三元鎢酸鹽基光催化劑在太陽能光解水和環(huán)境治理中的應用

2022-09-06 16:21:00 0 雙良環(huán)境

　　金屬鎢酸鹽(MWO4)作為一種很有潛力的三元金屬氧化物，由于其晶體和電子結構的多樣性以及獨特的物理化學性質，使其在能量轉換和環(huán)境治理方面具有廣泛的應用前景。

　　浙江大學侯陽課題組綜述了MWO4材料的電子分布、能帶組成與金屬離子之間的內在聯(lián)系，尤其詳細介紹了表面工程、離子摻雜、異質結構建等手段對鎢酸鹽進行改性，提高其光捕獲和光誘導電荷分離效率，達到提高光電催化性能的目的。

　　同時分析了鎢酸鹽的晶型結構、尺寸大小以及形貌特征對其光催化性能的影響，同時展望了MWO4基光催化劑未來的發(fā)展方向。

　　圖文導讀

　　1 鎢酸鹽材料電子分布特性、光學性質與金屬離子種類及半徑之間的關系

　　(a)金屬離子半徑與鎢酸鹽禁帶寬度關系圖;(b)不同鎢酸鹽半導體粉體顏色。

　　由于不同的二價金屬離子，外層電子分布不同，因而鎢酸鹽的禁帶電子組成也跟隨金屬離子改變而改變。通過總結，可以得出離子半徑小的金屬離子形成的鎢酸鹽禁帶寬度隨之變窄。鎢酸鹽粉體材料的外觀顏色也發(fā)生相應的改變。

　　根據(jù)光催化劑的選用原則，可以優(yōu)先選擇金屬離子半徑小于0.73 Å的金屬鎢酸鹽作為目標光催化劑。

　　2 鎢酸鹽的晶型結構、尺寸大小以及形貌特征對其光催化性能的影響

　　兩種不同晶型SnWO4晶胞結構圖(a)，態(tài)密度圖(b)，紫外可見吸光曲線(c);(d)α，β-SnWO4與其他不同光催化劑的光催化效率對比圖;(e)α和β-SnWO4光催化分解水產氫效率圖。

　　對于純鎢酸鹽半導體光催化劑，一般包含兩種晶型結構：wolframite單斜晶相和scheelite四方晶相。不同的晶型結構意味著原子的排列結構差異，將導致原子間電子分布規(guī)律不同，以及能帶位置不同。

　　對于同一種鎢酸鹽半導體，不同的晶型擁有不同的光學性質，進而對光催化性能產生影響。此外，由于量子尺寸效應，隨著鎢酸鹽尺寸的降低，禁帶寬度和比表面積也隨之增大，對光電催化性能均會產生影響。

　　3 鎢酸鹽基光催化劑內部光生電子空穴行為調控策略

　　Ag/α-SnWO4的投射電鏡圖(a)和不同比例下降解活性圖(b);不同光催化劑的瞬態(tài)響應電流曲線(c);光催化反應機理示意圖(d)。

　　針對單一鎢酸鹽光生電荷復合效率高、太陽光吸收范圍窄等問題，詳細綜述了通過表面修飾、離子摻雜以及異質結構建等手段調節(jié)鎢酸鹽基催化劑內部光生電子空穴行為的研究，從而引導電子空穴進行有效的分離和傳遞，達到提高能源催化轉化以及催化降解性能的目的。

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