光生電荷梯度連續傳遞鏈的構筑及對光催化性能的增強作用

劉東旭,陳雪冰,楊 霞,張 靜,陳常東

(遼寧石油化工大學化學化工與環境學部,遼寧省清潔能源催化材料重點實驗室, 遼寧省先進清潔能源材料化學工程實驗室,撫順 113001)

在目前能源危機和環境污染問題日趨嚴重的形勢下,大力開展太陽能光催化制取燃料及治理環境污染的研究對于確保我國未來的能源安全、解決環境污染問題具有非常重要的意義[1～3].但是目前光催化反應的應用還主要受限于其較低的光催化效率,而光生電荷分離和遷移效率是影響光催化效率的重要因素之一.因此設計有效的光生電荷分離和遷移的通道大幅度提高光催化效率已成為光催化技術中最具挑戰性和最受關注的問題之一[4].

自然界光合作用與人類生產、生活息息相關,是地球上最大規模的太陽能和物質轉換系統,太陽能利用率非常高[5].在光合作用過程中,電子通過在光合系統中多次連續轉移而脫離空穴,參與二氧化碳還原為葡萄糖的生命反應.連續的能級變化可以為電子提供連續的電荷傳遞鏈,使光合作用的效率非常高[6,7].如果能夠人工設計類似光合作用中電荷梯度傳遞的結構,建立有效光生電荷傳遞鏈,將會大幅度提高光生電荷的分離和遷移,從而極大地提高光催化效率.

目前,“結”結構,如“異質結”、“異相結”等的構建,由于“結”界面處內建電場的形成可以有效促進光生電荷分離,已成為促進光生電荷分離的有效方式之一[8,9].其中,“異……