光生电荷梯度连续传递链的构筑及对光催化性能的增强作用

刘东旭,陈雪冰,杨 霞,张 静,陈常东

(辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁省清洁能源催化材料重点实验室, 辽宁省先进清洁能源材料化学工程实验室,抚顺 113001)

在目前能源危机和环境污染问题日趋严重的形势下,大力开展太阳能光催化制取燃料及治理环境污染的研究对于确保我国未来的能源安全、解决环境污染问题具有非常重要的意义[1～3].但是目前光催化反应的应用还主要受限于其较低的光催化效率,而光生电荷分离和迁移效率是影响光催化效率的重要因素之一.因此设计有效的光生电荷分离和迁移的通道大幅度提高光催化效率已成为光催化技术中最具挑战性和最受关注的问题之一[4].

自然界光合作用与人类生产、生活息息相关,是地球上最大规模的太阳能和物质转换系统,太阳能利用率非常高[5].在光合作用过程中,电子通过在光合系统中多次连续转移而脱离空穴,参与二氧化碳还原为葡萄糖的生命反应.连续的能级变化可以为电子提供连续的电荷传递链,使光合作用的效率非常高[6,7].如果能够人工设计类似光合作用中电荷梯度传递的结构,建立有效光生电荷传递链,将会大幅度提高光生电荷的分离和迁移,从而极大地提高光催化效率.

目前,“结”结构,如“异质结”、“异相结”等的构建,由于“结”界面处内建电场的形成可以有效促进光生电荷分离,已成为促进光生电荷分离的有效方式之一[8,9].其中,“异……