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钒酸铋分解水,中国化工网,okmart.com
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钒酸铋分解水
2022年08月21日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

光催化水分解过程作为解决能源和环境问题的一种方法,对科学家具有吸引力。在这个过程中,利用光能和催化剂将水分解成氧和氢。随着全球变暖问题的加剧,研究人员将氢作为一种清洁燃烧燃料,作为一种可再生能源解决方案。由于水是一种如此廉价的资源,在过去几十年中,人们为这一有前途的研究领域付出了巨大的努力。但科学家们只能发现一些既高效又稳定的光催化剂。因此,光催化水分解技术在实际应用之前还有很长的路要走。

中国西安交通大学的一个研究团队使用一种称为钒酸铋(BiVO4)晶体的无机化合物作为光催化剂来实现高效的光催化分解水,取得了有希望的结果。他们的工作表明了BiVO4的表面性质与所获得的光催化活性之间的密切关系。该团队的发现发表在《纳米研究》杂志上。

为了使水分解过程有效,电子-空穴对的分离及其在表面上发生的水氧化或水还原反应的消耗至关重要。电子空穴是负责在半导体材料中产生电流的电荷载体。电荷载体是指在材料中自由移动并携带电荷的粒子。

近年来,科学家通过在光催化剂上暴露特定的面作为富集的反应位点,取得了优异的性能。研究人员发现,二氧化钛和钛酸锶由于其暴露的小平面,具有优异的性能。这一知识为科学家提供了线索,即通过调节具有不同功能的光催化剂的表面,可以实现高效的光催化过程。

在进一步的研究中,科学家们报道了具有暴露小面的BiVO4纳米片在水氧化方面表现出优异的性能。研究表明,如果扩大BiVO4晶面,可以获得优异的水氧化光催化活性。

西安交通大学研究团队将注意力集中在BiVO4作为模型光催化剂上。他们研究了表面电荷载流子消耗对水分解反应的关键作用。该团队制作了BiVO4单晶,具有针对还原位点和氧化位点的定制刻面比例。他们用一种简单的可控水热法合成了BiVO4晶体。通过这一过程,他们证明了高效的光催化水氧化可以通过基于还原位点和氧化位点的中等比例的平衡表面电荷载流子消耗来实现。

单独使用BiVO4作为水氧化的典型光催化剂不能实现整体水分解。因此,研究人员继续他们的研究,构建了一个Z方案系统,将两种不同的光催化剂组合在一起。使用含适当助催化剂的BiVO4,团队实现了高效稳定的光催化整体水分解。

西安交通大学可再生能源国际研究中心教授申少华表示:“从氧化还原位点比例中等的BiVO4十面体中获得了优异的光催化水氧化性能,这归因于实现了表面电荷载体的平衡消耗。”。“此外,通过采用合成的BiVO4十面体和适当的助催化剂改性,可以实现高效稳定的光催化整体水分解,”沈说。

“展望未来,这项工作既为具有可控表面形态的纳米/微米材料的制备提供了指导,也为相应的光催化氧化还原反应提供了深入的研究,”沈说。

标签:催化剂及助剂化工应用技术中心
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