杜玉
,
汤丹丹
,
张高科
,
吴晓勇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61015-4
传统的TiO2半导体光催化剂存在光谱响应范围窄、量子效率低及不易回收等不足,使其在实际应用中受到限制。通过离子掺杂、贵金属沉积和半导体复合等方法对TiO2进行改性可以拓展其光响应范围,其中半导体复合方法最为常用。复合半导体的特殊能带结构能够有效促进光生载流子的界面迁移,实现光生电荷的有效分离,提高光催化性能,且通过固定化或负载可改善TiO2的可回收利用性能。鉴于此,本文针对半导体TiO2的复合和负载制备及其光催化降解有机污染物的性能和反应机理进行了研究。采用条件温和、稳定的溶胶-凝胶法于低温制备出TiO2/海泡石复合物,通过浸渍和焙烧将Ag2O负载于其上,修饰和拓展了TiO2的可见光响应范围,最终获得了可见光响应、高效、稳定的Ag2O-TiO2/海泡石复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附和紫外-可见光光谱(UV-vis)等手段对其物理化学特性进行了表征。 XRD结果表明,复合样品中TiO2呈锐钛矿相和金红石相的混合晶相。 TEM结果表明,复合样品中存在Ag2O和TiO2两种组分,晶格条纹相互交叠形成了异质结结构。 UV-vis谱表明,与TiO2/海泡石相比, Ag2O-TiO2/海泡石复合光催化剂的吸收带边明显红移,展现了较强的可见光吸收能力。 N2吸附-脱附结果表明, Ag2O-TiO2/海泡石复合光催化剂具有较大的比表面积和介孔结构,这有助于增强催化剂对污染物的吸附能力并提供更多的复合位点。 ；以酸性红G为模拟污染废水,研究了焙烧温度和Ag2O负载量等制备条件对所制催化剂可见光催化性能的影响。结果表明,在可见光照射下,焙烧温度为200°C, Ag2O负载量为10%条件下制备的复合光催化剂对酸性红G的降解率为98%,与Ag2O-TiO2、Ag2O/海泡石和TiO2/海泡石等复合物相比, Ag2O-TiO2/海泡石复合光催化剂展现了优异的可见光催化性能。此外, Ag2O-TiO2/海泡石复合光催化剂同样能够在可见光条件下有效降解常见室内空气污染物甲醛,进一步证实了催化剂优异的光催化性能。化学荧光法和活性物种捕获实验表明,复合光催化剂降解有机污染物的活性基团主要是光生空穴和超氧自由基。催化剂能带结构分析表明, Ag2O和TiO2具有相匹配的能带结构,两者复合有利于光生载流子分离和迁移,增强催化剂光催化活性。海泡石作为光催化剂载体能够有效固载光催化成分,增加光催化剂有效表面积和活性位,有利于提高复合光催化剂的吸附性能和回收利用率。
关键词:
氧化银
,
二氧化钛
,
海泡石
,
异质结
,
可见光催化
,
酸性红G
,
光催化机理
韩穗奇
,
李佳
,
杨凯伦
,
林隽
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60974-3
窄带半导体氧化铋(Bi2O3,带宽介于2.1-2.8 eV)因其强的可见光吸收和无毒性等特性而一直被认为是潜在的可见光催化材料.通常, Bi2O3具有a,b,g,d,e和w等六种晶型,其中,a,b和d-Bi2O3具有催化可见光降解有机物的活性.可是,由于其光生电子-空穴复合较快, Bi2O3的光催化活性还很低,远不够实际应用.将半导体与另一种物质如贵金属或其他半导体复合形成异质结是一种有效控制光生电子-空穴复合,提高光催化活性的方法.目前已成功开发了许多Bi2O3基的异质结光催化材料.尤其是通过用卤化氢酸与a-Bi2O3直接作用原位形成的a-Bi2O3与铋的卤氧化合物BiOX (X = Cl, Br或I)的异质结在提高光催化活性和制备方面显示了优越性.然而,具有更强可见光吸收的b-Bi2O3(带宽约2.3 eV)与卤氧化合物的异质结光催化性能却鲜有报道.本文通过用HI原位处理b-Bi2O3形成b-Bi2O3/BiOI异质结.该异质结表现较纯b-Bi2O3和BiOI更高的降解甲基橙(MO)可见光催化活性.通过多晶X射线衍射(XRD)、紫外漫散射(UV-DRS)、扫描电镜、透射电镜(TEM)、X光电子能谱(XPS)和荧光(PL)等手段研究了b-Bi2O3/BiOI异质结,并提出其高催化活性的机理. XRD结果显示,用HI原位处理b-Bi2O3可形成BiOI相,并且随着HI使用量增加,混合物中的BiOI相逐渐增多. HRTEM结果进一步表明,在混合物中的b-Bi2O3和BiOI都是高度结晶态,且两相之间有很好的接触,从而有利于两相之间的电荷移动.