基于WO3-x量子点和TiO2构建高效Z型光催化产氢催化剂

潘伦 ,  张靖雯 ,  贾旭 ,  马煜航 ,  张香文 ,  王莅 ,  邹吉军

引用本文: 潘伦,  张靖雯,  贾旭,  马煜航,  张香文,  王莅,  邹吉军. 基于WO3-x量子点和TiO2构建高效Z型光催化产氢催化剂[J]. 催化学报, 2017, 38(2): 253-259. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62576-7 shu
Citation:  Lun Pan,  Jingwen Zhang,  Xu Jia,  Yu-Hang Ma,  Xiangwen Zhang,  Li Wang,  Ji-Jun Zou. Highly efficient Z-scheme WO3-x quantum dots/TiO2 for photocatalytic hydrogen generation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(2): 253-259. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62576-7 shu

基于WO3-x量子点和TiO2构建高效Z型光催化产氢催化剂

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21506156,21676193);天津市自然科学基金(15JCZDJC37300,16JCQNJC05200).

摘要: TiO2具有高效、廉价、无毒及光化学稳定性好等优点,因而被广泛应用于光能转化和利用领域,如太阳能电池、光催化分解水制氢和环境污染物降解等.但是,TiO2仍然存在一些缺陷制约了其应用,其中,最关键的问题是光生电荷分离效率低.因此,人们对其进行了掺杂、异质结构建和Z型结构建等来解决这一问题,其中Z型结近年来备受关注.
全固体Z型结的构建目前主要有两种方式:PSI-C-PSII和PSI-PSII.前者PSI与PSII间要插入中间导电层(如Au、rGO等)来实现界面欧姆接触;后者则无中间层,而是基于界面设计来实现欧姆接触.本文以构建PSI-PSII Z型结为目标,以TiO2和WO3为基础半导体材料,采用原位溶剂热生长的方法构建WO3量子点/TiO2结构,借助氢气还原反应在界面处引入氧缺陷.采用透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱研究了复合晶体结构,采用X射线光电子能谱、紫外可见光谱和荧光光谱等手段研究了Z型结的界面结构和能带结构.结合光催化分解水产氢活性来建立Z型结结构与光催化性能的关联关系.
表征结果表明,在TiO2上进行原位溶剂热成核反应可点缀WO3量子点,并且量子点粒径随W前驱体用量的增加而变大.两种半导体材料为TiO2锐钛矿和WO3晶体结构,且WO3的XRD特征峰和Raman特征吸收峰会随W前驱体用量增加而变大.通过对WO3/TiO2进行氢气还原处理,使其表面形成大量W5+和氧缺陷,一方面提高了催化剂对可见光的吸收,另一方面在界面形成欧姆接触,实现了Z型结构的构建.Z型结构实现了光催化分解水产氢反应,其中WTH10光催化活性最好.本文为新型Z型光催化剂的设计和构建提供了新思路和策略.

English

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  • 发布日期:  2017-03-02
  • 收稿日期:  2016-08-28
  • 修回日期:  2016-10-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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