中科院發(fā)現(xiàn)Z型光催化體系過(guò)氧化氫合成雙通道反應(yīng)機(jī)制

  近日，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室科研人員通過(guò)在超薄g-C3N4(NCN)納米片上組裝苝酰亞胺(PI)分子成功地構(gòu)建了全固態(tài)Z型光催化劑(PIx-NCN)。 相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Catalysis上，引起同行的廣泛關(guān)注。
 光催化可直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能、化學(xué)燃料及在光能輔助下分解有機(jī)污染物，這為解決當(dāng)前面臨的能源和環(huán)境危機(jī)提供了潛在的可能。光催化的上述應(yīng)用需要光催化劑具有寬的光吸收范圍、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、高電荷分離效率和強(qiáng)氧化還原能力。然而，單組分光催化劑通常難以同時(shí)滿足這些要求。Z型異質(zhì)結(jié)光催化體系，模擬天然光合作用過(guò)程，克服了單組分光催化劑的缺點(diǎn)，滿足了上述要求。特別是沒有氧化還原對(duì)的全固態(tài)Z型異質(zhì)結(jié)光催化體系已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水分解、太陽(yáng)能電池、污染物降解和二氧化碳轉(zhuǎn)化等方面。
 通過(guò)雙通道途徑產(chǎn)H2O2的示意圖
 過(guò)氧化氫(H2O2)被廣泛用作能量試劑，如燃料電池中的燃料、火箭燃料等。以往的報(bào)道顯示，一些光催化劑可以利用光生空穴氧化生成H2O2或者•OH，用H2O代替有機(jī)清除劑，抑制了光生載流子的復(fù)合，同時(shí)防止了H2O2的污染。此外，•OH可以相互結(jié)合形成額外的H2O2，進(jìn)一步打開H2O2形成的另一個(gè)通道。
 近日，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室科研人員通過(guò)在超薄g-C3N4(NCN)納米片上組裝苝酰亞胺(PI)分子成功地構(gòu)建了全固態(tài)Z型光催化劑(PIx-NCN)。與單純的NCN和PI相比，PIx-NCN加速了體系中的電荷分離，有更強(qiáng)的氧化還原能力。在光催化產(chǎn)H2O2時(shí)，NCN部分的導(dǎo)帶有更多的電子還原O2產(chǎn)生H2O2，即通過(guò)第一通道提高H2O2的生成。其次，由于PI的價(jià)帶電位比NCN的電位更正， PI導(dǎo)帶的空穴可以氧化OH–生成•OH進(jìn)一步結(jié)合產(chǎn)生另一部分H2O2，從而將H2O2的生成途徑從單通道轉(zhuǎn)變?yōu)殡p通道，顯著提高H2O2的產(chǎn)生。
 相關(guān)研究成果近日發(fā)表在Journal of Catalysis上并引起同行的廣泛關(guān)注。該研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目支持。
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 光催化可直接實(shí)現(xiàn)能源之間的轉(zhuǎn)化以及對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解，為解決我國(guó)當(dāng)前面臨的能源和環(huán)境危機(jī)提供了可能，中科院新疆理化技術(shù)研究所成功構(gòu)建了全固態(tài)Z型光催化劑，克服了單組分光催化劑的缺點(diǎn)，有助于提高轉(zhuǎn)化效率，提供更強(qiáng)的氧化還原能力。