A 光催化能源材料-

1、A. 光催化能源材料分會(huì)主席:鄒志剛、王天民、葉金花、黃柏標(biāo)、王心晨A-01光催化材料:最新的進(jìn)展及挑戰(zhàn)葉金花天津大學(xué)A-02染料敏化石墨烯復(fù)合物中的受激電荷轉(zhuǎn)移與表面反應(yīng)呂功煊中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所A-03高效BiOI光催化材料的理論研究趙宗彥, 戴文武昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 650093當(dāng)前全球范圍內(nèi)面臨的能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻。太陽(yáng)能是綠色、可再生新能源的典型代表,其高效利用可以從根源上緩解或解決上述兩大問(wèn)題。在太陽(yáng)能利用形式中,光催化技術(shù)屬于典型的人工模擬光合作用。它不僅可以分解水產(chǎn)生氫氣、還原二氧化碳制取碳?xì)淙剂?還可以降解各類污染物,因此可以同時(shí)解決能源短缺和

2、環(huán)境污染問(wèn)題。經(jīng)過(guò)近三十余年的開(kāi)發(fā)與研究,目前光催化技術(shù)仍面臨著太陽(yáng)光譜響應(yīng)范圍窄和量子效率低的難題。對(duì)此,相關(guān)的研究集中在傳統(tǒng)光催化材料的改性研究和新型高效光催化材料的開(kāi)發(fā)。鹵氧化鉍是一類具有開(kāi)放層狀結(jié)構(gòu)的新型光催化材料,其中碘氧化鉍的帶隙較小(1.9 eV、光吸收系數(shù)高,因此在可見(jiàn)光激發(fā)下具有較高的光催化活性。但是碘氧化鉍存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷是其還原電勢(shì)較低,無(wú)法分解水產(chǎn)氫。為了從根本上理解碘氧化鉍在光催化反應(yīng)中的基本物理化學(xué)性質(zhì),我們采用基于密度泛函理論的第一性計(jì)算方法,構(gòu)建相應(yīng)合理模型,對(duì)碘氧化鉍各方面的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)、詳細(xì)的分析研究。首先對(duì)碘氧化鉍電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)

3、的分析,發(fā)現(xiàn)相對(duì)其它的鹵氧化鉍材料,由于I-5p電子態(tài)較高的能級(jí)與O-2p電子態(tài)雜化形成價(jià)帶頂,因而其帶隙明顯較窄。然后我們對(duì)其中的各類點(diǎn)缺陷(空位、反位、雜質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)地分析,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)缺陷可以抬升其還原電勢(shì),從而實(shí)現(xiàn)分解水制氫的止目標(biāo)。隨后,我們還對(duì)碘氧化鉍的表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、納米超薄膜、合金化、異質(zhì)結(jié)等多方面的性質(zhì)進(jìn)行深入的探討。通過(guò)上述理論研究,我們對(duì)碘氧化鉍的基本性質(zhì)有了深入的理解,同時(shí)發(fā)現(xiàn)采用合適的改性方法,不僅可以實(shí)現(xiàn)光催化分解水制氫,同時(shí)也可以進(jìn)一步增強(qiáng)其光催化活性。這些理論研究結(jié)果為開(kāi)發(fā)高效碘氧化鉍光催化材料提供了有力的理論支持。關(guān)鍵詞:光催化;碘氧化鉍;第一性原理計(jì)算;分解

4、水制氫A-04具有寬光譜響應(yīng)和高光催化活性的硅酸銀光催化材料制備與性質(zhì)研究王澤巖1, 黃柏標(biāo)1, 婁在祝1, 戴瑛21. 山東大學(xué)晶體材料研究所2. 山東大學(xué)物理學(xué)院光催化技術(shù)因其在解決能源與環(huán)境問(wèn)題方面的潛在應(yīng)用,受到了世界各國(guó)科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。然而,光催化材料的光譜響應(yīng)范圍窄和載流子分離效率低的問(wèn)題嚴(yán)重制約了光催化效率的提高及其在解決能源與環(huán)境問(wèn)題方面的實(shí)際應(yīng)用。銀基光催化材料由于Ag離子獨(dú)特的d10電子構(gòu)型以及Ag納米顆粒的表面等離子體共振效應(yīng),使含銀材料表現(xiàn)出良好的光吸收特性。基于對(duì)極性材料內(nèi)建電場(chǎng)及不同配位離子間的電荷轉(zhuǎn)移促進(jìn)光生載流子分離方面的研究,結(jié)合硅酸鹽豐富的配位環(huán)境,我們

5、制備了Ag6Si2O7和非晶硅酸銀新型光催化材料1,2。Ag6Si2O7是一種具有單斜晶體結(jié)構(gòu)的極性晶體,在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域具有強(qiáng)烈的光吸收。Si-O八面體在該材料內(nèi)部形成共角的Si2O7基團(tuán),并提供12個(gè)Ag+位置,形成3種不同配位環(huán)境的Ag-O鍵。通過(guò)對(duì)材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論模擬,發(fā)現(xiàn)具有不同配位環(huán)境的Ag-O鍵有利于光生載流子的分離。并且在沿材料內(nèi)部b軸方向的內(nèi)建電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)作用下,光生載流子的分離效率進(jìn)一步增強(qiáng)。在材料內(nèi)部極化電場(chǎng)和不同配位離子間電荷轉(zhuǎn)移的協(xié)同作用下,Ag6Si2O7在可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)下降解有機(jī)染料過(guò)程中表現(xiàn)出極高的光催化活性。在此基礎(chǔ)上,利用共沉淀法制備了系列非晶硅酸銀光催化材

6、料。通過(guò)調(diào)節(jié)制備過(guò)程中前驅(qū)體Ag/Si比例及溶液pH值,實(shí)現(xiàn)了硅酸銀帶隙從450-900nm連續(xù)可調(diào)。實(shí)驗(yàn)表明Si的比例對(duì)材料能帶及光催化活性具有重要影響,當(dāng)Ag/Si=3.20時(shí)材料具有最高的光催化活性。并結(jié)合理論計(jì)算模擬,對(duì)非晶硅酸銀的能帶及光催化活性的調(diào)控規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)研究。關(guān)鍵詞:光催化,可見(jiàn)光吸收,載流子分離,硅酸銀A-05低溫原位制備新型化合物半導(dǎo)體p-n結(jié)光電薄膜及器件雷巖,賈會(huì)敏,鄭直*許昌學(xué)院河南省微納米能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)筑高效低成本的新型納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池,揭示器件內(nèi)部界面微結(jié)構(gòu)與最終光伏性能之間的關(guān)系,是未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。p-n結(jié)是太陽(yáng)能電池的

7、工作基礎(chǔ),但是其復(fù)雜的制備過(guò)程需要消耗較高的能量且會(huì)造成一定程度的環(huán)境污染。有效降低p-n結(jié)制備過(guò)程的能耗對(duì)新型太陽(yáng)能電池制備意義重大。本文利用部分化合物半導(dǎo)體可低溫(室溫合成的特性,在半導(dǎo)體或?qū)щ娀妆砻娴蜏卦恢苽淞薃g2S、CuS、Ag3CuS2、CuI、Ag2Se、BiOI和BiOBr等一系列化合物半導(dǎo)體納米晶光電陣列薄膜,并將致密、均勻的片狀或金字塔狀的有序陣列p-n結(jié)薄膜制作成低成本太陽(yáng)能電池器件1, 2。特別是基于Ag2S和CuAgS2組裝的太陽(yáng)能電池器件(沒(méi)有進(jìn)行界面修飾表現(xiàn)出優(yōu)異的短路電流密度,達(dá)到每平方厘米20毫安3,同時(shí)具有較高化學(xué)穩(wěn)定性和較大的光吸收系數(shù)(光吸收可以擴(kuò)展

