Mn掺杂再复合微量（0.2 mol%）Mn2O3后，Mn：ZnO/Mn2O3的颗粒尺寸减小且分散性提高，有效比表面积增大。紫外-可见光吸收光谱表明，相对于纯ZnO，Mn：ZnO/Mn2O3在可见光区域的光吸收能力明显提高。光致发光光谱表明微量Mn掺杂和微量Mn2O3复合促进了光生电子-空穴对的分离。结合X射线光电子能谱，发现可见光吸收能力和光生电子-空穴对分离率的提高源于催化剂表面氧空位的增加以及Mn：ZnO和Mn2O3之间形成的Ⅱ型异质结结构。因此，Mn：ZnO/Mn2O3对RhB的降解展现出稳定且优越的光催化活性。然而，由于Mn2O3的带隙（Eg≈1.4 eV）过窄，其价带位置高于羟基自由基（·OH）的氧化还原电位，因此光生空穴的氧化电势过低，无法生成氧化能力更强的·OH，这导致Mn2O3复合ZnO光催化剂（ZnO/Mn2O3）对RhB和MB的光降解效率降低。此外，Mn：ZnO/Mn2O3对RhB和MB展现出选择性光降解行为，即对容易降解的MB的光降解效率明显降低。这种选择性光催化特性归因于光催化反应过程中活性物种之间的差异性以及催化剂零电荷点和初始染料溶液的pH值之间的关系。
纳米光催化剂 离子掺杂 半导体复合 Ⅱ型异质结 高分子网络凝胶法 Nano-photocatalysts Ions doping Semiconductor coupling Type Ⅱ heterojunction Polymer network gel method
1 中北大学化学与化工学院, 太原 030051
2 中国环境科学研究院, 北京 100012
3 太原理工大学环境科学与工程学院, 太原 030024
国家高度重视新污染物治理, 抗生素作为重点管控新污染物, 其去除技术受到广泛关注, 基于光催化降解抗生素的水处理技术成为研究热点。采用水热法制备了WO3, 并采用室温沉淀法成功构建了S型异质结BiOBr/WO3光催化剂。与BiOBr和WO3相比, S型异质结的形成提高了光催化活性, 降低了光生电子空穴对复合率, 其中质量分数为20%的BiOBr/WO3复合材料光催化性能最好, 在120 min内对环丙沙星的降解率可达94.93%。电子自旋共振和自由基捕获实验表明·O2-是光催化降解中的主要活性组分。高效液相色谱-质谱联用仪检测结果表明降解过程中产生了6种中间体, 并最终矿化为CO2、H2O和其他无机离子。
三氧化钨 溴氧化铋 环丙沙星 光催化 S型异质结 tungsten trioxide bismuth oxybromide ciprofloxacin photocatalytic S-scheme heterojunction
安徽省污染物敏感材料与环境修复重点实验室, 淮北师范大学, 安徽 淮北 235000
通过简单水热法合成了SnNb2O6, 并用沉淀法构建了Ag 表面等离子共振增强的梯型SnNb2O6/Ag3PO4异质结, 通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见光漫反射光谱仪和光致发光光谱仪对样品进行了表征。通过降解次甲基蓝来研究SnNb2O6、Ag3PO4和SnNb2O6/Ag3PO4复合材料的光催化活性。结果表明: SnNb2O6/Ag3PO4比SnNb2O6和Ag3PO4表现出更高的降解能力, SnNb2O6/Ag3PO4的准一级速率常数(Kapp)为0.313 min-1, 分别是SnNb2O6和Ag3PO4的13.1倍和4.8倍。这是由于Ag表面等离子共振增强的梯型SnNb2O6/Ag3PO4异质结方案可以加速电子空穴对的分离, 从而提高整个系统的氧化还原反应能力。
梯型异质结 表面等离子共振 光催化降解 载流子分离 step -scheme surface plasmon resonance photocatalytic degradation carrier separation
1 1.新疆师范大学 化学化工学院, 乌鲁木齐 830054
2 2.新疆师范大学 新疆储能与光电催化材料重点实验室, 乌鲁木齐 830054
S型异质结被广泛应用于光解水产氢和解决环境污染问题。本研究通过简单的水热法制备了单晶WO3/水热处理后的红磷(HRP)复合材料。XPS和EPR等表征结果证实单晶WO3/HRP复合材料形成了S型异质结。5%WO3/HRP异质结复合物在可见光下展现出最佳的光催化活性, 在4 min内对罗丹明B(RhB)的降解率高达97.6%。此外, 制氢速率可以达到870.69 μmol·h-1·g-1, 是纯HRP的3.62倍。这可归功于单晶WO3和HRP之间形成紧密的S型异质结, 使其光生载流子快速分离并提高氧化还原能力。本研究制备的RP基光催化剂为解决日益增长的清洁新能源和饮用水需求提供了参考。
