NML综述|三元钨酸盐基光催化剂在太阳能光解水和环境治理中的应用

Nanostructured Ternary Metal Tungstate-Based Photocatalysts for Environmental Purification and Solar Water Splitting: A ReviewKe, J., Adnan Younis, M., Kong, Y. et al

Nano-Micro Lett. (2018) 10: 69

https://doi.org/10.1007/s40820-018-0222-4

本文亮点

1  系统总结了钨酸盐半导体材料的电子特性、能带组成、禁带宽度与其金属离子种类、离子半径及晶型结构之间的密切关系。

2  深入讨论了不同种类钨酸盐材料的晶型结构、尺寸大小以及形貌特征对钨酸盐催化特性的影响。

3  详细介绍了包含表面工程、离子掺杂、异质结构建在内的钨酸盐材料改性策略,以提高钨酸盐基半导体材料的光电催化性能。

内容简介
金属钨酸盐(MWO4)作为一种很有潜力的三元金属氧化物,由于其晶体和电子结构的多样性以及独特的物理化学性质,使其在能量转换和环境治理方面具有广泛的应用前景。浙江大学侯阳课题组综述了MWO4材料的电子分布、能带组成与金属离子之间的内在联系,尤其详细介绍了表面工程、离子掺杂、异质结构建等手段对钨酸盐进行改性,提高其光捕获和光诱导电荷分离效率,达到提高光电催化性能的目的。

同时分析了钨酸盐的晶型结构、尺寸大小以及形貌特征对其光催化性能的影响,同时展望了MWO4基光催化剂未来的发展方向。

图文导读

1  钨酸盐材料电子分布特性、光学性质与金属离子种类及半径之间的关系

图1 (a)金属离子半径与钨酸盐禁带宽度关系图;(b)不同钨酸盐半导体粉体颜色。

由于不同的二价金属离子,外层电子分布不同,因而钨酸盐的禁带电子组成也跟随金属离子改变而改变。通过总结,可以得出离子半径小的金属离子形成的钨酸盐禁带宽度随之变窄。钨酸盐粉体材料的外观颜色也发生相应的改变。

根据光催化剂的选用原则,可以优先选择金属离子半径小于0.73 Å的金属钨酸盐作为目标光催化剂。

2  钨酸盐的晶型结构、尺寸大小以及形貌特征对其光催化性能的影响

图4 两种不同晶型SnWO4晶胞结构图(a),态密度图(b),紫外可见吸光曲线(c);(d)α,β-SnWO4与其他不同光催化剂的光催化效率对比图;(e)α和β-SnWO4光催化分解水产氢效率图。

对于纯钨酸盐半导体光催化剂,一般包含两种晶型结构:wolframite单斜晶相和scheelite四方晶相。不同的晶型结构意味着原子的排列结构差异,将导致原子间电子分布规律不同,以及能带位置不同。

对于同一种钨酸盐半导体,不同的晶型拥有不同的光学性质,进而对光催化性能产生影响。此外,由于量子尺寸效应,随着钨酸盐尺寸的降低,禁带宽度和比表面积也随之增大,对光电催化性能均会产生影响。

3  钨酸盐基光催化剂内部光生电子空穴行为调控策略

图9 Ag/α-SnWO4的投射电镜图(a)和不同比例下降解活性图(b);不同光催化剂的瞬态响应电流曲线(c);光催化反应机理示意图(d)。

针对单一钨酸盐光生电荷复合效率高、太阳光吸收范围窄等问题,详细综述了通过表面修饰、离子掺杂以及异质结构建等手段调节钨酸盐基催化剂内部光生电子空穴行为的研究,从而引导电子空穴进行有效的分离和传递,达到提高能源催化转化以及催化降解性能的目的。

 
作者简介

主要研究方向:

① 环境化工,② 环境催化,③ 能源催化,④ 新材料。

主页链接:

https://person.zju.edu.cn/yhou

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