追踪SrTiO3/CoP/Mo2C纳米纤维中的电荷转移路径以增强光催化产生太阳燃料

来源 :催化学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chinajiang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光催化产生太阳燃料因其低成本和零碳排放而成为解决能源危机的研究热点,但光激发载流子对的快速体相复合是需要解决的根本问题.本文在钛酸锶(SrTiO3)纳米纤维上嵌入磷化钴(CoP)和碳化钼(Mo2C)构筑了双助催化剂体系.与纯SrTiO3纳米纤维和二元样品相比,双助催化剂体系显著提高了析氢和二氧化碳还原性能.双助催化剂体系有利于有效促进空间电荷分离并提高光催化性能.此外,SrTiO3与助催化剂之间形成肖特基结,使光激发电子从SrTiO3快速转移到助催化剂,实现了光激发电子的有效分离并延长了光激发电子寿命.通过原位辐照X射线光电子能谱测试(ISI-XPS)确定了SrTiO3和助催化剂之间的电子转移路线,根据紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和紫外光电子能谱(UPS)提出了SrTiO3和助催化剂的能带结构.结果表明,双助催化剂促进了电荷分离并增强了光催化性能.扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜及其对应的元素分布结果表明,成功构筑了双助催化剂体系,且助催化剂的引入未影响SrTiO3纳米纤维的结构.SrTiO3纯样品表现出较低的光催化产氢活性,引入CoP后产氢性能得到提升并在CoP负载量为6%时达到最高.电化学测试、光致发光测试和瞬态光电压测试表明,引入CoP后的复合样品电化学性能得到提升,表现出更及时的电荷分离、更低的起始电位、更低的载流子复合率以及更长的载流子寿命.进一步在SrTiO3纳米纤维上嵌入CoP和Mo2C,构筑双助催化剂体系,其光催化产氢活性显著提升.同时,得益于SrTiO3独特的能带位置,该双催化剂体系也表现出良好的二氧化碳还原性能.采用ISI-XPS,UPS,UV-Vis DRS等研究了双助催化剂的催化机理以及电子转移路径.UPS和UV-Vis DRS结果表明,SrTiO3具有较高的功函数,CoP的功函数较低,Mo2C的功函数位于SrTiO3和CoP之间,因此电子倾向于从SrTiO3的导带流向Mo2C再流向CoP,同时形成肖特基势垒使得电子难以流回SrTiO3,从而实现载流子的及时分离以及延长电子寿命.此外,ISI-XPS的结合能大小变化表明,电子是从SrTiO3流到Mo2C再流向CoP.综上,本文制备了双助催化剂修饰的SrTiO3纳米纤维,证明了CoP和Mo2C在改性宽带隙半导体中的作用,并证实了SrTiO3和助催化剂之间光激发载流子的有效空间分离,探索了光激发电子在双助催化剂体系间的流向,为后续研究提供了理论依据和探索思路.“,”Photocatalytic solar fuel generation is currently a hot topic because of its potential for solving the energy crisis owing to its low cost and zero-carbon emissions. However, the rapid bulk recombina-tion of photoexcited carrier pairs is a fundamental disadvantage. To resolve this problem, we syn-thesized a dual cocatalysts system of cobalt phosphide (CoP) and molybdenum carbide (Mo2C) embedded on strontium titanate (SrTiO3) nanofibers. Compared with those of pristine SrTiO3 and binary samples, the dual cocatalysts system (denoted SCM) showed a significant improvement in the hydrogen evolution and CO2 reduction performance. Further, the structure of SCM effectively promoted spatial charge separation and enhanced the photocatalytic performance. In addition, the Schottky junction formed between the SrTiO3 and cocatalysts enabled the rapid transfer of photoex-cited electrons from SrTiO3 to the cocatalysts, resulting in effective separation and prolonged pho-toexcited electron lifetimes. The electron migration route between SrTiO3 and the cocatalysts was determined by in situ irradiation X-ray spectroscopy, and band structures of SrTiO3 and the cocata-lysts are proposed based on results obtained from UV-vis diffraction reflection spectroscopy and ultraviolet photoelectron spectroscopy measurements. On the basis of our results, the dual cocata-lysts unambiguously boosts charge separation and enhances photocatalytic performance. In sum-mary, we have investigated the flux of photoexcited electrons in a dual cocatalysts system and pro-vided a theoretical basis and ideas for subsequent research.