8、到近紅外區(qū),幾百個(gè)納米厚的薄膜就可以有效地吸收和利用太陽(yáng)光。在沒(méi)有進(jìn)行任何封裝的情況下可以保持光電轉(zhuǎn)化性能一年以上。我們還研究了此類電池內(nèi)部界面微結(jié)構(gòu)變化與光吸收、激子擴(kuò)散及解離、載流子傳輸?shù)冗^(guò)程的關(guān)系,并利用瞬態(tài)表面光電壓技術(shù)對(duì)器件的異質(zhì)結(jié)類型、載流子壽命和光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了深入的研究,發(fā)現(xiàn)有機(jī)/無(wú)機(jī)材料異質(zhì)結(jié)界面的性質(zhì)對(duì)器件的光電轉(zhuǎn)化能力起到了決定性的作用4。該類低溫原位方法制備的p-n結(jié)薄膜能有效地提高光生載流子的分離并抑制電子空穴復(fù)合。具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)快捷且重復(fù)性好,產(chǎn)品易成膜、能耗低、環(huán)境友好、可大面積制備等優(yōu)勢(shì),同時(shí)克服了傳統(tǒng)成膜過(guò)程中顆粒團(tuán)聚、微觀結(jié)構(gòu)破壞、雜質(zhì)引入、高溫退火、

9、機(jī)械穩(wěn)定性差等問(wèn)題。這項(xiàng)工作的完成為制造大面積、低成本及低能耗光電薄膜及器件提供了一種新的思路和可靠方法。A-06石墨相氮化碳光催化研究進(jìn)展王心晨福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院,福州利用太陽(yáng)能光催化分解水制氫和CO2光固定, 實(shí)現(xiàn)從太陽(yáng)能到化學(xué)能的直接轉(zhuǎn)化, 是未來(lái)最重要和最簡(jiǎn)捷的氫能生產(chǎn)技術(shù)之一, 在解決能源短缺和環(huán)境污染方面具有重要科學(xué)意義和重大應(yīng)用前景. 近40年來(lái), 人們開(kāi)發(fā)了數(shù)百種無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化劑,但是這些催化劑尚無(wú)同時(shí)具備高量子效率和高可見(jiàn)光利用率, 而且催化劑的主要組份大都包含昂貴的、資源稀缺材料, 難以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用.因此,開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定、廉價(jià)和環(huán)境友好的可見(jiàn)光光催化劑成為

10、當(dāng)前國(guó)際光催化研究的前沿和發(fā)展方向之一. 近年來(lái), 一種僅由C、N兩種元素通過(guò)sp2雜化組成的共軛半導(dǎo)體石墨相氮化碳(g-C3N4, 由于其獨(dú)特的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性, 被作為一類不含金屬成分的新型可見(jiàn)光光催化劑,引起了人們的廣泛關(guān)注. 本文介紹了我們課題組在聚合物光催化劑和助催化劑研究中的一些新進(jìn)展, 如:聚合物的摻雜改性、組成-結(jié)構(gòu)調(diào)控、表/界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制、金屬有機(jī)框架聚合物在人工光合成中的助催化作用等。A-08高效 WO3/CdS 核殼納米線陣列光電極的制備及光生電荷分離研究李海金1,2, 周勇1, 鄒志剛11. 南京大學(xué)環(huán)境材料與再生能源研究中心2. 安徽工業(yè)大學(xué)能源緊缺與環(huán)

11、境污染是人類可持續(xù)發(fā)展的兩大急需解決的問(wèn)題。作為綠色能源技術(shù)之一的光催化技術(shù)成為能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高效光催化劑應(yīng)該具有合適的能帶帶隙以便吸收更多的光能,產(chǎn)生更多的光生電荷;其次還應(yīng)具有合適的能帶結(jié)構(gòu)即導(dǎo)帶和價(jià)帶的電勢(shì)要符合發(fā)生氧化還原反應(yīng)的熱力學(xué)要求;第三,光生電子與空穴能夠有效分離以便有更多的電荷參與氧化還原反應(yīng)。然而,單一成分的光催化劑難以同時(shí)達(dá)到上述要求。設(shè)計(jì)與制備多組分、多相光催化材料,發(fā)揮各組分的優(yōu)勢(shì),達(dá)到提高光催化性能的目的。因此,我們用兩步氣相沉積法成功制備了WO3/CdS核殼納米線陣列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CdS沿著WO3納米線的軸線方向均勻的附著在WO3納米線的整個(gè)表面,形成了W

12、O3/CdS核殼異質(zhì)結(jié)。由于CdS比WO3帶隙更小,增加了WO3/CdS納米線的可見(jiàn)光吸收,提高了可見(jiàn)光區(qū)的光利用率。在WO3/CdS核殼結(jié)構(gòu)的界面處形成了內(nèi)建電場(chǎng),在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下,CdS的光生電子向WO3的導(dǎo)帶遷移, WO3的光生空穴向CdS 的價(jià)帶遷移,有效抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。WO3納米線為單晶結(jié)構(gòu),減少了復(fù)合中心,同時(shí)納米線有利于光生電荷的快速傳輸,亦減少了光生電子和空穴的復(fù)合幾率。因此,與WO3和CdS相比,WO3/CdS 核殼納米線的光電流、電化學(xué)阻抗及熒光電子壽命均得到了改善與提高,增強(qiáng)了WO3/CdS核殼納米線的光電催化活性。關(guān)鍵詞:光電催化;異質(zhì)結(jié);光電極;WO3/

13、CdSA-09納米Au不同吸收模式(帶內(nèi)躍遷和帶間躍遷驅(qū)動(dòng)的可見(jiàn)光光催化:從有機(jī)物降解到水分解劉樂(lè)全1, 歐陽(yáng)述昕1, 王德法1, 葉金花1,21. 天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院TU-NIMS聯(lián)合研究中心2. 日本國(guó)立物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)近年來(lái)興起的以Au光吸收作驅(qū)動(dòng)力的光催化,為解決寬帶隙半導(dǎo)體(Eg>3.0 eV在可見(jiàn)光區(qū)域響應(yīng)問(wèn)題提供了一個(gè)嶄新的思路,現(xiàn)已發(fā)展成為光催化領(lǐng)域的一重要研方向。為有效利用長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光,我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了Au納米棒TiO2和Au納米籠C-TiO2兩個(gè)體系,1-2實(shí)現(xiàn)了TiO2復(fù)合材料在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域的響應(yīng)。首次報(bào)道了Au/SrTiO3可見(jiàn)光水氧化活性,對(duì)該體系的敏化

14、歷程深入研究發(fā)現(xiàn):Au/SrTiO3上的可見(jiàn)光水氧化的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于Au納米顆粒的帶間躍遷(Interband transition而非LSPR效應(yīng)。3另一方面,我們從促進(jìn)載流子分離效率的角度入手,設(shè)計(jì)制備了Au/SrTiO3/TiO2體系,可見(jiàn)光效率得到有效提升。4關(guān)鍵詞:Au,局域等離子體共振,帶間躍遷,可見(jiàn)光光催化,水分解A-10BiPO4光催化材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與活性增強(qiáng)的研究朱永法(清華大學(xué)北京 100084BiPO4系光催化材料是一類含氧酸鹽結(jié)構(gòu)的新型光催化材料,具有光催化活性高及具有納米結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),是目前光催化材料研究的重要方向之一。采用多種方法可控合成了獨(dú)居石型磷酸鉍納米棒,帶寬

