先进光催化剂设计与制备
专刊客座编辑: ![]() 余家国教授,欧洲科学院院士 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉 430070 研究兴趣:半导体光催化、电催化、钙钛矿太阳能电池、超级电容器、甲醛室温去除、吸附和吸附材料 ![]() 王伟俊教授 厦门大学马来西亚分校,能源与化工学院,雪兰莪马来西亚43900 研究兴趣:碳基纳米催化材料;二维纳米材料;发展先进材料用于光催化水分解、CO2还原制燃料、固氮合成氨、双氧水生产;光电催化;电催化水制氢、电催化CO2还原 ![]() 李鑫研究员 华南农业大学林学与风景园林学院,农业部能源植物资源与利用重点实验室,广州 510642 研究兴趣:光催化产氢、CO2还原及甲烷氧化,太阳能燃料以及生物甲醇 ![]() 张留洋副研究员 武汉理工大学,材料复合新技术国家重点实验室,武汉 430070 研究兴趣:发展高效半导体光催化材料用于光催化分解水制氢、CO2还原等;开发新型高性能电化学储能材料 专刊介绍 随着中国社会经济的快速发展和城镇化建设进程的加快,每年大量化石能源被消耗,能源短缺和环境污染问题越来越严重,已经严重影响中国社会经济的健康发展和社会稳定。太阳能是最重要的可再生和清洁能源,然而太阳能不易储存、昼夜/季节变化大、分布不均匀、能量密度低。传统太阳能电池与风力发电具有时变性,电能的产生和利用往往不能同步,还必须解决电能的存储问题。光催化材料在解决环境污染和能源短缺问题方面有着非常巨大的应用前景,光催化能利用太阳能,光催化分解水制备氢气,将太阳能转换成可以存储的化学能-氢能存储起来。氢能清洁环保、使用方便,被认为是一种理想的能源载体。光催化可以将CO2还原得到碳氢燃料,将温室气体转变成有用的碳氢燃料,达到变废为宝的目的。光催化可以将排放到大气、水和土壤中的有机污染物完全矿化分解,达到净化环境的目的。光催化还可以杀菌消毒,有利于减少疾病和人类的健康。近年来,光催化材料和技术的研究越来越受到世界各国的广泛关注,已经成为化学、材料、环境、能源等学科领域的研究前沿和热点。 当前,光催化材料面临的最大挑战是低的光催化效率和快的光生电子和空穴复合,光生电子和空穴快的复合是光催化领域亟待解决的关键科学问题。传统II型异质结虽然实现了光生电子和空穴在空间上的暂时分离,但光生电子和空穴的还原和氧化能力被极大削弱,热力学上并不利于光催化反应的进行。动力学上由于光生电子和电子,空穴与空穴之间的排斥作用,电子和空穴的空间分离也很难实现。为了克服II型异质结光催化机理的缺陷,2019年,一个新的梯形(Step-scheme, S-scheme)异质结概念被提出,梯形异质结光催化材料由一个氧化型与一个还原型光催化剂组成。一方面梯形异质结在内建电场的作用下,可以消除氧化型光催化剂相对无用的光生电子和还原型光催化剂无用的空穴;而另一方面可以保留氧化型光催化剂中有用的价带空穴和还原型光催化剂中的导带电子,使梯形异质结光催化体系具有强的氧化还原能力和高的光催化性能。 本专辑共发表论文13篇,其中综述5篇,研究论文8篇。从应用分类, 7篇直接涉及产氢,3篇涉及CO2还原,2篇涉及污染物降解。从研究材料看,4篇与TiO2有关,4篇与C3N4有关。从光催化机理看,5篇联系到梯形(Step-scheme, S-scheme)异质结光催化机理。所有发表论文都进行严格的同行评审,每篇论文均选择了3位同行评审专家。作为这期的客座编辑,我们要非常感谢所有的同行评审专家,感谢他们及时认真的评审。最后,我们要特别感谢物理化学学报编辑部熊英编辑的帮助、支持、建议和辛勤工作。 |
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