LiNbO_3不同晶面的光催化产氢性能

研究了LiNbO3(001)、(100)和(110)晶面的光催化产氢性能。(001)、(100)和(110)3个晶面光催化产氢性能之比为7.8∶1.3∶1.0。LiNbO3[001]晶向存在电偶极矩和自发极化,有利于增加光生电子和空穴的分离效率,减少光生电子和空穴的复合,提高LiNbO3(001)面的光催化活性。LiNbO3(001)面的空穴有效质量最小,有利于光生空穴的迁移,从而减少光生电子和空穴的复合,也有利于光催化性能的提高。     

纳米复合超硬薄膜中与界面有关的弛豫现象

利用内耗技术研究了TiSiN系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理.当共振频率大约在100 Hz时在230～280 ℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰.计算出激活能为0.7～1.0 eV,弛豫时间指数前因子为10-10～10-12秒.对比一系列样品,发现硬度越高内耗峰越低,在硬度高于50 GPa的薄膜中没有内耗峰.内耗峰随退火温度升高而不断降低,直至600～750 ℃退火时消失, 并且杨氏模量开始增加,这跟样品退火后硬度增长是一致的.结果表明内耗峰来源于样品中界面的弛豫过程.     

SrTiO3/α-Fe2O3异质结光阳极光电转换性能

作为一类重要的光电极材料,α-Fe2O3在太阳能转化方面有着潜在的应用前景.但是,光生电子空穴对的再复合导致α-Fe2O3的光电量子产率很低.为了抑制光生电子空穴对的再复合,提高α-Fe2O3的光电量子产率,采用Spin-coating方法在透明导电玻璃FTO(SnO2:F)衬底上制备了SrTiO3/α-Fe2O3异质结薄膜光电极,并对该光电极进行了XRD、SEM、紫外-可见透射光谱的表征.在三电极光电化学测试系统中对薄膜的光电流-电压特性、入射光子电流转化效率(Incident photon to current efficiency,IPCE)对波长的依赖性进行了表征.在相同的Xe灯照射条件下,SrTiO3/α-Fe2O3异质结光电极的光电流及IPCE值大于单一的SrTiO3、α-Fe2O3各自的光电流及IPCE值,这与理论预测的结论一致.     

(SrTiO_3)_(1-x)(SrTaO_2N)_x固溶体的制备及光催化性能研究(英文)

通过高温固相反应合成了N掺杂的SrTiO3和(SrTiO3)1-x(SrTaO2N)x固溶体,对其进行了X射线衍射,紫外可见吸收光谱,X射线光电子能谱分析和比表面积的表征。随x由0增大至0.4,固溶体带隙变窄,由3.2eV降至2.3eV,吸收光谱由紫外光区扩展到可见光区。在甲醇溶液(50mLCH3OH+220mLH2O)中进行了光催化分解水产生氢气的反应,在硝酸银溶液(270mL,0.01mol·L-1)中进行了光催化分解水产生氧气的反应,在可见光(λ420nm)照射下,实现了可见光响应的光催化分解水。     

氧化铁薄膜的水热合成及其光电转换性能

通过水热方法在掺杂氟的SnO2(FTO)导电玻璃上制备了不同形貌的氧化铁薄膜。利用无机铁盐浸渍法在FTO玻璃上进行氧化铁晶种的预处理使得所制备的氧化铁薄膜更致密且均一。研究了表面活性剂对氧化铁晶体形貌的影响。使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和三嵌段聚合物P123做为形貌导向剂分别得到棒状和四方体形貌的氧化铁薄膜。氧化铁薄膜可调的形貌可能是由于表面活性剂和铁氧团簇的组装或者某些晶面吸附了阴离子而改变了生长速率引起的。同时,研究了其光电性能,具有四面体形貌的氧化铁薄膜可以产生较大的光电流,这是由于其缩短了光生空穴的扩散距离。     

LiNbO3不同晶面的光催化产氢性能

研究了LiNbO₃（001）、（100）和（110）晶面的光催化产氢性能。（001）、（100）和（110）3个晶面光催化产氢性能之比为7.8：1.3：1.0。LiNbO₃[001]晶向存在电偶极矩和自发极化,有利于增加光生电子和空穴的分离效率,减少光生电子和空穴的复合,提高LiNbO₃（001）面的光催化活性。LiNbO₃（001）面的空穴有效质量最小,有利于光生空穴的迁移,从而减少光生电子和空穴的复合,也有利于光催化性能的提高。     

