物理化学学报 >> 2020, Vol. 36 >> Issue (3): 1905068.doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068
所属专题: 光催化剂
潘金波1,申升1,周威1,唐杰1,丁洪志1,王进博1,陈浪1,区泽堂1,尹双凤2,*()
收稿日期:
2019-05-21
录用日期:
2019-07-08
发布日期:
2019-07-11
通讯作者:
尹双凤
E-mail:sf_yin@hnu.edu.cn
作者简介:
Shuang-Feng Yin obtained his Bachelor Degree in 1996 from Beijing University of Chemical Technology. He subsequently received his Ph.D. from Tsinghua University in 2003. He was promoted to full Professor in Hunan University in 2006. He has been a senior visiting scholar in the Hong Kong Baptist University and Japan Institute of Integrated Industrial Technology from 2008 to 2009. His research interests focus on photocatalytic energy conversion and C―H bond activation
基金资助:
Jinbo Pan1,Sheng Shen1,Wei Zhou1,Jie Tang1,Hongzhi Ding1,Jinbo Wang1,Lang Chen1,Chak-Tong Au1,Shuang-Feng Yin2,*()
Received:
2019-05-21
Accepted:
2019-07-08
Published:
2019-07-11
Contact:
Shuang-Feng Yin
E-mail:sf_yin@hnu.edu.cn
Supported by:
摘要:
光催化制氢作为一种具有前景的能源转化方式,受到了广泛关注。但是光催化过程中的三个步骤(光吸收、载流子分离、表面反应)效率较低,目前难以实现工业应用。研究者们对光催化的机理进行了深入研究,并提出了多种策略来调节半导体光催化剂的物理化学性质,以期有效提高光催化剂对可见光的吸收,降低光生载流子的复合,加速表面反应。上述策略包括:制造缺陷、局域表面等离子体共振、元素掺杂、异质结构建、助催化剂负载等。深入研究上述改性策略能够为设计制备高效稳定的光催化剂提供指导。因此,本综述聚焦于优化光吸收、载流子分离、表面反应的机理和改性光催化剂的制氢应用,并对构建高效制氢光催化剂的趋势做出了展望。
MSC2000:
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Table 1
Summary of the strategies for photocatalytic H2 evolution."
Strategy | Photocatalyst | Sacrificial agent | Light source | H2 evolution rate/(μmol·h−1·g−1) | Ref. |
Ov | Vo-γ-Ga2O3 | CH3OH | 125 W mercury lamp | 25600 | |
Ov | Vo-TiO2 | – | 300 W Xenon lamp, AM 1.5 | 160 | |
Ov/HF | C@TiO2−x/g-C3N4 | triethanolamine | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 417.24 | |
Ov/HF | Zn0.3Cd0.7S/WO3–x | Na2S/Na2SO3 | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 3521 | |
LSPR | Ag/g-C3N4 | triethanolamine | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 625 | |
LSPR/HF | TiO2/WO3/Au | CH3OH | 300 W Xenon lamp | 3476.8 | |
LSPR/HF | Cu@Cu2O/ZnO | Na2S/Na2SO3 | 300 W Xenon lamp | 1472.2 | |
ED | O-doped C3N4 | TEOA | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 1690 | |
ED | F-TiO2 | CH3OH | 300 W xenon lamp, λ > 405 nm | 18270 | |
ED | P-doped CdS | – | 90W LED, λ > 420 nm | 231 | |
HF | WS2/CdS | lactic acid | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 61100 | |
HF | Cu2O/C3N4 | TEOA | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 241.3 | |
HF | α-Fe2O3/g-C3N4 | TEOA | 300 W xenon lamp, λ > 400 nm | 31400 | |
HF | CdS/CdWO4 | Na2S/Na2SO3 | 300 W xenon lamp, λ > 420 nm | 2400 | |
CL | Pt/TiO2 nanotubes | glycerol | Solar light | 173.3 | |
CL/LSPR | Pt@MIL-125/Au | TEOA | 300 W xenon lamp, λ > 380 nm | 1743 | |
CL | MoS2/Co-C3N4 | TEOA | 200 W xenon lamp, λ > 400 nm | 1990 | |
CL | Ni-P/g-C3N4 | TEOA | 350 W xenon lamp | 1051 |
Fig 6
(a) Schematic showing the function of Au in TiO2/WO3/Au, (b) UV-Vis absorption spectra, (c) photocurrents, (d) photocatalytic hydrogen production activity of pure TiO2 (S0), TiO2/WO3 (S1), TiO2/WO3/Au-0.3% (S2), and TiO2/WO3/Au-0.45% (S3). Adapted from Appl. Catal. B-Environ. journal, Elsevier publisher 67. "
Fig 9
(a) The morphology and molecular structure of P-doped g-C3N4; (b) PHE over P-doped g-C3N4 (ⅰ), g-C3N4 nanosheet (ⅱ), mesoporous g-C3N4 (ⅲ), and g-C3N4 (ⅳ); and (c) photoluminescence spectra and (d) photocurrent response of P-doped g-C3N4 and g-C3N4. Adapted from ACS Appl. Mater. Inter. journal, ACS publisher 80. "
Fig 11
(A) Schematic of the structure and photocatalytic process of WS2-CdS, (B) graphical representation of visible-light induced charge transfer between CdS and WS2, (C) time-dependent PHE for prepared samples, (D) photocurrent responses of (a) purchased WS2, (b) CdS NRs, and (c) WC-1.6 electrodes. Adapted from Ind. Eng. Chem. Res. journal, ACS publisher 43. "
Fig 13
(a) Synthesis and structure of the nanostructures and hybrids, (b) photoluminescence of ML g-C3N4 (blue), α-Fe2O3/ML g-C3N4 (green), 2D g-C3N4 (pink), and α-Fe2O3/2D g-C3N4 hybrid (3.8%, red), (c) PHE of samples, and (d) energy band diagram of Z-scheme mechanism of α-Fe2O3/2D g-C3N4. Adapted from Adv. Energy. Mater. journal, Wiley publisher 46. "
Fig 14
(a) HRTEM image of TiO2-Au-CdS, (b) energy band diagram scheme of the CdS-Au-TiO2 system. E0(R/O) is the standard electrode potential of MV+/MV2+.DRed2 and DOx2 represent the distribution function for occupied and unoccupied states, respectively, and λ is the reorganization energy. Adapted from Nat. Mater. journal, Nature publisher 90. "
Fig 15
(a) Schematic illustration of the relevant preparation process, (b) excited state electron radioactive decay, (c) proposed mechanism for Z-scheme charge-carrier transfer process, (d) photocatalysis hydrogen evolution ability of the as prepared samples. Adapted from Appl. Catal. B-Environ. journal, Elsevier publisher 91. "
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