Small Methods:直接Z型光催化系统的研究进展

近年来,由于人口和工业的迅速增长,能源短缺与环境污染问题已经成为本世纪人类社会面临的最大挑战。为了确保人类社会的可持续发展,开发可再生和环境友好型能源已成为当前科学界最紧迫的任务。其中,半导体光催化被认为是解决上述两个问题的最佳途径之一,因为其能够直接利用太阳能来生产太阳能燃料(如氢气、甲烷、甲醇和甲酸等)和减轻环境污染。尽管近年来光催化研究进展显著,光催化反应的光转换效率仍然很低,远远达不到实际应用的要求,这主要是由于半导体中电子-空穴的快速复合所导致。因此,有效地提高半导体在光催化过程中的光转换效率对其未来的发展极为重要。通过模拟植物的光合作用来构建直接Z型光催化系统被认为是一种能有效增强光催化性能的方法。这是因为直接Z型光催化系统能够有效地抑制光生电子-空穴对的复合,并同时保证光催化系统最优的氧化与还原能力。

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近日,武汉理工大学余家国教授及其研究团队综述了直接Z型光催化系统的最新进展,文章发表于Small Methods 2017年第1卷第5期。文章回顾了Z型光催化系统从其第一代(液相Z型光催化系统)到目前第三代(直接Z型光催化系统)的发展历史,讨论了直接Z型光催化系统与其前身(包括传统异质结、液相Z型和全固态Z型光催化系统)相比的优点。此外,文章还重点总结了直接Z型光催化系统的表征方法与其在能源与环境领域中的应用。最后,文章总结了这一新兴研究课题所面临的的挑战和未来的发展方向。该综述能够加深科学界对Z型光催化系统的机理与发展历程的理解,以充分发掘Z型光催化系统在可再生能源和环境污染治理中的应用潜力。

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