根据UV-DRS和ahv =A(hv –Eg)n/2等公式,计算出了b-Bi2O3和BiOI带隙分别为2.28和1.77 eV,以及两种半导体的导带和价带位置. ；b-Bi2O3的导带和价带位置分别为0.31和2.59 eV,而BiOI的导带和价带位置分别为0.56和2.33 eV.这样两种半导体能带结构呈蜂窝状,显然不适合光生电子-空穴的分离.然而, XPS测定结果显示,b-Bi2O3和BiOI相互接触形成异质结后,b-Bi2O3相的电子向BiOI相发生了明显的移动.根据文献报道,当两种费米能级不同的半导体接触时,电子会从费米能级高的半导体移向费米能级低的半导体,直至建立新的费米能级.b-Bi2O3被报道是典型的n型半导体,其费米能级在上靠近其导带位置；而BiOI是典型的p型半导体,其费米能级在下靠近其价带位置.基于此,我们提出了b-Bi2O3/BiOI异质结高催化活性的机理.当b-Bi2O3与BiOI形成异质结时,由于b-Bi2O3的费米能级较BiOI的高,因而电子从b-Bi2O3转向BiOI,直至新的费米能级形成.因此电子在两相之间移动导致了b-Bi2O3能带结构整体下移,以及BiOI能带结构整体上移,使得新形成的BiOI导带和价带位置高于b-Bi2O3的.当该异质结在可见光的照射下,光生电子将移至b-Bi2O3的导带,而空穴会移至BiOI的价带,最终达到了光生电子-空穴分离的效果,产生高的光催化活性. PL测试也证实了b-Bi2O3/BiOI异质结具有更长的光生电子-空穴寿命.
关键词:
光催化
,
异质结
,
氧化铋
,
铋的卤氧化合物
,
甲基橙
贺文兰
,
程孝虎
,
张星
,
李广
,
金绍维
低温物理学报
采用脉冲激光沉积法在（100）0．7wt％Nb：SrTi03（NSTO）衬底上制备了La0．8Sr0．2Mn03（LSMO）／NSTO（100）异质结，仔细研究了原位沉积氧压和真空退火对LSMO／NSTO异质结的结构及其整流伏安特性的调控．X-射线线性扫描和原子力显微镜测量显示，低氧压制备的LSMO／NST0（100）异质结具有良好的外延结构和平整的表面．电流-电压（I-V）盐线显示，沉积氧压为100mTorr的异质p～n结展现出极好的整流伏安特性；而氧压为240mTorr的异质p～n结平缓增加的电流可解释为异质P～n结在界面处晶格缺陷的增加．作为对比，沉积氧压调控的LSMO／SrTiO3（100）薄膜的输运性也被研究．电阻率结果显示，低氧压制备的LSMO薄膜，其电阻率的增加及金属-半导体转变温度L的降低归因于氧空位增加诱导的Mn4＋离子减少及MnO6八面体的畸变．
关键词:
沉积氧压
,
异质结
,
整流特性
,
输运性
徐秀泉
,
吴春笃
人工晶体学报
采用超声辅助沉淀-沉积及光致还原法制备可见光响应的Ag@AgBrH2WO4异质结型光催化剂.采用X射线粉末衍射、扫描电镜和紫外-可见漫反射光谱对其进行表征.以盐酸莫西沙星为模型污染物,对该催化剂在可见光(λ＞420 nm)下的催化活性和稳定性进行了评价,并分别以KI、甲醇、碳酸氢钠为空穴和自由基捕获剂研究了Ag@AgBrH2WO4的光催化反应机理.实验结果表明异质结型Ag@AgBrH2WO4光催化剂在可见光下光照20 min时对盐酸莫西沙星的降解率高达94.8％,样品经4次循环使用后催化活性基本保持不变.催化机理研究表明空穴和·O2-是光催化反应中主要的氧化性物质.
关键词:
Ag@AgBrH2WO4
,
异质结
,
光催化
,
盐酸莫西沙星
张源涛
,
崔勇国
,
张宝林
,
朱慧超
,
李万成
,
常遇春
,
杨树人
,
杜国同
人工晶体学报
doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2005.06.032
采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在p型Si(100)衬底上生长未掺杂的n型ZnO薄膜.在不同的生长温度下,c轴取向ZnO薄膜被生长在Si衬底上,生长所采用的锌源为二乙基锌(DEZn),氧源为氧气(O2).通过X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和荧光光(PL)谱研究了薄膜的结构和光学特性.研究表明温度为610℃时生长的ZnO薄膜显示最好的结构和光学特性.此外,所生长n-ZnO/p-Si异质结的I-V特性曲线都表现明显的整流特性,且反向漏电流很小.在620℃生长的异质结的漏电流相对最大,大于在其它温度下生长的异质结的漏电流.
