能源和環(huán)境危機(jī)是當(dāng)今社會(huì)面臨的兩大關(guān)鍵課題,利用太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)、將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能是解決上述問(wèn)題的重要措施。通過(guò)光催化分解水是直接利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫燃料的有效策略。光催化水分解過(guò)程可以分為三個(gè)基元步驟:光吸收、電荷分離與遷移、以及表面氧化還原反應(yīng)。助催化劑可有效提高電荷分離效率、提供反應(yīng)活性位點(diǎn)并抑制催化劑光腐蝕的發(fā)生,進(jìn)而提高水分解效率。助催化劑也可以通過(guò)活化水分子以提高表面氧化還原動(dòng)力學(xué),進(jìn)而提升整體光催化反應(yīng)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率。本文綜述了助催化劑在光催化反應(yīng)中的重要作用以及目前常用的助催化劑類型,詳細(xì)說(shuō)明了在光催化全解水過(guò)程中雙助催化劑體系的構(gòu)建及作用機(jī)理,并根據(jù)限制全解水的關(guān)鍵因素提出了新型助催化劑的設(shè)計(jì)策略。 

【文章來(lái)源】：物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2020,36(03)北大核心SCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

Co3O4/HCNS/Pt和(b)(Co3O4+Pt)/HCNS全光譜(λ>300 nm)下光催化全解水的活性對(duì)比86

本課題組設(shè)計(jì)一種具有強(qiáng)協(xié)同作用的復(fù)合助催化劑Pt/Ni(OH)2，利用原位光誘導(dǎo)策略，將Ni2P前驅(qū)體光驅(qū)動(dòng)氧化為Ni(OH)2并原位生長(zhǎng)于C3N4納米片上，之后利用靜電相互作用將Pt以小團(tuán)簇的形式選擇性地沉積到Ni(OH)2的表面，形成Pt/Ni(OH)2復(fù)合助催化劑，如圖7所示。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米Pt與Ni(OH)2的緊密接觸引發(fā)了強(qiáng)Ptσ+-Oσ--Niσ+交互作用，這種交互作用在強(qiáng)化電子傳遞的同時(shí)，增強(qiáng)了催化劑在表面反應(yīng)過(guò)程中對(duì)H2O分子的吸附能力，同時(shí)使H―OH鍵更易被活化，有效降低了H2O分子解離的活化能，進(jìn)而提高水分解過(guò)程中的表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率。將Pt/Ni(OH)2復(fù)合助催化劑負(fù)載在C3N4上，活性比單一的Pt或Ni(OH)2助催化劑均明顯提高，Pt/Ni(OH)2-C3N4在420 nm處的光催化全解水的表觀量子效率達(dá)到了1.8%。相較于Pt、Ni(OH)2分別負(fù)載在C3N4上的常規(guī)雙助催化劑體系而言，Pt/Ni(OH)2也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。值得一提的是，Pt/Ni(OH)2作為助催化劑實(shí)現(xiàn)了Ti O2上的全解水反應(yīng)，而常規(guī)的雙助催化劑策略并不能使Ti O2全解水87。4 結(jié)論與展望

水分子在催化劑表面的活化(吸附解離)是水分解反應(yīng)的起始和關(guān)鍵步驟。常規(guī)的產(chǎn)氫助催化劑如Pt等雖然具有良好的吸附質(zhì)子和促進(jìn)質(zhì)子復(fù)合成氫氣的能力，但對(duì)水分子吸附能力較差；而Co、Mn、Ni氫氧化物等氧化助催化劑難以有效地促進(jìn)質(zhì)子復(fù)合。在常規(guī)雙助催化劑修飾的半導(dǎo)體中，這兩種助催化劑通常是空間分離的，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)水分子活化和氫氧產(chǎn)生的促進(jìn)。因此全解水中水分子活化限制了反應(yīng)效率。設(shè)計(jì)新型的復(fù)合助催化劑體系以加速水分解的表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)尤為重要。圖6(a)Co3O4/HCNS/Pt和(b)(Co3O4+Pt)/HCNS全光譜(λ>300 nm)下光催化全解水的活性對(duì)比86


本文編號(hào)：3425299