Solar RRL:基于二维钛/铌金属氧化物材料在光催化领域中的应用

人类社会的快速发展,对于能源的需求也在持续增长,这也引起了化石能源枯竭和环境污染加剧等问题,迫使人们必须寻找更加实际可行的可持续能源,其中太阳能被认为是取代化石燃料的可持续能源之一。光催化技术可将太阳能转化为化学能,具有绿色、高效、无二次污染等特点,对于光催化材料的结构设计具有重要的研究意义,它和光生载流子的产生、复合和分离等过程密切相关,从而直接影响着光催化性能。单纯二维钛/铌金属氧化物(2D TNMO)基化合物主要包含Ti4+-TiO6/Nb5+-NbO6八面体结构,以其为前驱体,通过对其进行修饰调控(包含结构设计和元素掺杂),可实现结构组分可调的2D TNMO基材料的构筑,其作为光催化材料具有优异的催化性能,具备良好的应用前景。更进一步,优化结构设计,将2D TNMO和其他材料(比如贵金属、碳材料、半导体材料等)进行复合,构筑异质结复合材料,将会极大地提高光催化性能。因此,探究2D TNMO材料的调控机制,明确光催化反应增强机制、材料结构与光催化性能的关系,对于2D TNMO基光催化材料的构筑具有重要意义。

最近,盐城工学院材料科学与工程学院刘超副教授、张勤芳教授和合作者根据自身在2D TNMO材料在环境修复和能源转化领域的积累,系统全面地总结了2D TNMO光催化材料的合成方法、调控手段及光催化应用,具体内容主要包括:(1)简单地介绍了包括固相合成、溶胶凝胶、离子交换、插层化学、水热/溶剂热等制备方法;(2)阐述了多种光催化活性调控手段,包括结构调控、元素掺杂和异质结形成,其中重点总结了2D TNMO-基异质结复合材料,对于引入的碳材料、金属纳米颗粒、金属氧化物、金属硫化物、导电聚合物等对于增强2D TNMO光催化活性进行了详细地讨论;(3)总结了这些2D TNMO-基材料在不同光催化领域的应用,包括水分解、污染物降解、CO2还原、固氮、杀菌等。探究光催化性能增强和调控手段之间的内在关系;(4)最后讨论并展望了2D TNMO-基材料在光催化领域应用所面临的挑战和机遇。

相关论文以“Two-Dimensional Titanium/Niobium Metal Oxide-Based Materials for Photocatalytic Application”为题,在线发表在《Solar RRL》(DOI: 10.1002/solr.202000070)上。文章第一作者为盐城工学院材料科学与工程学院刘超副教授,通信作者为盐城工学院张勤芳教授、南京大学侯文华教授和邹志刚院士。