催化劑晶面調控異質界面及光催化構效關係研究

《催化劑晶面調控異質界面及光催化構效關係研究》是依託杭州電子科技大學，由張峻擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：催化劑晶面調控異質界面及光催化構效關係研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張峻
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

促進載流子分離是半導體改性的重要內容。對於光催化劑這種光電轉換半導體，通常通過構建異質結的方法提高其光生載流子的分離效率。一般構建異質結時，只考慮了構成異質結的兩種半導體的能帶結構，通過其作用達到延長載流子壽命、提高其分離效率的目的。而異質結的界面結構對載流子傳輸的影響很大，常常被忽視。本項目提出用BiVO4的不同晶面與MoS2構建異質結，通過界面表征，微結構表征研究異質結界面結構的變化，比較其光催化性能的差異，找到一套用催化劑晶面調控異質結的方法。在此基礎上，結合先進的高分辨散射型近場光學顯微鏡技術探測BiVO4不同晶面形成異質結中載流子的輸運規律，揭示不同異質結界面對其影響，在此基礎上構建與光催化的構效關係。

結題摘要

現有的光催化主要思路是通過貴金屬或半導體複合形成異質結，通過光催化劑與複合物之間的能帶協同作用引導光生載流子在異質結之間傳輸，從而達到延長光生載流子傳輸距離和壽命，降低其複合率的目的。在這種方法中，主要考慮的是構成異質結的兩種半導體的能帶結構是否匹配，從而能達到引導分離光生載流子的目的。然而光生載流子能否在異質結之間傳輸，除了能帶結構外，異質結的結構也很重要，因為異質結實際上是在兩種晶體表面形成的界面，不同晶面形成的界面微結構和電學性質會不一樣，對載流子傳輸的影響很大。本項目旨在研究催化劑的不同晶面構建異質結，通過微結構表征、光譜分析，研究異質結界面結構與能帶結構的變化，比較其光催化性能的差異，找到一套用催化劑晶面調控異質界面的方法。主要研究內容有：1．研究了TiO2不同晶面與ZnS納米片複合構建異質結以及光催化構效關係，構建了一種構成n−p−n雙異質結。2．用不同晶面暴露TiO2複合SnS2納米片以進一步驗證n-p-n雙異質結機制。3．研究了用{101}和{001}面暴露銳鈦礦TiO2納米片來n−p−n雙異質結時，晶面比例對異質結效率的影響。結果發現用{101}和{001}面暴露銳鈦礦TiO2納米片複合MoS2時，{101}與{001}面之間不同的暴露比例對n−p−n雙異質結的效率影響很大，在{101}面與{001}面暴露比例為1:2時，n−p−n雙異質結達到一個最大的分離效率。4．系統研究了銳鈦礦TiO2不同晶面分別與二維材料MoS2，WS2複合構建異質結的規律。證實晶面異質結的效率不光與晶面有關，也與兩種半導體的能帶結構匹配性有關。5．進一步研究了曲面暴露的銳鈦礦TiO2複合MoS2，發現曲面暴露的銳鈦礦TiO2與MoS2構建的異質結複合物同樣能有效提高光催化活性。本項目系統研究了TiO2不同晶面構建異質結與光催化構效的關係，建立了一套異質結晶面與能帶匹配的理論，揭示了不同異質結的載流子傳輸特性。