用缺陷来提升可见光光催化剂的性能

Smallsunzaicheng对于半导体材料来说,缺陷通常被认为是捕获激发态的电子,致使荧光或光电转换效率降低。但对于氧化物半导体光催化剂来说在其表面或本体引入一定浓度范围内的缺陷可以有效地提高光催化剂的效率。甚至在一定程度上窄化半导体的带隙 拓展可见光光吸收的作用从而达到提升光催化剂性能的目的。

最近中科院长春光机所和北京工业大学的孙再成教授及其研究团队在可见光光催化剂Zn-Cd-S固溶体中利用引入表面缺陷的方法提高了可见光光催化剂的光催化性能,其光催化性能可以提高约4倍。

水分解制氢光催化剂目前所面临的主要科学问题是可见光吸收范围过窄和光生电荷的分离效率较低。通过引入缺陷,使得半导体的价带和导带发生移动从而在一定程度上窄化带隙,进而达到拓展光吸收的目的,对于Zn-Cd-S固溶体来说通过对比具有缺陷和没有缺陷的样品,发现具有缺陷的固溶体确实具有更宽的光吸收范围,理论计算也表明硫缺陷引入会导致价带提升导带降低,这使得带隙变窄。更重要的事缺陷的引入,缺陷更易于捕获光生电子。从而抑制光生电子和空穴的复合,从产氢速率对波长的依赖性上也可以看出在全吸收波段范围,具有缺陷的样品的产氢速率明显高于无缺陷样品。其产氢速率可以达到571mmolh-1 (λ > 420 nm)。而且其在λ = 420 nm处量子效率高达16.9%。这表明缺陷确实促进了电荷分离效率。这一工作证实了缺陷在光催化过程中具有提升光催化效率的作业。相关工作发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201503067)。