其他文献
近年来,半导体光催化在环境净化和有机合成领域的研究引起了广泛的重视.其中,在有机合成领域中,光催化技术已经应用在醇类、环己烷以及芳香族化合物的选择性氧化研究.而另一类具有特殊结构的有机物——N-杂环芳烃,在药物化学和材料科学中具有重要意义.而传统用于合成N-杂化芳烃的脱氢催化氧化反应通常需要高温高压的苛刻环境,传统方法通常还需要使用贵金属催化剂,这也增加了N-杂化芳烃的合成成本;另外,如果合成是均相催化过程,则催化剂难以实现回收利用.因此,开发室温常压条件下的非贵金属多相光催化技术具有巨大的应用前景.本文
利用太阳能驱动半导体光催化剂进行光催化降解污染物和产氢被认为是解决环境问题和能源危机最有效的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,TiO2因其优异的化学稳定性、环境友好和成本低等优点,在光催化领域具有不可或缺的作用.介孔TiO2由于具有独特的介孔结构,更有利于光催化过程中反应物的吸附和传输.然而,单一TiO2具有较高的光生载流子重组效率和低的光利用率等缺点,导致其光催化活性低.通过负载助催化剂可以增强光吸收、促进光生载流子的分离以及提供更多活性位点,是提高光催化活性的一种有效策略.目前,常用的高效助催化剂主
本文针对1:50000水系沉积物测量的特点提出两个改进方法,用流域法布点,用色斑图表达测量结果.流域法根据水系流域的实际情况布点,不受网格限制.流域法布点在减少漏控区、减轻采样难度两个方面好于现行的网格法布点.色斑图是在实际采样点位图中绘出每个采样点的控制流域,根据采样点的元素含量值给控制流域赋颜色,以此表示元素含量的分布状况.与等值线图相比,色斑图的异常区直接对应采样点,直接指示矿化岩石的位置,表达更直观;色斑图不进行插值计算,直接使用测量数据成图,漏控区如实地表示为空白,表达更客观.
光催化是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术,在光照射下可将有机污染物彻底降解为二氧化碳和水,但因缺乏精确调控电荷流动的方法,导致大多数光催化剂活性不高.因此,促进光生电荷的高效分离一直是光催化研究的重要方向.目前多数电荷分离调控研究集中于表面修饰、表面缺陷设计、异质结构建等表面电荷分离改善策略,而对于体相电荷分离调控研究相对较少.卤氧化铋固溶体光催化材料由于独特的层状晶体结构、可调节的带隙结构和优化的电荷分离效率,近年来受到广泛关注.目前对固溶体的体相电荷分离机理尚不清楚.内电场作为一种新的增
铂单原子作为一种新型催化剂,具有活性组分高度分散、配位未饱和以及原子利用率高等特点,在光催化还原CO2方面表现出巨大潜力.但是由于成本高昂和负载量高等因素,极大地限制了其在实际生产中的广泛应用.合成具有低负载量贵金属铂,同时提高铂基单原子催化剂的催化活性仍然是一项巨大挑战.晶化石墨相氮化碳的二维结构,特别是其稳定晶化结构所形成的限域环境及其可扩展的π共轭单元,可以有效锚定金属单原子,因而可作为金属单原子的良好载体.已有的金属单原子载体氮化碳多为弱晶或非晶结构,基于晶化氮化碳的高结晶度和高结构稳定性,合理构
安徽省矿产资源开发由来已久,遗留下来的废弃矿山数量众多、成因复杂,严重破坏了矿山原有生态系统功能.本文基于安徽省废弃矿山空间分布及主要生态环境问题,结合国土空间生态分布特征,提出了废弃矿山生态修复策略.同时,从制度方面提出了相关对策和建议,以期为废弃矿山的生态修复提供技术支撑和决策依据.
岩土工程勘查和地质工程有着直接的影响关系,二者之间存在着密切的联系,均对某个区域进行必要的地质勘测以掌握地质信息.为了更好地将岩土勘察技术应用在施工中,以银雀路(隐贤路-刘庆路)的道路拓宽改造工程为例,对该路段的岩土勘察技术应用现状进行分析.列举工程中需要探查的目的与任务,分析沿途地质测绘、勘探技术、原位测试技术以及实验室分析在城市道路拓宽工程中的应用.总结复杂路面环境下岩土勘查技术的应用标准与应用效果.
随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 eV)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-
半导体光催化是一种利用半导体将太阳能转换为高能化学能的绿色技术,在可再生清洁能源生产和污染物修复领域有着巨大的应用前景.石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种环境友好的非金属半导体,因其制备工艺简单、来源丰富、热稳定性和化学稳定性好、可见光吸收范围及特殊的电子性能而受到广泛关注.但一般常用氮源前驱体如二氰二胺、三聚氰胺等所制备的块状石墨相氮化碳存在团聚、比表面积小和光生载流子分离效率低等问题,严重抑制了其光催化活性.本文采用前驱体改性法制得具有高效光催化活性的石墨相氮化碳.利用氰基在酸性条件下易水解这一特性
电催化CO2减排技术利用电能将过量的CO2转化为有附加值的化学品,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径之一.电催化CO2还原反应(CO2RR)中的多碳产物(C2),如乙烯和乙醇,因其比C1产物具有更高的能量密度和更广泛的应用而受到较大关注.目前为止,Cu基催化剂被认为是获得C2产物的独特材料.研究者在提高Cu基催化剂C2产物的活性和选择性方面做了大量的工作,如催化剂形貌工程、活性位点设计和中间吸附性能调控等.许多理论和实验研究已经证明,Cu基催化剂上的C-C偶联过程是C2产物生成的速率决定步骤.优化C-C