量子点自修饰TiO2p-n同质结的构建及光催化性能

王非凡, 王松博, 姚柯奕, 张 蕾, 杜 威, 程鹏高, 张建平, 唐 娜

(天津科技大学化工与材料学院, 天津市卤水化工与资源生态化利用重点实验室, 天津 300457)

随着能源短缺和环境污染问题的日益严重, 基于太阳能驱动的光催化技术在能源和环境化工领域受到广泛关注, 并用于固定并资源化温室气体(光/电催化CO2还原)[1～4]、环境污染治理(光催化降解污染物)[5～7]及清洁能源的获取(光/电催化水分解)[8～11]. 半导体光催化剂是将太阳能转化为化学能的核心, 其中TiO2由于具有来源广、成本低、无毒和通用性好的优点, 被认为是最具应用前景的光催化剂. 然而TiO2的禁带宽度(3.0～3.2 eV)较宽, 只能吸收仅占太阳光总能量5%的紫外光, 且光生电子和空穴在迁移过程中极易复合, 导致其太阳能利用率和能量转换效率低下, 严重限制了其应用[12,13]. 针对上述问题, 研究者开发了多种性能调控手段, 如离子掺杂[14,15]、形貌调控[16～18]、缺陷调控[19～22]、半导体复合结的构建等[23～27], 可显著提高TiO2对太阳光的利用率和电荷分离效率, 从而实现高效的光催化过程. 半导体间同/异质结的构建是提高TiO2光催化性能的有效策略. 当TiO2与其它半导体形成Ⅱ型异质结时, 由于界面处能带弯曲而产生的内电场可促进光生电子和空穴向相反方向流动, 从而抑制电荷的复合[28,29]. 特别是当TiO2与p型半导体如Cu2O等复合时将形成p-n结, 由于二者费米能级相差较大, 可以产生比Ⅱ型结更强的内电场, 在促进电荷分离方面更有效[26,30]. 同质结是由组成相同的半导……