15、為3.85 eV,對(duì)多種污染物的紫外光催化降解活性是P25 TiO2的2倍。磷酸根的誘導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生的自發(fā)極化,形成的內(nèi)建電場(chǎng)促進(jìn)了電子空穴的分離和傳導(dǎo),是高活性的本質(zhì)原因。磷酸鉍中OH缺陷的存在會(huì)促進(jìn)電子空穴的再?gòu)?fù)合,引起價(jià)帶的提高和導(dǎo)帶的降低,導(dǎo)致光催化速率降低和降解機(jī)理的變化,是制約其活性的主要因素。通過(guò)水熱法控制合成了三種晶型的磷酸鉍,光催化降解亞甲基藍(lán)和甲基橙的速率均為獨(dú)居石型磷酸鉍>單斜磷酸鉍>六方磷酸鉍。電子空穴分離效率是導(dǎo)致三種晶相磷酸鉍活性差異的主要原因3。理論計(jì)算表明,獨(dú)居石型磷酸鉍由于PO4四面體的扭曲程度最大,產(chǎn)生的偶極距最大,最有利于電子空穴的分離,使得光催化

16、活性最高。通過(guò)磷酸酯的高溫水解法,可控合成了磷酸鉍納米晶。其中9nm的樣品去除油酸后的比表面積是75m2/g,是水熱合成樣品的25倍,其光催化活性比P25 TiO2提高3.6倍左右,是水熱合成磷酸鉍的樣品的兩倍2。通過(guò)水熱合成條件的優(yōu)化,可以合成出直徑40納米的磷酸鉍納米棒,其光催化性能是可以達(dá)到P25 TiO2的3倍左右7。并通過(guò)加熱回流法,在常壓下批量合成了磷酸鉍納米棒光催化材料,其活性可以達(dá)到P25 TiO2提高2.5倍左右。通過(guò)非晶態(tài)配合物的方法制備獲得了BiPO4薄膜光催化材料,同樣具有很好的紫外光催化活性。采用溶劑熱法合成了形貌可控的磷酸鉍納米棒光催化劑,研究發(fā)現(xiàn)甘油含量、水熱時(shí)間

17、、水熱溫度及前驅(qū)體濃度會(huì)影響磷酸鉍納米棒的形貌及結(jié)構(gòu)。甘油含量和前驅(qū)體濃度主要影響產(chǎn)物形貌,隨著甘油含量的增加,產(chǎn)物的長(zhǎng)徑比先增大后減小。前驅(qū)體濃度越低,所得BiP04納米棒的尺寸越小,長(zhǎng)徑比越大,水熱時(shí)間短時(shí),產(chǎn)物結(jié)晶度差,且為六方相。時(shí)間延長(zhǎng)后轉(zhuǎn)化為單斜相。水熱溫度過(guò)低或過(guò)高均不利于完美晶體的形成,160度時(shí)產(chǎn)物的結(jié)晶度最高。BiPO4納米棒在紫外光下具有良好的光催化性能。其光催化活性受長(zhǎng)徑比和尺寸大小影響的總體趨勢(shì)是長(zhǎng)徑比越大,尺寸越小,其光催化活性越強(qiáng)。結(jié)晶度對(duì)BiPO4的光催化性能影響較大,結(jié)晶度越高,其光催化活性越好,單斜相BiPO,的光催化活性較六方相的強(qiáng)。采用回流法實(shí)現(xiàn)了BiP

18、O4納米棒光催化劑的常壓規(guī)模化合成了。探討了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物比例、pH 值和反應(yīng)物濃度對(duì)BiPO4晶相結(jié)構(gòu)和形貌尺寸的影響,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)物濃度對(duì)產(chǎn)物的形貌尺寸影響較大, 反應(yīng)物比例和pH值對(duì)產(chǎn)物晶相結(jié)構(gòu)和形貌尺寸均有較大的影響, 進(jìn)一步影響B(tài)iPO4光催化劑的活性. 調(diào)控各種因素后可合成出具有單斜相獨(dú)居石/六方相混晶結(jié)構(gòu)的高紫外光活性BiPO4納米棒光催化劑。調(diào)控溫度和時(shí)間煅燒六方相結(jié)構(gòu)BiPO4(HBIP制備異相結(jié)光催化劑。在350600范圍內(nèi),隨著煅燒溫度提高BiPO4由六方相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嗒?dú)居石(nMBIP和單斜相(mMBIP結(jié)構(gòu),并生成了含有不同晶相組分的異相結(jié)結(jié)構(gòu)BiPO4。

19、低溫煅燒對(duì)BiPO4形貌結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸影響不大,高溫煅燒使BiPO4納米顆粒團(tuán)聚和熔融。500煅燒6h的BiPO4光催化劑生成由nMBIP和mMBIP兩種晶相組成的異相結(jié)界面,對(duì)多種有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)(MB、羅丹明B(RhB、甲基橙(MO和苯酚(phenol均具有良好的光催化活性效果,降解以上污染物的表觀速率常數(shù)比HBIP提高10倍以上。利用EIS、自由基捕獲和PL證明異相結(jié)結(jié)構(gòu)BiPO4的光催化氧化降解有機(jī)污染物的活性物種為空穴,異相結(jié)界面能促進(jìn)光生電子和空穴的快速分離,從而進(jìn)一步提高光催化活性。通過(guò)陰離子置換法制備了BiPO4/BiOI可見(jiàn)光復(fù)合光催化劑。BiPO4的存在增強(qiáng)了BiOI可見(jiàn)

20、光下( >420 nm降解和礦化苯酚的速率。當(dāng)復(fù)合光催化劑中BiPO4的摩爾含量為7%時(shí),其可見(jiàn)光下降解和礦化苯酚的速率分別是純BiOI的2倍和4倍。BiPO4與BiOI相互作用產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移,由電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的空穴氧化能力比BiOI的強(qiáng),使BiPO4/BiOI的礦化能力大幅度提高,加強(qiáng)了其降解和礦化苯酚的速率。另外,BiPO4具有較大的偶極矩,復(fù)合物中BiPO4的存在有利于促進(jìn)光生電子和空穴的分離及遷移,從而提高了BiPO4/BiOI的光催化活性。利用超聲輔助煅燒法制備了具有全光譜光催化活性的BiPO4/Bi2WO6異質(zhì)結(jié)光催化劑,對(duì)多種有機(jī)污染物光催化氧化降解具有較好的普適性。在BiPO

21、4/Bi2WO6復(fù)合光催化劑中,形成了以BiPO4納米棒為中心Bi2WO6納米片包裹生長(zhǎng)的類似核殼的結(jié)構(gòu)。BiPO4具有快速分離Bi2WO6光生空穴的能力,Bi2WO6可快速分離傳輸BiPO4光生電子,兩者相互作用加速了光生載流子的分離和提高全光譜光催化活性。通過(guò)原位氟化法合成了氟摻雜BiPO4(F-BiPO4。在一定范圍內(nèi),BiPO4光催化降解亞甲基藍(lán)的活性隨氟摻雜濃度的增大先增加后減小。當(dāng)F:Bi(摩爾比在0.02-0.1范圍內(nèi)時(shí),F-BiPO4的光催化活性都比純BiPO4的強(qiáng),F:Bi為0.03時(shí)活性最強(qiáng),相比于純BiPO4提高了30%。光催化活性增強(qiáng)的原因主要是F-BiPO4對(duì)底物吸附

22、能力的增強(qiáng)、活性面的增多及光生載流子分離速率的增大。過(guò)量的氟會(huì)造成BiPO4中過(guò)多缺陷的形成,導(dǎo)致光生載流子復(fù)合速率增大,使BiPO4的光催化活性下降。將BiPO4與H2O2協(xié)同,提高了體系去除苯酚的速率,并提出了BiPO4及H2O2協(xié)同BiPO4光催化降解苯酚的機(jī)理。BiPO4價(jià)帶頂能級(jí)很低(約3.5 V vs SCE,光照下產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的空穴,可將苯酚快速降解并徹底礦化為無(wú)毒的CO2和H2O。H2O2通過(guò)羥基自由基(OH機(jī)理降解苯酚,可使苯酚迅速轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物,但不能將其徹底礦化。H2O2的加入會(huì)加速BiPO4對(duì)苯酚的轉(zhuǎn)化,但由于H2O2會(huì)吸附在BiPO4表面,消耗礦化能力強(qiáng)的空穴,低濃

