【摘 要】
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半导体光催化剂在太阳能转换和环境治理方面有着诱人的前景.氧化亚铜(Cu2O)作为一种窄禁带p型半导体在可见光光催化方面具有独特的优势,但是其较低的光生载流子分离效率
【机 构】
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中国科学院金属研究所 沈阳 110016
【出 处】
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第十四届全国太阳能光化学与光催化学术会议
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半导体光催化剂在太阳能转换和环境治理方面有着诱人的前景.氧化亚铜(Cu2O)作为一种窄禁带p型半导体在可见光光催化方面具有独特的优势,但是其较低的光生载流子分离效率和光腐蚀性大大限制了对太阳能的利用.我们课题组通过构筑一种特殊结构的异质p-n结纳米复合材料,选择在Cu2O纳米球上修饰二氧化钛(TiO2)纳米岛,利用两种半导体材料之间的能带匹配差和大量异质p-n结的作用,大大提高了光生载流子的分离效率和Cu2O的光稳定性.在此复合体系中,Cu2O为主要的可见光吸收组分,产生的光生电子在TiO2与Cu2O能带弯和p-n结内建电场的共同作用下,能够从Cu2O的导带跃迁到TiO2的导带,实现光生电子和空穴的有效分离,从而表现出优异的光催化活性.TiO2纳米岛在Cu2O纳米球表面部分覆盖,留在Cu2O表面光生空穴可以有效的与水或者水中有机物、微生物反应,避免了因空穴在Cu2O表面的富集而产生的氧化亚铜的光腐蚀,大大提高了光催化体系的稳定性.在对甲基橙的降解实验中,30 ppm的甲基橙溶液,在7 次循环实验之后,其降解能力仍然在90％以上.在对大肠杆菌的杀灭试验中,能在80 min 中内降低大肠杆菌浓度3 个数量级.在可见光光照下,TiO2纳米岛通过Ti4+还原为Ti3+能够捕获与存储部分光生电子.光照关闭后,它能将存储的光生电子释放,与H2O和O2反应,从而能够在黑暗中也产生活性氧基团,表现出对光催化的“记忆”效应.在对大肠杆菌的杀灭试验中,当光照关闭后此复合光催化材料体系继续表现出一定的活性,能在80min 杀灭 90％的大肠杆菌.这种具有 “记忆”效应的光催化材料体系能够实现使用太阳光能的全天候光催化作业,具有广阔的应用前景.
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