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表面相结结构在促进光催化电荷分离中的应用
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O[理学]
  • 作者机构:[1]中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连116023, [2]洁净能源国家实验室筹,辽宁大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金(21203185);国家重点基础研究发展计划(973计划,2014CB239403).
中文摘要:

二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展.越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略.其中,TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势.本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿:金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等.在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子.使用CO,CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿:金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据.同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法.此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用.在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿:金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因.之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3-5倍.之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入N

英文摘要:

Since the 1980 s, photocatalysis research has expanded at an unexpected rate. Fabrication of phase junctions has proved to be an effective method to enhance photocatalytic performance. As a model photocatalyst, titanium dioxide(TiO 2) has been extensively studied. This feature article mainly reviews the study on TiO 2 surface phase junctions, including the characterization of the surface phases of TiO 2, the use of anatase: rutile TiO 2 phase junctions in photocatalytic hydrogen production, and the current understanding of how TiO 2 phase junctions work in photocatalysis. The surface structure of TiO 2 can be well characterized by ultraviolet(UV) Raman spectroscopy, unlike X-ray diffraction and visible Raman spectroscopy. Based on these results, the mechanism of phase transformation processes of TiO 2 was clearly identified. The infrared(IR) spectra of probe molecules CO and CO2 on TiO 2 further characterized the surface structure of TiO 2, strongly supporting the UV Raman results. Furthermore, the typical visible emission of anatase and near-infrared emission of the rutile phase of TiO 2 make photoluminescence(PL) a suitable technique to characterize the surface phase structure of TiO 2. PL can also provide information about the carrier dynamics of TiO 2 in photocatalysis. Because of the surface phase junction formed between anatase and rutile, the mixed-phase structure of TiO 2 exhibits a superior H2 production activity to those of pure anatase or rutile phase. The activity of Degussa P25 TiO 2 can be further increased by three to five times by tuning the phase structure through thermal treatment. Moreover, the phase transformation of TiO 2from anatase to rutile can be controlled by surface modification with Na2SO4, resulting in catalysts with activity six times higher than that of P25. High-resolution transmission electron microscopy provided a clear phase-junction image of TiO 2, which showed atomic contact at the interface of the phase junction. The mechanism of phase junctions improving ph

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
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