23、度的H2O2會(huì)降低BiPO4對(duì)苯酚的礦化速率。當(dāng)H2O2在BiPO4表面達(dá)到吸附飽和后,溶液中游離的H2O2在光照下產(chǎn)生大量OH,大大加速苯酚的轉(zhuǎn)化,間接提高BiPO4對(duì)苯酚的礦化速率。通過(guò)球磨實(shí)現(xiàn)了BiPO4缺陷結(jié)構(gòu)的可控生成,用煅燒退火和水溶液回流對(duì)BiPO4缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修復(fù)。揭示了缺陷結(jié)構(gòu)對(duì)BiPO4光催化活性能、光電性能的影響規(guī)律。球磨后的BiPO4,生成了大量氧缺陷(V O、鉍缺陷(V Bi等體相缺陷。隨著球磨轉(zhuǎn)速的提高和球磨時(shí)間的延長(zhǎng)體相缺陷逐漸增加,BiPO4光催化性能下降明顯。采用不同煅燒溫度退火和不同回流時(shí)間處理后,BiPO4的體相缺陷得到修復(fù),光催化性能有所提高但還仍低于

24、前驅(qū)體BiPO4?；亓鞣ū褥褵筛玫匦迯?fù)BiPO4體相缺陷。交流阻抗結(jié)果表明,缺陷結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響B(tài)iPO4光生電荷的有效分離和傳輸、降低光催化活性?；钚晕锓N捕獲證明缺陷結(jié)構(gòu)不會(huì)改變BiPO4光催化氧化降解機(jī)理,主要氧化活性物種都是空穴。通過(guò)g-C3N4的表面雜化作用,實(shí)現(xiàn)了磷酸鉍光催化材料的可見(jiàn)光活性,并且同時(shí)提高了其紫外光催化活性。4%雜化量時(shí),紫外活性相比水熱樣品提高約2.5倍,而10%雜化量時(shí)可見(jiàn)活性最高。碳化氮與磷酸鉍間的能級(jí)匹配,促使光生載流子得到有效分離,從而提高光催化劑的活性。通過(guò)H2O2與磷酸鉍光催化劑的協(xié)同催化作用,可以加快苯酚等污染物的降解和礦化速率,具有協(xié)同作用。A-

25、11多尺度構(gòu)筑面向太陽(yáng)能燃料光催化材料劉崗中國(guó)科學(xué)院金屬研究所 110016光催化是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用的重要途徑之一,其核心是發(fā)展高效光催化材料。光催化效率是由光吸收、光生電荷分離及光生電荷表面催化轉(zhuǎn)移等三個(gè)過(guò)程共同決定的,高效光催化材料需要協(xié)同實(shí)現(xiàn)這三個(gè)過(guò)程。本報(bào)告將介紹針對(duì)上述三個(gè)關(guān)鍵過(guò)程,基于摻雜、晶面控制、異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及新材料探索策略所取得的最新研究進(jìn)展,特別是對(duì)摻雜原子與缺陷空間分布控制、兩類典型的半導(dǎo)體-半導(dǎo)體核-殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)和金屬性-半導(dǎo)體核-殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體晶面-金屬界面的設(shè)計(jì)與構(gòu)建。關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;光催化;水分解水;光催化劑A-12板鈦礦二氧化鈦晶面調(diào)控及其光催化性能研究許華,

26、 趙明, 葉金花天津大學(xué),材料科學(xué)與工程學(xué)院,TU-NIMS聯(lián)合研究中心 300072半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其在清潔能源與環(huán)境凈化領(lǐng)域的潛在應(yīng)用,近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。板鈦礦二氧化鈦(TiO2因其是一種亞穩(wěn)態(tài)晶相,較難合成純相,所以對(duì)其研究較少。但近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)其具有比銳鈦礦、金紅石相TiO2較負(fù)的導(dǎo)帶電勢(shì),有利于光催化還原反應(yīng)。本工作通過(guò)對(duì)板鈦礦TiO2進(jìn)行晶面調(diào)控,結(jié)合理論模擬計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,系統(tǒng)研究了其暴露晶面與光催化性能之間構(gòu)效關(guān)系。首先,以鈦酸四丁酯、尿素、乳酸鈉為原料,通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液酸度,選擇性合成了暴露121晶面的板鈦礦TiO2納米棒(BT121和暴露211晶面的板鈦礦TiO2納米晶

27、(BT211。理論計(jì)算表明121晶面存在更多未完全配位的Ti原子和較高的表面能,有利于反應(yīng)分子吸附;但其態(tài)密度分布顯示電子更傾向于分布在121晶面暴露的板鈦礦TiO2內(nèi)部,導(dǎo)致激發(fā)態(tài)電子較難向表面遷移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明121晶面暴露的板鈦礦TiO2具有較低的價(jià)帶電勢(shì),而211晶面暴露的板鈦礦TiO2平帶電勢(shì)較負(fù)。以上表面原子結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)特征解釋了BT121在以空穴氧化為主導(dǎo)的光催化降解羅丹名B反應(yīng)中活性較高,而B(niǎo)T211在光催化分解水制氫反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的光催化產(chǎn)氫效率(801 mmol·h-1。關(guān)鍵詞:光催化,板鈦礦TiO2,晶面調(diào)控。A-13氧化亞銅微晶的晶面調(diào)控與光電特性研究高紅

28、, 張俊英, 王天民北京航空航天大學(xué) 100191目的:氧化亞銅是一種金屬缺位的直接帶隙光催化半導(dǎo)體材料,其禁帶寬度約為2.0eV左右,對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)。本文對(duì)氧化亞銅微晶的晶面進(jìn)行了調(diào)控并且對(duì)其光電性質(zhì)進(jìn)行探索和研究。方法:利用水熱法制備了Cu2O,系統(tǒng)研究了原料組成和工藝參數(shù)對(duì)微觀形貌的影響,獲得了一系列具有特殊形貌的氧化亞銅微晶。結(jié)果:氨水能夠定向調(diào)控晶面的選擇性暴露,生物模板能夠?qū)ξ⒕П砻婵锥吹某叽邕M(jìn)行控制,有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸能夠?qū)崿F(xiàn)不同晶面之間的相互轉(zhuǎn)化。結(jié)論:微晶的110晶面和111晶面的表面電性相反,證實(shí)了111晶面帶負(fù)電,110晶面帶正電。氧化亞銅微晶能夠在可見(jiàn)光下將甲醛水溶液分解,同

29、時(shí)釋放出氫氣,而且暴露110晶面的微晶表現(xiàn)出更高的光催化產(chǎn)氫性能。關(guān)鍵詞:氧化亞銅,微觀形貌,光電特性A-14從晶體的結(jié)構(gòu)要素探討光催化材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系黃柏標(biāo)山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組成晶體的結(jié)構(gòu)要素主要有:組成元素的種類和價(jià)態(tài);配位多面體的種類和畸變;配位多面體的三維空間排列方式;微觀對(duì)稱與宏觀對(duì)稱;缺陷與摻雜等。半導(dǎo)體的能帶與能帶結(jié)構(gòu);晶體的宏觀自發(fā)極化與疇結(jié)構(gòu);載流子行為與光吸收特性,以及其它物理化學(xué)性質(zhì)均由其晶體結(jié)構(gòu)決定。本報(bào)告重點(diǎn)從組成晶體的配位多面體的畸變與配位多面體的極化率,到晶體的剩余極化率和內(nèi)建電場(chǎng)與光生載流子有效分離的關(guān)系,探討了BiOIO3、Bi2O2BO2(

