量子點自修飾TiO2p-n同質結的構建及光催化性能

王非凡, 王松博, 姚柯奕, 張 蕾, 杜 威, 程鵬高, 張建平, 唐 娜

(天津科技大學化工與材料學院, 天津市鹵水化工與資源生態化利用重點實驗室, 天津 300457)

隨著能源短缺和環境污染問題的日益嚴重, 基于太陽能驅動的光催化技術在能源和環境化工領域受到廣泛關注, 并用于固定并資源化溫室氣體(光/電催化CO2還原)[1～4]、環境污染治理(光催化降解污染物)[5～7]及清潔能源的獲取(光/電催化水分解)[8～11]. 半導體光催化劑是將太陽能轉化為化學能的核心, 其中TiO2由于具有來源廣、成本低、無毒和通用性好的優點, 被認為是最具應用前景的光催化劑. 然而TiO2的禁帶寬度(3.0～3.2 eV)較寬, 只能吸收僅占太陽光總能量5%的紫外光, 且光生電子和空穴在遷移過程中極易復合, 導致其太陽能利用率和能量轉換效率低下, 嚴重限制了其應用[12,13]. 針對上述問題, 研究者開發了多種性能調控手段, 如離子摻雜[14,15]、形貌調控[16～18]、缺陷調控[19～22]、半導體復合結的構建等[23～27], 可顯著提高TiO2對太陽光的利用率和電荷分離效率, 從而實現高效的光催化過程. 半導體間同/異質結的構建是提高TiO2光催化性能的有效策略. 當TiO2與其它半導體形成Ⅱ型異質結時, 由于界面處能帶彎曲而產生的內電場可促進光生電子和空穴向相反方向流動, 從而抑制電荷的復合[28,29]. 特別是當TiO2與p型半導體如Cu2O等復合時將形成p-n結, 由于二者費米能級相差較大, 可以產生比Ⅱ型結更強的內電場, 在促進電荷分離方面更有效[26,30]. 同質結是由組成相同的半導……