关键词:
ZnO薄膜
,
Si衬底
,
PL谱
,
异质结
林立
,
黄满红
,
龙立平
,
陈亮
,
陈东辉
材料导报
卤氧化铋BiOX (X=Cl,Br,I)以其特殊的层状结构和合适的禁带宽度显示出了优异的光催化性能,特别是BiOBr和BiOI可以直接作为可见光光催化剂,引起了人们的广泛关注.围绕这两种化合物为中心的异质结型可见光光催化剂具有制备简单、光生载流子分离效率较高和可见光活性普遍较强的特点.主要综述了BiOBr和BiOI两种材料的异质结型可见光光催化剂的制备方法及形貌,以及光催化活性和机理的最新研究进展,并展望了其发展趋势.
关键词:
卤氧化铋
,
可见光
,
异质结
,
光催化
郭军
,
李博
,
胡来归
材料导报
有机太阳能电池作为一种新兴的有着巨大潜力的光电转换器件,吸引了越来越多的关注.综述了有机薄膜太阳能电池主要的两种器件结构的研究进展,即基于无机异质结发展出来的双异质结型有机太阳能电池和基于扩展双层异质结活性层受限的接触面积而提出的体异质结型太阳能电池；阐述了这两种器件结构的工作原理、影响有机太阳能电池光电转换效率的因素以及两种结构的不足之处,并展望了有机太阳能电池发展的广阔前景.
关键词:
太阳能电池
,
异质结
,
光电转换效率
,
工作原理
赵晓锋
,
温殿忠
功能材料与器件学报
doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2008.06.015
基于MEMS技术在P型<100>晶向双面抛光单晶硅片上制作c型硅杯,在C型硅杯上表面扩散P+,采用磁控溅射法在扩散区上制备择优取向为<0002>晶向的n-ZnO薄膜,形成n-ZnO/P-Si异质结.采用HP4280A型C-V特性测试仪分析n-ZnO/p-Si异质结的C-V特性,该异质结为突变结.采用HP4145B型半导体参数测试仪分析n-ZnO/p-si异质结,I-V特性,结果给出,n-ZnO/p-Si异质结在正向偏压下,电流随外加偏压按指数函数增加,反向电流不饱和,采用突变异质结的正反向势垒能带结构对其,I-V特性进行分析.
关键词:
MEMS
,
异质结
,
磁控溅射
,
ZnO薄膜
朱振峰
,
王玉
,
李军奇
,
李广军
,
郭占云
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.16.008
通过浸渍法合成了3D多组分Bi2WO6/TiO2异质结型复合光催化剂,多次浸渍使TiO2粒子层层沉积到花状Bi2WO6结构的表面.采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱(PL)以及紫外-可见漫反射(UV-Vis)吸收光谱分别对所制备的复合光催化剂进行了表征,并以500W氙灯为光源,罗丹明B(RhB)为降解对象,进行了光催化活性测试,考察了不同TiO2复合量对Bi2 WO6光催化剂反应活性的影响.结果表明,异质结型Bi2WO6/TiO2复合光催化剂的光催化活性明显优于纯Bi2WO6和TiO2.当复合15％(质量分数)TiO2时,所制备的复合光催化剂最有效促进电子和空穴的分离,并且光催化活性得到提高.活性提高的原因是所形成的异质结特殊的界面能够显著地降低光生电子和空穴的复合几率,并且具有较高的光吸收能力.
关键词:
浸渍法
,
花状Bi2WO6
,
异质结
,
光催化
,
罗丹明B
余长林
,
周晚琴
,
余济美
,
刘鸿
,
魏龙福
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60170-4
在过去的几十年中,光催化由于具有将太阳能转化为清洁氢化学能和降解各种污染物的广泛应用前景,因而引起了人们广泛关注。近期,很多研究表明,两个具有相匹配电子能级结构的半导体形成接触良好的异质结,可以有效地促进电荷转移和抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合,从而显著提高光催化剂的活性和稳定性。本文主要讨论了异质结对半导体光催化剂的促进作用；分析了异质结对一些典型光催化剂如TiO2, ZnO和Ag基半导体等光催化性能的影响；讨论了异质结光催化剂的制备方法和对光催化过程影响的基本机理；最后,提出了设计和理解异质结促进光催化反应机理所面临的挑战。
关键词:
光催化剂
,
异质结
,
半导体
,
光催化性能
,
有机污染物降解
,
制氢