30、OH、Bi2ZnOB2O6、Ag6Si2O7材料的結(jié)構(gòu)與光催化性能的關(guān)系,研究了Amorphous Silver Silicates的寬光譜光吸收和光催化性質(zhì)。探討了不同配位多面體間電子轉(zhuǎn)移機(jī)理,分析了具有不同結(jié)構(gòu)基元的銅基化合物Cu2(OHPO4、Cu3(OH4SO4、 Cu4(OH6SO4和Cu2(OH3Cl的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),對(duì)其紅外光催化和光生載流子分離過(guò)程進(jìn)行了研究。針對(duì)不同價(jià)態(tài)金屬離子對(duì)半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)的影響,提出了價(jià)態(tài)異質(zhì)結(jié),研究了CuO/CuSCN,Mn3O4/MnCO3價(jià)態(tài)異質(zhì)結(jié)材料的結(jié)構(gòu)與光催化性質(zhì)的關(guān)系,分析了Mn3O4/MnCO3價(jià)態(tài)異質(zhì)結(jié)材料的光熱協(xié)調(diào)催化機(jī)理。以Zn

31、O,ZnS為例,提出了陰離子空位濃度可控材料制備方案,研究了陰離子空位對(duì)載流子分離的影響機(jī)理和光催化性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)并制備了具有寬光譜吸收的層狀化合物GeH光催化材料,并研究了其構(gòu)效關(guān)系。探討了鉍基MOF材料的晶體結(jié)構(gòu)與載流子分離的關(guān)系。從組成晶體結(jié)構(gòu)的基本要素出發(fā),揭示材料的光吸收和載流子行為的本質(zhì),為探索新型光催化材料和理解光催化機(jī)理提供了一條思路。A-15高效p-n型雙光子光電化學(xué)太陽(yáng)能水分解電池羅文俊南京工業(yè)大學(xué) 210009光電化學(xué)水分解電池可以直接將太陽(yáng)能儲(chǔ)存為氫能。自Fujishima和Honda在1972年報(bào)道了TiO2光電化學(xué)電池可以將水分解為氫氣和氧氣以來(lái),人們做了大量的研究來(lái)提

32、高光電極的性能,但太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率依然很低。把水分解為氫氣和氧氣需要1.23V的偏壓,以及大約0.6V的過(guò)電勢(shì)和電阻損耗。因此, 單個(gè)光電極材料分解水至少需要1.8eV的帶隙,這遠(yuǎn)大于太陽(yáng)能利用的最優(yōu)帶隙。p-n雙光子光電化學(xué)電池可以利用更長(zhǎng)波長(zhǎng)的太陽(yáng)光,同時(shí)能提供足夠高的光電壓。在本報(bào)告中,我們將提出幾種提高BiVO4、Ta3N5、Fe2O3光陽(yáng)極和Cu2ZnSnS4光陰極性能的新方法。經(jīng)改性后,使BiVO4和Ta3N5光電極分解水太陽(yáng)光電流達(dá)到當(dāng)時(shí)的世界最高值。此外,我們還首次利用這種高性能BiVO4光電極實(shí)現(xiàn)了戶外分解天然海水產(chǎn)氫。關(guān)鍵詞:光催化;光電化學(xué);太陽(yáng)能制氫;水分解A-16Ag/

33、TiO2反點(diǎn)陣列材料的可控制備及其可見(jiàn)光光催化性能研究祁洪飛1, 周學(xué)禮1, 王天民21. 北京航空材料研究院鋼與稀貴金屬研究所2. 北京航空航天大學(xué)凝聚態(tài)物理與材料物理研究中心為進(jìn)一步提高TiO2的可見(jiàn)光利用率及光生載流子的分離效率。通過(guò)對(duì)膠體晶體微結(jié)構(gòu)的反向復(fù)制,設(shè)計(jì)并制備了三維空間上高度有序的Ag/TiO2反點(diǎn)陣列材料。采用SEM、XRD、UV-Vis等手段對(duì)反點(diǎn)陣列材料的結(jié)構(gòu)和光催化性能進(jìn)行了表征與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明: Ag/TiO2反點(diǎn)陣列具有顯著的可見(jiàn)光光催化活性,其降解亞甲基蘭的可見(jiàn)光活性遠(yuǎn)高于TiO2反點(diǎn)陣列和TiO2薄膜。吀椀伀2反點(diǎn)陣列具有較大的比表面積和形狀各向異性,可迫使負(fù)

34、載于其上的Ag 納米粒子呈單顆粒狀均勻分布,表現(xiàn)出較為明顯的等離子體共振效應(yīng)。這是Ag/TiO2反點(diǎn)陣列材料取得優(yōu)良的可見(jiàn)光活性的物理本質(zhì)。關(guān)鍵詞:可見(jiàn)光光催化,等離子體共振效應(yīng),Ag/ TiO2, 反點(diǎn)陣列A-17聚乙烯醇基共軛聚合物/二氧化鈦復(fù)合光催化材料的研究淡宜, 江龍高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(四川大學(xué),四川大學(xué)高分子研究所 610065共軛聚合物/二氧化鈦復(fù)合光催化材料具備共軛聚合物結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)特性及對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的可調(diào)控特性和二氧化鈦光催化氧化/還原特性,是光催化環(huán)境凈化材料、光催化能源轉(zhuǎn)換材料的重要組成部分。在我們對(duì)聚噻吩、聚3-己基噻吩、聚吡硌等芳雜環(huán)共軛聚合物/二氧化鈦復(fù)合光

35、催化材料研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合我們對(duì)聚乙烯醇的認(rèn)識(shí)和研究積累,基于聚乙烯醇的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境友好性及側(cè)羥基易脫除形成共軛雙鍵的反應(yīng)特性,提出發(fā)展新型聚乙烯醇基共軛聚合物/二氧化鈦復(fù)合光催化材料的新思路。通過(guò)UV-Vis、TGA-FTIR、NMR等分析,系統(tǒng)研究了聚乙烯醇固相消除反應(yīng)和液相消除反應(yīng)形成共軛結(jié)構(gòu)的規(guī)律,進(jìn)一步將形成共軛結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇側(cè)羥基消除技術(shù)與形成二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)的溶膠-凝膠技術(shù)相結(jié)合,制備得到聚乙烯醇基共軛聚合物/二氧化鈦復(fù)合光催化材料,這種材料展現(xiàn)出吸收可見(jiàn)光的特性,并具備較高的可見(jiàn)光催化活性。紫外-可見(jiàn)吸收光譜和氣相色譜測(cè)定結(jié)果表明,可見(jiàn)光輻照下,復(fù)合光催化材料能使羅丹明B、甲基

36、橙等液相模型污染物溶液快速脫色,使正己烷等氣相模型污染物直接礦化為二氧化碳和水。聚乙烯醇基共軛聚合物/二氧化鈦復(fù)合光催化材料制備方法簡(jiǎn)便,通過(guò)聚乙烯醇側(cè)羥基的反應(yīng)不僅可形成共軛結(jié)構(gòu),而且可形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu),在光催化環(huán)境凈化和光催化能量轉(zhuǎn)化方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。感謝研究生楊海剛、宋遠(yuǎn)卿、張見(jiàn)玲、曹紹強(qiáng)、張錦等同學(xué)的努力工作;感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50573052 和 51173116的資助。關(guān)鍵詞:聚乙烯醇;共軛聚合物;二氧化鈦;復(fù)合光催化材料;光催化性能A-18二氧化鈦復(fù)合納米材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控及光還原CO2為碳?xì)淙剂贤课膹V, 周勇,* 鄒志剛*南京大學(xué)環(huán)境材料與再生能源中心關(guān)鍵詞:TiO

