科技資訊寫作大賽｜Science Bulletin“太陽光光催化能量轉化”專題

yuanyukun888 6年前 (2017-05-22) 4383瀏覽

材料人首屆科技資訊寫作大賽自5月13日發布征稿通知以來（參賽詳情請戳我），受到讀者們的廣泛關注。本文是大賽第十一篇投稿，由SCI期刊Science Bulletin編輯部投稿。

太陽光光催化分解水制氫和溫室氣體還原反應，為清潔高效轉化利用太陽能、消除減緩溫室效應提供了一條極具發展前景的技術路線，一直是近幾十年來的研究熱點之一，吸引著國內外學者的高度研究興趣。為展示有關最新研究進展，Science Bulletin 2017年第9期出版了“太陽光光催化能量轉化”專題，敬請收閱！本期特邀編輯為福州大學的王緒緒教授，西安交通大學的敬登偉教授，香港理工大學的倪萌教授。點擊下載本期專題相關文章。

EDITORIAL

1. 太陽光光催化能量轉化

清潔和可再生能源是人類社會解決現今能源短缺和環境惡化問題不可避免的選擇。氫氣由于其燃燒產物為水沒有二次污染而被認為是最理想的清潔燃料。氫氣在自然界儲量豐富，但是其存在于水、植物、天然氣和石油等不同類型的化合物中。氫氣作為一種可供選擇的能源使用的前提就是需要從諸如水和生物質等可再生源頭大規模并清潔、廉價以及低能耗地供應。工業生產中的氫氣主要來源于天然氣的轉變和電解過程。前者由于原料不可再生且有污染物排放所以并不是一種可持續的方法。后者可以利用額外的太陽能和風能，但是其成本過高。光催化和光電催化是使用太陽能在室溫條件下生產可再生氫氣能源極具希望的方法。近四十年來光催化和光電催化分解水制氫的進步也說明了這一點。

福州大學王緒緒教授、西安交通大學敬登偉教授、香港理工大學倪萌教授作為本期專題特邀編輯，簡要敘述了太陽光光催化能量轉化相關研究的基本情況，并對近期的研究進展進行了總結。

王緒緒

敬登偉

倪萌

文獻鏈接：Xuxu Wang, Dengwei Jing, Meng Ni.?Solar photocatalytic energy conversion（Sci. Bull., 2017, DOI 10.1016/j.scib.2017.04.021）

NEWS &VIEWS

2. 異質結：構筑復合光催化劑的重要思路

在納米尺度上構筑異質結和異相結是設計和制備復合光催化材料的最有效方法。來自福州大學的王緒緒教授（通訊作者）等人以光催化水分解和二氧化碳還原為光能轉化目標反應，介紹了異質結的成因、作用原理以及研究進展。作者認為，內建電場和納米尺寸效應是異質結光催化材料具有高光催化活性的兩個主要原因；并且基于異質結的特點，作者提出了異質結調控的主要思路和策略。作者強調，在構建異質結時，應區別兩個半導體組元在異質結構中作用，綜合考慮帶隙、費米能級或功函數、價導帶電勢、電子或空穴遷移率、形貌維度的匹配，方能有效調控光催化材料的光吸收范圍、光生電子和空穴分離、遷移方向和遷移速率。論文雖短，但包含重要信息，且見解新穎，值得光催化同行一讀。

文獻鏈接：XiaohanAn, Ying Wang, Jinjin Lin, Jinni Shen, Zizhong Zhang, Xuxu Wang.?Heterojunction: important strategy for constructing composite photocatalysts（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.025）

ARTICLES

3. Z型Cd_xZn₁_?_xS/Au/g-C₃N₄光催化劑在可見光下對副產物的抑制及其增強的光催化產氫性能

來自中科院新疆理化技術研究所的王傳義研究員、李英宣副研究員（共同通訊）等人通過光沉積法，在g-C₃N₄基底上生長Au納米顆粒，然后在Au上負載Cd_xZn₁_?_xS固溶體，制備了Z型Cd_xZn₁_?_xS/Au/g-C₃N₄光催化劑，并對其結構、形貌和光學性能進行了系統研究。以葡萄糖為犧牲劑，研究了Z型光催化劑在可見光（λ>420 nm）下光解水制備氫氣的性能。結果表明，Cd_0.8Zn_0.2S/Au/g-C₃N₄具有最優異的產氫性能，其產氫速率為123 μmol g^?¹ h^?¹，分別是Au/g-C₃N₄和CdS/Au/g-C₃N₄的52.2倍和8.63倍；Z型光催化劑產氫活性的提高主要歸因于其高的光生載流子分離效率。此外，Cd_0.8Zn_0.2S的引入，可以抑制光催化過程中副產物CO和CO₂的產生。

