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文献综述
1.研究背景半导体光催化因其能利用光能驱动催化反应而备受关注,在能源和环境保护领域有着许多潜在应用1-3。
相比之下,作为研究最多的半导体,TiO2只能吸收紫外光,不能满足太阳能驱动应用的需要,虽然可以通过参杂金属和非金属元素提高其性能,但TiO2在可见光下的光催化活性仍然很低4。
所以开发一个稳定、丰富且能有效利用可见光的新型光催化剂体系是十分重要的。
在最近的研究中,类石墨型氮化碳(graphitic carbon nitride,简写为g-C3N4)聚合物是首个被发现不含金属的有机半导体光催化剂,g-C3N4材料带隙为2.7eV,具有水还原/氧化的潜力和出色的稳定性,以及低成本和无毒性的优点,因此,该材料在光分解水制氢5、降解有机污染物6,光催化还原CO27,金属离子的探测8等环保领域都显示出巨大的应用前景。
但因g-C3N4材料的可见光响应范围窄,并且光生电子-空穴对分离效率低,使它在光催化产氢领域的应用收到了很大的限制9。
到目前为止,科学家们已经提出了如下两个能够有效提高其光催化性能的策略:(1)形成异质结,即构建II型或Z型TiO2/g-C3N410-15;(2)引入表面缺陷,例如在g-C3N4中引入氮空位16-19。
然而,在上述复合体系中,太阳光吸收不足(波长低于450nm)尚未得到很好的解决,因此,设计新的复合光催化剂不仅可以提高光生电荷的分离,而且可以扩大g-C3N4的光吸收,从而提高太阳能利用率。
硫化镉(CdS)是一种具有2.4ev带隙的半导体材料,它能吸收520nm甚至更长的太阳光20,21,被广泛用作可见光响应的窄带隙半导体21-24。
然而,CdS在光催化过程中,其光生空穴易被自氧化,发生光腐蚀25。
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