37、2, 光催化還原CO2,Au,Z結(jié)構(gòu)A-19光熱協(xié)同催化探索王文中, 蔣東中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所 200050光催化及熱催化是兩種典型的可持續(xù)、清潔技術(shù)手段,在水分解、水煤氣轉(zhuǎn)換、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs氧化消除等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而,在實(shí)際應(yīng)用中兩項(xiàng)技術(shù)均存在一些不足。例如,光催化效率低,僅能利用紫外光和部分可見(jiàn)光,占50%的紅外光難以激發(fā)多數(shù)光催化材料,僅帶來(lái)低值的熱能;熱催化雖然效率高,但是在低溫區(qū)效率低甚至不能被激活、易失活等。探索合適的材料體系對(duì)光、熱催化過(guò)程進(jìn)行聯(lián)合、協(xié)同,將有助于兩項(xiàng)技術(shù)在環(huán)境凈化、太陽(yáng)能利用等領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用實(shí)踐。我們?cè)诠狻岽呋牡蜏芈?lián)合及協(xié)同方

38、面開(kāi)展了探索性的工作,特別對(duì)過(guò)渡金屬半導(dǎo)體氧化物的可控合成、光/熱催化特性及兩者之間的協(xié)同機(jī)制進(jìn)行了深入的研究。將Bi引入CeO2,同時(shí)拓展了后者的可見(jiàn)光利用及低溫可還原性,使Ce x Bi1-x O2-固溶體在低溫(20-70o C下對(duì)甲醛的催化氧化中展現(xiàn)出顯著的光、熱催化聯(lián)合;反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析表明,光、熱催化過(guò)程之間相互促進(jìn),產(chǎn)生了遠(yuǎn)高于兩者疊加的協(xié)同性能。另外,近期研究發(fā)現(xiàn),MnO x-CeO2固溶體擁有覆蓋紫外-可見(jiàn)-紅外的全光譜利用(光-熱及光-電轉(zhuǎn)換,室溫下對(duì)甲醛的催化氧化中即呈現(xiàn)顯著的光、熱催化協(xié)同;材料經(jīng)歷長(zhǎng)期暗反應(yīng)失活后可通過(guò)光照再生。此外,催化技術(shù)內(nèi)部相關(guān)物理、化學(xué)過(guò)程間的協(xié)

39、調(diào)對(duì)光、熱催化協(xié)同的實(shí)現(xiàn)同樣關(guān)鍵。在Au-CeO2對(duì)丙烯的催化氧化中發(fā)現(xiàn),少量Au(0.25-1wt%的加入即可顯著提升材料的光催化與熱催化能力,然而Au納米顆粒的含量及尺寸對(duì)包括等離子體共振(SPR光吸收、光生載流子分離、反應(yīng)物吸附活化在內(nèi)的多個(gè)物理、化學(xué)過(guò)程存在復(fù)雜交錯(cuò)的影響,只有合適的含量及尺寸方能平衡各個(gè)過(guò)程,從而發(fā)揮出最優(yōu)的光、熱協(xié)同催化能力。關(guān)鍵詞:光催化,光致熱效應(yīng),協(xié)同催化,CeO2A-20人工光合成:光催化還原CO2為太陽(yáng)燃料周勇南京大學(xué)環(huán)境材料與再生能源研究中心A-21不同形貌的CaTiO3微納結(jié)構(gòu)對(duì)光催化性能的影響董偉霞1,2, 趙高凌2, 顧幸勇1, 包啟富11. 景德

40、鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院2. 浙江大學(xué)本論文通過(guò)一步水熱法,在無(wú)表面活性劑或模板的條件下,制備得到了不同形貌的CaTiO3微納結(jié)構(gòu)。利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜分析儀對(duì)在不同制備參數(shù)下所獲得的具有不同形貌的CaTiO3微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光吸收、漫反射以及光催化性能的研究。揭示了不同形貌CaTiO3晶體對(duì)光學(xué)性能和光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:盡管CaTiO3的化學(xué)組成元素與結(jié)晶度相差不大,但形貌對(duì)CaTiO3微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)和光催化活性有著顯著影響。獨(dú)特的蝴蝶狀枝晶結(jié)構(gòu)由于有序排列的納米片為入射光提供傳輸路徑,同時(shí)光在納米片中經(jīng)過(guò)多級(jí)反射和散射的作用,因而具有較低的反射率和較高的光捕獲能力。因此CaTiO3蝴蝶狀

41、枝晶具有較好的光降解活性。與傳統(tǒng)的納米粒子相比,這種蝴蝶狀枝晶因?yàn)槠鋵儆谖⒚?納米結(jié)構(gòu),不易團(tuán)聚,且極易回收再利用。因此,可以在光催化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:CaTiO3, 微納結(jié)構(gòu),光學(xué)性能,光催化性能A-22固相法合成Fe2O3/AgNbO3光催化劑及其性能研究廖潤(rùn)華, 王竹梅, 杜潔, 李月明, 喻徐良景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院 333403采用Nb2O5和AgNO3為前驅(qū)物進(jìn)行固相法合成AgNbO3粉體,再以Fe(NO33·9H2O和AgNbO3為前驅(qū)體采用浸漬燒結(jié)法合成Fe2O3/AgNbO3復(fù)合光催化材料。由XRD分析可知此次試驗(yàn)合成了Fe2O3/AgNbO3復(fù)合光催化材料,并

42、且Fe的摻雜并未改變本體AgNbO3的晶型結(jié)構(gòu),由SEM分析圖片可觀察到合成的粉體粒徑不是很均勻,粒徑較大,且團(tuán)聚現(xiàn)象出現(xiàn)。以實(shí)驗(yàn)合成的Fe2O3/AgNbO3復(fù)合光催化材料作為催化劑降解亞甲基藍(lán)模擬廢水,考察了Fe的摻雜量及煅燒溫度對(duì)AgNbO3降解效果的影響。結(jié)果表明摻雜量為1wt%Fe,煅燒溫度為3000C合成的催化劑在自然光下5h降解率為68.46%,汞燈下1h降解率為96.59%。關(guān)鍵詞:AgNbO3;光催化降解;固相法A-23半導(dǎo)體材料光催化活性與物理性能之間的關(guān)系郝維昌, 王天民北京航空航天大學(xué)物理系 100191半導(dǎo)體光催化材料的活性取決于材料的物理性能和材料的結(jié)構(gòu)。到目前為止

43、關(guān)于材料的物理性能與光催化活性之間的探討還十分有限。本文擬從自旋軌道耦合、應(yīng)力和電子有效質(zhì)量等基本的物理特性出發(fā),探討半導(dǎo)體材料的物理性能與光催化活性之間的關(guān)聯(lián)和規(guī)律。目前,我們的研究還處在把簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜化的階段,希望通過(guò)努力,能實(shí)現(xiàn)在基本物理問(wèn)題上建立統(tǒng)一的物理模型。關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體,自旋軌道耦合,應(yīng)力,有效質(zhì)量,光催化A-24VIII族金屬納米顆粒光熱催化還原CO2歐陽(yáng)述昕1, 孟憲光2, 劉樂(lè)全1, 葉金花1,21. 天津大學(xué),材料科學(xué)與工程學(xué)院,天津大學(xué)-日本國(guó)家物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合研究中心(TNJRC2. 日本國(guó)家物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)(NIMS,環(huán)境再生材料研究部門(mén)利用太陽(yáng)光及催化劑將CO

