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新疆理化所發(fā)現(xiàn)Z型光催化體系過氧化氫合成的雙通道反應(yīng)機(jī)制

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新疆理化所發(fā)現(xiàn)Z型光催化體系過氧化氫合成的雙通道反應(yīng)機(jī)制

摘要: 　　光催化可直接將太陽能轉(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、長期穩(wěn)定性、高電荷分離效率和 ...

　　光催化可直接將太陽能轉(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、太陽能電池、污染物降解和二氧化碳轉(zhuǎn)化等方面。
　　過氧化氫（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形成的另一個通道。
　　近日，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)學(xué)習(xí)所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)學(xué)習(xí)室科研人員通過在超薄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，NCN局部的導(dǎo)帶有更多的電子還原O2產(chǎn)生H2O2，即通過第一通道提高H2O2的生成。其次，由于PI的價帶電位比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)生另一局部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)學(xué)習(xí)成果近日發(fā)表在催化學(xué)報（Journal of Catalysis）上并引起同行的廣泛關(guān)注。該學(xué)習(xí)工作受到國家自然科學(xué)基金、中科院創(chuàng)新國際團(tuán)隊等項目支持。



　　通過雙通道途徑產(chǎn)H2O2的示意圖新疆理化所發(fā)現(xiàn)Z型光催化體系過氧化氫合成的雙通道反應(yīng)機(jī)制  |  責(zé)任編輯：蟲子
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