光电催化分解水稳定性达100h的亚稳相β-Fe2O3光阳极

利用半导体光电催化分解水制氢是将太阳能转化为化学能的有效途径之一,具有重要的科学意义和巨大的应用前景.铁基半导体具有光谱响应范围广、绿色环保和价格低廉等优点,是具应用前景的光阳极材料之一.在铁基半导体中,α-Fe2O3光阳极的光电催化性能已经被广泛报道,亚稳相氧化铁的光电催化性能尚未有深入研究.本课题组曾经报道用于光电催化分解水的亚稳相β-Fe2O3颗粒组装膜光阳极[Natl.Sci.Rev.,2020,7,1059–1067].β-Fe2O3光阳极的太阳能-氢能理论转化效率为20.9％,优于α-Fe2O3光阳极.β-Fe2O3的热稳定性和在长时间光电催化反应过程中的光化学稳定性是决定其应用前景的核心问题.本文报道了一种喷雾热裂解制备β-Fe2O3薄膜的方法.该方法提高了β-Fe2O3的热稳定性,从而提高了β-Fe2O3在长时间光电化学反应中的光电化学稳定性.与电泳沉积方法制备的β-Fe2O3颗粒组装膜相比,利用喷雾热裂解法制备的亚稳相β-Fe2O3薄膜的热稳定性得到显著增加.物相表征结果表明,经过相同的煅烧处理或者激光辐照后,电泳沉积方法制备的β-Fe2O3颗粒组装膜发生了明显相变;而由喷雾热裂解制备的β-Fe2O3平板膜依旧保持稳定,没有发生相变.β-Fe2O3薄膜与衬底之间存在较高的应力,与颗粒组装膜相比,平板膜在退火热处理与激光辐照下都表现出更好的稳定性.β-Fe2O3薄膜与衬底之间的应力增加了亚稳相β-Fe2O3的相变势垒,提高了β-Fe2O3的相变温度.通过引入Ti4+掺杂提高载流子浓度,改善载流子传输,使得β-Fe2O3光阳极的光电催化性能提升了3倍.结果表明,β-Fe2O3光阳极薄膜具有良好的光化学稳定性,其光电催化分解水性能在模拟太阳光条件下工作110 h后未出现明显的衰减.本文提出了一种增加亚稳相β-Fe2O3热稳定性的方法,β-Fe2O3光阳极具有较好的光化学稳定性,在光电催化方面具有较好的应用前景.     

基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用

基于无机材料-微生物复合半人工光合系统是在自然光合作用和人工光合作用研究进展到一定阶段,为克服各自的缺陷,实现微生物与无机材料优势互补而发展出来的一种研究体系。该体系的主要优势是将微生物的催化选择性与无机材料的光响应性结合起来,旨在解决人工光合作用体系催化选择性差的问题。目前,可以通过光催化剂-微生物复合和电极-微生物复合来实现基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用。本文围绕基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用,依次从半人工水氧化、半人工光合还原和材料-微生物界面等方面做了系统的阐述,重点介绍基于电极-微生物复合的半人工光合体系研究进展,对基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用的领域现状做了分析和总结,并且对该领域的前景进行了展望。     

纳米复合超硬薄膜中与界面有关的弛豫现象

利用内耗技术研究了TiSiN系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理。当共振频率大约在100Hz时在230～280℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰。计算出激活能为0．7～1．0eV，弛豫时间指数前因子为10^-10～10^-12秒。对比一系列样品。发现硬度越高内耗峰越低，在硬度高于50GPa的薄膜中没有内耗峰。内耗峰随退火温度升高而不断降低，直至600～750℃退火时消失，并且杨氏模量开始增加，这跟样品退火后硬度增长是一致的。结果表明内耗峰来源于样品中界面的弛豫过程。     

第二届华人光催化材料学术研讨会专刊前言

With the ever-increasing consumption of fossil fuels and the increment in environmental pollution problems,developing sustainable and renewable energy sources and environmentally friendly purification methods has become an appeal investigation all over the world.Photocatalysis can provide promising solutions to these issues,by utilizing solar light to reduce CO2 into hydrocarbon fuels,to split water into hydrogen and to mineralize organic pollutants into inorganic substance.However,a huge obstacle to the application of this technology is its low photocatalytic efficiency.Further improvement on the performance of photocatalytic materials is urgently needed.Therefore,this investigation topic was within the scope of The 2nd Chinese Symposium on Photocatalytic Materials(CSPM2)held at Nanjing Jinling Riverside Hotel,Nanjing,China on November 8-11,2019.This conference was organized by Nanjing University,Huaibei Normal University,Changsha University,Fuzhou University and Wuhan universityof Technology,and supported by National Natural Science Foundation of China(NSFC),Nanjing University,Huaibei Normal University,Changsha University,Wuhan University of Technology,Beijing Perfectlight and others.There are more than 420 experts and students attending this symposium,and 12 plenary lectures,17 keynote lectures,9 invited lectures,12 oral lectures and 115 posters presented.Finally,18 excellent posters were selected.