各向异性异质结与体相光催化

【作者】 李越湘；

【机构】 南昌大学化学化工学院；

【摘要】 基于ZnIn2S4在水平向的导电性显著地大于垂直向,提出了层状半导体光催化剂的各向异性异质结的概念[H型(垂直向)和J型(水平向)][1]。通过水热转化前驱体的方法,使In(OH)3定向生长在ZnIn2S4片边缘形成了高效的J型ZnIn2S4/In(OH)3异质结光催化剂,该异质结在420 nm的制氢表观量子效率达到38.3%。通过草酸辅助的水热法,构建了具有空心结构的J型ZnmIn2Sm+3/In2S3异质结光催化剂,扩展了可见光吸收范围与产氢效率、加速了反应物种扩散,所以复合光催化剂活性显著增加,产氢速率高达330 mol h-1。用油胺修饰ZnIn2S4,通过部分阳离子(Cd2+)交换制备了J型ZnIn2S4@CdIn2S4定向异质结,相对于原始的ZnIn2S4,异质结的活性增加2.74倍。通常认为,多相光催化反应只发生在固体催化剂表面,即表面光催化(Surface photocatalysis, SPs)。要实现SPs,光激发的电子和空穴必须从体相扩散到表面。当扩散路径较长时,电子和空穴的体相复合变得严重。因此,SPs通常显示出较低的效率。如果一个固体光催化剂,允许反应物(电子受体或给体)扩散到催化剂体相,原位清除光激发电子或空穴,则电子和空穴的体积复合将大大减少,从而实现高效的体相光催化(Volume photocatalysis,VPs)。为此,我们提出了固体光催化的VPs的新概念和策略,并以低聚合碳氮化物(PCN)为体相光催化剂,生物质甲酸为反应物,构建了一个高效的VPs反应体系,在400 nm产氢表观量子效率(AQE)高达51.9%[3]。在此基础上,采用针状尿素为原料,无模板剂制备了分级孔U-PCN-480作为体相光催化剂。我们发现,分级孔结构赋予了U-PCN-480在强光照射下增加光吸收能力的特性。Pt/U-PCN-480在甲酸反应体系具有很高光催化制氢活性,而且其反应活性和产氢表观量子效率AQE随光强增加而增加。在照射强度为30.5 mW cm-2时,在400和380 nm处,其产氢AQE分别达到62.7和70.4%,是目前报道强光照射下PCN的最高值[4]。更多还原