文獻鏈接：He Zhao, Xiaoling Ding, Bing Zhang, Yingxuan Li, Chuanyi Wang.?Enhanced photocatalytic hydrogen evolution along with byproducts suppressing over Z-scheme Cd_xZn₁_?_xS/Au/g-C₃N₄photocatalysts under visible light（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.005）

4. Cd₃(C₃N₃S₃)₂配位聚合物/石墨烯納米結構在可見光下增強的產H₂O₂性能

面對嚴峻的能源問題和環境問題，尋求新型的清潔能源和環境友好的開發、利用模式是唯一的解決途徑。來自福州大學的龍金林副研究員（通訊作者）等人利用石墨烯的二維結構性質，巧妙地將具有光催化活性的Cd₃(C₃N₃S₃)₂八面體配位聚合物 “嫁接”在二維石墨烯的表面，并進一步利用石墨烯優良的電子傳輸性質，提高了Cd₃(C₃N₃S₃)₂配位聚合物在可見光照射下催化還原水中溶解的O₂形成H₂O₂的過程。H₂O₂是一種清潔、高效、較為安全的能源，利用光催化技術實現對其的高效制備具有巨大的意義和價值。

文獻鏈接：JieXu, Zhenye Chen, Hongwen Zhang, Guibin Lin, Huaxiang Lin, Xuxu Wang, Jinlin Long. Cd₃(C₃N₃S₃)₂coordination polymer/grapheme nanoarchitectures for enhanced photocatalytic H₂O₂ production under visible light（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.04.013）

5. 有序垂直排列的TiO₂納米棒陣列/BDD異質結電極的光電催化活性

來自中科院合肥物質科學研究院的張海民研究員和北京石油化工學院的韓嚴和副教授（共同通訊）等人通過簡單的水熱法在BDD電極和FTO玻璃電極表面上制備了陣列TiO₂納米棒。掃描電鏡分析表明，在BDD電極表面的TiO₂納米棒陣列明顯比FTO玻璃電極表面的要致密且更加有序，并且TiO₂納米棒陣列與BDD電極能形成p-n型異質結，從而有效增強了TiO₂的光電催化分解性能，其光電催化水解和有機物降解能力能提高到TiO₂/FTO電極的2倍左右。因此，TiO₂納米棒陣列/BDD異質結電極可作為廣譜有機污染物的降解以及傳感檢測元件使用。

文獻鏈接：Yanhe Han, Lei Zhang, Yafei Wang, Haimin Zhang, Shanqing Zhang.?Photoelectrocatalytic activity of an ordered and vertically aligned TiO₂nanorod array/BDD heterojunction electrode（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.009）

6. α-Co(OH)₂的相轉移合成及其轉變的CoO在高效電催化水氧化中的應用

電解水制氫是一種重要的潔凈能源技術，其中陽極析氧(OER)半反應動力學過程極度緩慢,是限制電解水過程整體動力學性能和效率的瓶頸性因素之一。因此，尋找高性能、穩定性好且廉價的水氧化催化劑成為目前能源領域的一個研究熱點。來自陜西師范大學的曹睿教授和張偉副教授（共同通訊）等人采用快速、簡便的兩相法合成CoO納米顆粒作為高效的水氧化催化劑。由于在熱處理的過程中，隨著表面活性劑的去除，CoO納米顆粒的形成以及顆粒之間產生許多開放空間，使得該材料表現出優異的催化性能。該工作為廉價的水氧化催化劑的設計提供了新思路。

文獻鏈接：DingyiGuo, Fangfang Chen, Wei Zhang, Rui Cao.?Phase-transfer synthesis of α-Co(OH)₂ and its conversion to CoO for efficient electrocatalytic water oxidation（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.027）

REVIEW

7. 過渡金屬磷化物的合成及其作為電極在分解水中的應用

尋找高效析氫反應助催化劑已經成為光催化/光電化學分解水研究的一個熱點。過渡金屬磷化物因其豐富的地質含量和與貴金屬助催化劑相媲美的性能而日益受到重視。來自西安交通大學的蘇進展副教授和Chen?Yubin 副教授（共同通訊）等人從過渡金屬磷化物的制備方法、催化析氫反應（HER）反應機理、光催化活性表征以及提高其助催化活性的手段等方面進行討論，發現其在保持高活性并降低催化劑成本上表現出極大的潛力。雖然其在使用過程中存在具有劇毒反應物及生成物參與等問題，但隨著對其合成方法與結構性能進一步研究和完善，過渡金屬磷化物在未來光催化和光電化學光解水助催化方面將獲得廣泛應用。