44、2還原轉(zhuǎn)化既能降低溫室氣體CO2在大氣中的濃度又能獲得有機(jī)清潔燃料,是一項(xiàng)環(huán)境友好的能源技術(shù)1,2。而傳統(tǒng)的光催化CO2還原方法一直面臨效率低下的瓶頸。本報(bào)告介紹通過(guò)VIII族金屬納米顆粒等離子共振吸收激發(fā)的電子與金屬晶格作用產(chǎn)生熱能而誘導(dǎo)光熱催化的方法,實(shí)現(xiàn)了高效的以H2為氫源的CO2還原。CO2光熱催化還原的表征結(jié)果表明貴金屬的Ru、Rh及非貴金屬的Ni具有較高的轉(zhuǎn)化效率及選擇性3。我們也進(jìn)一步將Ru與最受關(guān)注的Ib族等離子活性金屬Au進(jìn)行對(duì)比,實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算的結(jié)果表明Ru具有更好的加氫反應(yīng)性能,原因可以歸結(jié)為Ru吸收大部分可見(jiàn)光及紅外光提供更高的光熱反應(yīng)溫度、Ru對(duì)于H2具有更好的解離能

45、力。通過(guò)發(fā)展新型反應(yīng)器將固定相反應(yīng)改進(jìn)為流動(dòng)相反應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)目前利用光能及H2為氫源的CO2還原的最高效率達(dá)到1.14 L/h(光照面積1.8 cm2。綜上所述,VIII族金屬納米顆粒的光熱催化CO2還原為CO2還原轉(zhuǎn)化為有機(jī)燃料提供了一條有益途徑。關(guān)鍵詞:VIII族金屬納米顆粒,光熱催化,等離子共振,CO2還原A-25Bi1-xCexVO4晶體的水熱合成及其可見(jiàn)光催化性能劉國(guó)聰1,2, 董輝1, 韋慶敏21. 惠州學(xué)院化學(xué)工程系新材料研發(fā)和化學(xué)生物傳感技術(shù)所2. 玉林師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院關(guān)鍵詞:Bi1-xCexVO4;水熱合成;光催化;靛藍(lán)溶液A-26Bil-xCexVO4晶體的水熱合成及

46、其可見(jiàn)光催化性能劉國(guó)聰1,董輝1,魏慶敏21.惠州學(xué)院化學(xué)工程系新材料研發(fā)和化學(xué)生物傳感技術(shù)所2.玉林師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院A-27微波輔助溶膠凝膠法合成紅色熒光粉及其發(fā)光性能的研究馮穎, 童義平, 文思惠州學(xué)院 516007紅色熒光粉是白光LED照明應(yīng)用中的一種關(guān)鍵發(fā)光材料,有效改善紅色熒光粉的發(fā)光性能對(duì)制造出高顯色指數(shù)、低色溫,大功率白光LED起到重要作用。熒光粉的合成工藝是影響紅粉的表面形貌和光學(xué)性能的因素之一。選擇和優(yōu)化合成工藝可以有效地改善熒光粉的表面形貌,從而提高熒光粉的發(fā)光性能。微波輔助溶膠凝膠法操作簡(jiǎn)單,節(jié)約了能源,降低了能耗,是一種較有前途的合成發(fā)光材料的方法。采用該法合成的

47、紅粉純度高,粒度適中,結(jié)晶完美,發(fā)光效率高,可用于被近紫外芯片InGaN激發(fā)的白光LED用熒光粉。關(guān)鍵詞:微波輔助溶膠凝膠法,紅色熒光粉,白光LEDA-28Cu2O在TiO2納米管中的填充及其光電性能的研究楊修春, 陳超, 劉巍, 任鵬同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 201804本文采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列,研究不同電解液組成對(duì)生成TiO2納米管形貌的影響。隨后,利用脈沖電沉積技術(shù)在摻雜改性后的TiO2納米管陣列中沉積Cu2O半導(dǎo)體,制備出Cu2O-TiO2納米管陣列雜化材料。采用X射線衍射儀、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、能量分散譜儀、X射線光電子能譜儀、紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)和電化學(xué)

48、工作站對(duì)所制備的樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能表征。發(fā)現(xiàn)選取含1 M H3PO4、0.5 wt.% HF、1 M NaOH的水溶液作為電解液,在電壓為20 V的條件下陽(yáng)極氧化Ti片2 h,制得排列整齊、表面粗糙、管壁呈螺紋狀的TiO2納米管陣列。納米管內(nèi)徑約為75 nm,管壁厚約為37 nm。選取含0.5 wt.% NH4F、3 vol%去離子水的乙二醇溶液作為電解質(zhì),在60 V電壓下二次陽(yáng)極氧化金屬鈦片,第一次陽(yáng)極氧化1 h,第二次陽(yáng)極氧化2 h,在鈦表面制備出排列有序、表面光滑的TiO2納米管陣列。納米管內(nèi)徑約為110 nm,壁厚約為30 nm。采用脈沖電沉積技術(shù)在自摻雜改性的TiO2納米管陣列中沉積

49、Cu2O半導(dǎo)體。研究了不同脈沖次數(shù)對(duì)樣品形貌、可見(jiàn)光吸收和光電轉(zhuǎn)化的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)脈沖次數(shù)為400次時(shí),樣品的沉積效果較好,可以得到最大光電流,約為290 Acm-2。關(guān)鍵詞:陽(yáng)極氧化法,TiO2納米管陣列,Cu2O半導(dǎo)體,脈沖電沉積,光電性能A-29太陽(yáng)能光電催化分解水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及光電極材料的探索李朝升南京大學(xué)環(huán)境材料與再生能源研究中心A-30一步法合成內(nèi)嵌石墨烯量子點(diǎn)的C3N4及光催化性質(zhì)孫再成中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 130033近年來(lái),無(wú)金屬的光催化劑石墨相氮化碳(g-C3N4引起立越來(lái)越多的關(guān)注。這里我們結(jié)合石墨烯量子點(diǎn)的合成與g-C3N4的合成為一體,一步法合成了內(nèi)嵌

50、石墨烯量子點(diǎn)的g-C3N4二維片層結(jié)構(gòu)。通過(guò)石墨烯量子點(diǎn)的引入,成功地將g-C3N4的共軛長(zhǎng)度增長(zhǎng),并將其吸收進(jìn)一步向可見(jiàn)光區(qū)拓展,其帶隙在一定程度上窄化。另一方面,由于石墨烯量子點(diǎn)具有很好的電荷傳輸和存儲(chǔ)功能,高效的促進(jìn)了電荷的分離,使得內(nèi)遷石墨烯量子點(diǎn)的g-C3N4具有更高的光催化性能,其可見(jiàn)光(l > 420 nm產(chǎn)氫速率可以達(dá)到1.59mmol/(gh. 可見(jiàn)光響應(yīng)區(qū)間可以達(dá)到600 nm。關(guān)鍵詞:石墨烯量子點(diǎn),氮化碳,可見(jiàn)光光催化A-31靜電紡絲法結(jié)合相分離制備多孔TiO2納米纖維劉照偉, 湯玉斐, 趙康, 張恒西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 710048目的:TiO2光催化劑

51、具有強(qiáng)氧化能力、化學(xué)性能穩(wěn)定和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),在降解污水和凈化空氣方面具有十分重要的作用。TiO2纖維光催化降解效率較低,目前通過(guò)摻雜改性或增加比表面積以提高其光催化效率。多孔TiO2納米纖維相對(duì)于普通纖維有更高的孔隙率和比表面積,從而具有更好的光催化性能。方法:本文以DMF與乙醇作為溶劑,通過(guò)靜電紡絲法結(jié)合相分離制備PVP/酞酸丁酯復(fù)合纖維,煅燒以后得到了多孔TiO2納米纖維。結(jié)果:研究了DMF與乙醇比例對(duì)于纖維形貌的影響,分析了纖維上孔形貌的影響因素,并通過(guò)光催化性能測(cè)試,得出了性能最優(yōu)的多孔TiO2陶瓷纖維。結(jié)論:在DMF與乙醇為1:3時(shí),多孔TiO2納米纖維比表面積最大,纖維上孔的尺寸