WO3 红磷 光解水产氢 S型异质结 WO3 red phosphorus photocatalytic hydrogen evolution S-scheme heterojunction
中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083
利用光催化技术将CO2转化为燃料有望解决能源危机和温室效应。Zn1-2x(CuGa)xGa2S4具有可见光响应及较高的导带电势, 从热力学上看是较为理想的CO2还原材料, 但是其光催化CO2还原活性仍然较低, 亟待从动力学角度提高其活性。本研究采用Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4与不同比例的CdS纳米颗粒复合, 制备了Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4/CdS异质结半导体材料。通过材料表征证明CdS在Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4微米颗粒上均匀生长并形成了全固态Z型异质结的复合结构。这种结构有效抑制了电子空穴对的复合, 保持了较高的还原电势, 有利于提高光催化性能。在溶液体系中, 所制备的Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4/CdS能够有效地将CO2光催化还原为CO。研究表明, 当Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4与CdS的摩尔比为2 : 1时, 样品的光催化活性达到最优, 是Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4材料的1.7倍, CdS材料的1.6倍。本工作通过构造异质结构, 提高了Zn0.4(CuGa)0.3Ga2S4半导体材料的光催化CO2还原活性, 对人工光合成材料的设计与制备具有较大的参考价值。
光催化 Z型异质结 二氧化碳还原 硫化物 photocatalysis Z-scheme heterojunction carbon dioxide reduction sulfide
1 西北大学 信息科学与技术学院, 西安 710127
2 西安电子科技大学 微电子学院, 西安 710071
提出了一种In04Ga06N/GaN同型异质结构IMPATT二极管。传统GaN基IMPATT器件中存在P型GaN制造工艺不成熟的问题, 本研究方案可成为GaN基IMPATT器件的替代设计方案。详细研究了In04Ga06N/GaN异质结和PN结两种不同结构IMPATT二极管的直流、交流输出特性。结果表明, In04Ga06N/GaN IMPATT二极管在不使用P型GaN的情况下, 可达到优于传统PN结IMPATT二极管的性能。
效率 同型异质结 铟镓氮 IMPATT二极管 efficiency homo-heterojunction InGaN IMPATT diode
1 天津工业大学 环境科学与工程学院
2 天津工业大学 化学化工学院, 天津 300389
Z-型光催化剂可以有效增强电荷分离, 从而改善光催化剂的活性。采用浸渍-煅烧和水热法两步制备Z型BiVO4/GO/g-C3N4光催化剂, 并用不同手段对其进行表征。在BiVO4/GO/g-C3N4的光催化过程中, GO纳米片作为BiVO4和g-C3N4之间的快速传输通道, 可以抑制电子-空穴复合, 显著促进电荷分离, 提高三元异质结的氧化还原能力。与单组分或二元复合物相比, 该催化剂具有良好的光降解罗丹明B(RhB)的能力。在可见光照射下, 它能够在120 min内降解85% RhB, 空穴(h+)在反应中起主要作用。该工作为三元光催化剂体系提供了简单的制备方法, 其中g-C3N4通过GO与BiVO4偶联, 光催化活性显著提高。
BiVO4 g-C3N4 GO 三元催化剂 Z型异质结 BiVO4 g-C3N4 GO ternary photocatalyst Z-scheme heterojunction
