综述:基于二维过渡金属氧化物和硫化物的光催化剂

内容简介

近年来能源短缺和环境污染问题日益严峻,基于二维过渡金属氧化物和硫化物(2D TMO&Cs)的光催化材料,具有超高比表面积和特殊的物理化学、电学和光学性能,在光催化应用方面具有很大的潜力。

澳大利亚墨尔本皇家理工大学 (RMIT University)的欧建臻高级研究员和Eng Liang Lim 等人详细总结了二维过渡金属氧化物和硫化物光催化剂的性能、合成方法和应用,尤其总结了通过提高光捕获和光诱导电荷分离能力来提高光催化性能的内容,包括元素掺杂、表面修饰以及构建异质结等。分析了2D TMO&Cs的特殊性质(晶体和能带结构)对光催化性能的影响。展望了基于2D TMO&Cs的光催化剂的未来发展方向。

图文导读

▶ 图1 目前流行的应用于光催化的 a)过渡金属氧化物和 b)过渡金属硫化物的能带结构。

▶图2 a) 六方晶2H-MoS2,b) 斜方晶 MoO3,c) 斜方晶V2O5,d)锐钛矿TiO2,e)单斜晶WO3,f)单斜晶CuO,g)纤锌矿CdS 和 i)斜方六面体Fe2O3的晶体结构。

▶ 图3 二维结构的基本构造和常见的三维结构的代表性扫描电镜图(SEM)。

▶ 图4:a)化学插层法,b)超声辅助法,c)微波辅助法,d)模板辅助法合成基于2D TMO&C光催化剂的合成过程示意图及相应的透射电镜图像(TEM)。

▶ 图5 a)二维单层纳米结构和 b)三维层状组装结构的水热合成过程示意图及相应的透射电镜图像(TEM)。

▶ 图6 a)非金属元素(N掺杂MoS纳米片)和 b)金属元素(Mo掺杂WO纳米片)的元素掺杂对能带结构的影响 。

▶ 图7 锌卟啉在TiO2 / MoS表面功能化对能带结构的影响。

▶ 图8 a,b)二维掺杂TMO&C纳米片,c,d)二维—零维异质结,e,f)二维—一维异质结,g,h)二维—二维异质结的代表性低倍和高倍透射电镜图像(TEM)。

▶ 图9 能带排列为第一型和第二型的半导体异质结。

▶ 图10 a)p-n结,b)IFCT和 c)Z-方案的异质结示意图。

▶ 图11 二维MoS2纳米片和纳米Ag颗粒间的异质结图解。

文章信息

文章发表于 Nano-Micro Letters 期刊 2018 年第 10 卷第 2 期,详情请阅读全文,可免费下载。本文在期刊微信 (nanomicroletters)、微博 (纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等媒体推出,请多关注。以往微信推文可参看网站(http://nmsci.cn)

文章题目:Two-Dimensional Transition Metal Oxide and Chalcogenide-Based Photocatalysts

引用信息:Haque,F., Daeneke, T., Kalantar-zadeh, K. et al. Nano-Micro Lett. (2018) 10: 23.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0176-y

关键词:析氢反应,污染物降解,水裂解,层状材料,太阳能,碳还原

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通讯作者简介

     
个人简历
澳大利亚皇家墨尔本理工大学高级研究员、澳大利亚研究理事会优秀青年研究员、博士生导师。曾获得维多利亚学者、马尔科姆·摩尔工业奖章、澳洲研究理事会青年研究员发现奖、德国传感器协会创新奖提名以及中国国家优秀自费留学生等奖项。作为项目主持人主持了五项澳大利亚国家重点项目基金,并作为项目核心成员参与了总额超过2500万澳元的澳大利亚国家重点实验室建设项目。近五年内共发表了80余篇SCI文章,其中包括Science, Nature Communications,Nature Electronics, Advanced Materials, Nano Letters与ACSNano等文章,引用数超过3500,H因子为31。拥有5项国际专利,并在科研成果商业转化领域中有着丰富的经验。

主要研究领域

纳米敏感材料

微纳米传感器制造

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最新影响因子为4.849,JCR学科分区在材料学科和物理学科均居Q1区。2014年和2016年该刊连续入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”,2015年和2016年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”。

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