52、集中分布區(qū)間在1525nm;在甲基橙光催化測(cè)試中,其光催化效率最高,在光催化35min后達(dá)到85.2%。關(guān)鍵詞:靜電紡絲,相分離,TiO2,多孔纖維和光催化A-32非線性光學(xué)材料中有效質(zhì)量和內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)于載流子轉(zhuǎn)移的協(xié)同作用李蒙蒙1, 戴瑛1, 馬向超1, 李柱杰1, 黃柏標(biāo)21. 山東大學(xué)物理學(xué)院2. 山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室目的:揭示K3B6O10Br良好的紫外光催化活性的可能來(lái)源并進(jìn)一步提高該類非線性光催化材料K3B6O10X(X=Br,Cl的光催化能力。方法:基于第一性原理計(jì)算,研究了K3B6O10X(X=Br,Cl有效質(zhì)量分布和電偶極矩。結(jié)果:在K3B6O10Br中,內(nèi)建電場(chǎng)與最

53、小的空穴有效質(zhì)量均沿001方向,而電子的有效質(zhì)量具有各向同性的特點(diǎn)。兩者的協(xié)同作用推動(dòng)了載流子沿001方向的有效轉(zhuǎn)移,從而使得001表面載流子的積累最多,表現(xiàn)出最高的光催化能力。同時(shí),由于K3B6O10Cl與K3B6O10Br具有相同的結(jié)構(gòu)與帶邊組成,該協(xié)同作用在K3B6O10Cl中同樣存在。結(jié)論:在K3B6O10X(X=Br,Cl中,內(nèi)建電場(chǎng)和載流子本征轉(zhuǎn)移能力的協(xié)同作用推動(dòng)載流子轉(zhuǎn)移到001表面,使得該表面表現(xiàn)出最高的光催化活性。關(guān)鍵詞:有效質(zhì)量;內(nèi)建電場(chǎng);協(xié)同作用;非線性光學(xué)材料A-33基于雜質(zhì)元素分布控制的一維氧化物納米陣列光電極設(shè)計(jì)與改性沈少華1. 西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)

54、實(shí)驗(yàn)室2. 西安交通大學(xué)國(guó)際可再生能源研究中心本文以窄帶隙半導(dǎo)體-Fe2O3和寬帶隙半導(dǎo)體ZnO的一維納米陣列光電極材料為研究對(duì)象,著眼于光生載流子的強(qiáng)化利用,通過(guò)雜質(zhì)元素分布控制(擴(kuò)展可見(jiàn)光響應(yīng)和提高載流子遷移能力等改性策略提高ZnO和-Fe2O3納米陣列薄膜光電極的光電化學(xué)分解水能力。1針對(duì)窄帶隙半導(dǎo)體-Fe2O3光電極材料的致命缺陷載流子遷移率低和表面水氧化反應(yīng)速率低,本文提出了表面淺層摻雜和體相均相摻雜的雜質(zhì)元素分布調(diào)控的改性策略;發(fā)展了基于“全水溶液”過(guò)程的納米陣列摻雜改性和核殼結(jié)構(gòu)構(gòu)建的新方法。利用熒光光譜、超快激光光譜和同步輻射等先進(jìn)表征技術(shù)深入探索了摻雜型-Fe2O3、核殼結(jié)構(gòu)

55、型-Fe2O3等光陽(yáng)極材料的載流子遷移規(guī)律、光電極/電解質(zhì)界面的電荷傳遞及表面水氧化反應(yīng)機(jī)理。2針對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體ZnO光電極材料無(wú)法利用可見(jiàn)光的缺點(diǎn),基于雜質(zhì)元素分布調(diào)控,成功構(gòu)建了選擇性摻雜的同構(gòu)異質(zhì)結(jié)和能帶梯度調(diào)控的同質(zhì)結(jié)等新型“結(jié)”結(jié)構(gòu),成功實(shí)現(xiàn)了雜質(zhì)元素分布調(diào)控對(duì)光響應(yīng)特性和載流子定向傳輸特性的協(xié)同促進(jìn)作用,獲得了系列具有可見(jiàn)光響應(yīng)的ZnO一維納米陣列光電極材料。綜上,本文提出了基于雜質(zhì)元素分布控制的一維氧化物納米陣列光電極設(shè)計(jì)與改性的新思路,通過(guò)了載流子定向遷移和可見(jiàn)光響應(yīng)特性的耦合調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了-Fe2O3和ZnO等典型氧化物光電極材料的高效光電催化分解水制氫。關(guān)鍵詞:氧化鐵、氧化鋅

56、、光電極、納米陣列A-34雙界面調(diào)控下光解水光陰極的效率提高沈明榮蘇州大學(xué) 215006目前報(bào)道的光解水光電極一般只考慮與溶液接觸的前表面,后界面與電極接觸被認(rèn)為是或制備成歐姆接觸,在這里,我們分別以鐵電薄膜和Si光陰極為例,展示同時(shí)調(diào)控前后兩個(gè)界面來(lái)提高光電極的光電轉(zhuǎn)換效率。表面沉積顆粒大小均勻的Ag納米顆粒,由于能級(jí)匹配及可見(jiàn)光吸收,使得光陰極特性得到顯著提高;也展示了鐵電自發(fā)極化反轉(zhuǎn)對(duì)光電流的影響。最終,在100mW/cm2模擬太陽(yáng)光及相對(duì)于Ag/AgCl零偏壓下光陰極電流達(dá)到110微安/cm2,開(kāi)路電壓為0.76V,并表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。還提出了能帶匹配模型予以解釋。(2利用類似的思想

57、,我們?cè)趎型硅的背電極面采用Al摻雜形成p+層,在其前表面形成金字塔結(jié)構(gòu)后采用2nm超薄Al2O3層鈍化及保護(hù),并進(jìn)行Pt修飾,獲得了接近10%的光電轉(zhuǎn)換效率,且非常穩(wěn)定。這個(gè)效率是目前穩(wěn)定Si光陰極中效率比較高的。關(guān)鍵詞:光解水光陰極;效率提高,界面調(diào)控A-35本征缺陷引起的鉍基紅外光催化性質(zhì)荊濤1, 戴瑛1, 魏巍1, 馬向超1, 黃柏標(biāo)21. 山東大學(xué)物理學(xué)院2. 山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室目的:對(duì)Bi2WO6光催化材料近紅外光催化活性的機(jī)理進(jìn)行研究,為實(shí)驗(yàn)合成新的近紅外光催化材料提供理論指導(dǎo)。方法:通過(guò)第一性原理密度泛函方法研究Bi2MO6(M=W,Mo中本征缺陷的形成能和電子結(jié)構(gòu)

58、。結(jié)果:缺陷形成能表明,在富Bi/貧O的條件下,氧空位缺陷在Bi2WO6和Bi2MoO6中更容易形成。電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明,氧空位能夠在帶隙中引入雜質(zhì)態(tài)。由于其合適的位置,雜質(zhì)態(tài)中的電子可以吸收近紅外光躍遷到導(dǎo)帶。不同于其它本征缺陷,氧空位產(chǎn)生的雜質(zhì)態(tài)非常離域,有利于光生載流子的遷移和光催化反應(yīng)。其次,光生電子和光生空穴能夠在不同層之間分離,將抑制其復(fù)合,從而提高光催化活性。研究還表明,含氧空位的Bi2MoO6也具有類似的電子結(jié)構(gòu)。結(jié)論:氧空位缺陷可導(dǎo)致Bi2WO6具有近紅外光催活性,含氧空位的Bi2MoO6也可能具有近紅外光催化活性。關(guān)鍵詞:光催化近紅外電子結(jié)構(gòu)本征缺陷A-36本征缺陷引起的鉍基紅外光催化性質(zhì)邢濤1,戴瑛1,魏巍1,馬向超1,黃柏標(biāo)21.山東大學(xué)物理學(xué)院2.山東大學(xué)晶體材