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二氧化钛光催化全分解水研究取得进展

发布时间: 2016-10-24 15:22:24   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:
摘要:

     光催化全分解水产氢可以实现太阳能到化学能的‘零成本’转化,是获得氢能源的一个理想途径。目前全世界都在寻求新的材料以实现高效的光催化全分解产氢。锐钛矿TiO2是研究最为广泛的光催化材料,但复杂的带间能级分布使得锐钛矿TiO2无法实现太阳光下的全分解水产氢。最近,我院低维氧化物能量转换材料课题组的李亚光博士等人提出利用Mg元素均匀掺杂弱化TiO2带间能级的新机制,获得了具有较少带间能级的锐钛矿TiO2,实现了锐钛矿TiO2在太阳光下的全分解水产氢。

    研究人员通过第一性原理发现由于Mg元素缺少d轨道电子,Mg元素的电子轨道与TiO2的能级杂化后会降低缺陷能级在带隙中的密度。根据这一原理,课题组人员利用金属吸附+模板法制备出了均匀Mg掺杂的锐钛矿TiO2空心球结构。运用时间分辨红外光谱技术发现Mg掺杂后该结构带隙内部的能级密度显著降低,使得锐钛矿TiO2实现了太阳光下的全分解水产氢。并且由于该纳米空心结构比表面积大,载流子迁移距离短,使得Mg掺杂的锐钛矿TiO2空心球结构在350nm单色光下获得了19.4%的光-氢转换效率。该工作为如何基于掺杂实现光催化材料的全分解水提供了一种新思路,可用于发展高性能光催化全分解水材料。研究结果已发表在Applied Catalysis B: Environmental 2016,202,127-133(JCR一区TOP ,IF=8.328),博士生高琳洁为第一作者,李亚光博士和傅广生教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目(51372064)、河北省优秀青年基金(A2016201176)及河北大学引进人才经费的共同资助。

 

文章链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.09.018

 


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