肖特基结光电材料的制备及光催化性能研究文献综述

 2023-12-04 10:12

文献综述

随着化工产业在世界范围内的快速发展和利用,使世界经济增长的同时也使全球的环境问题越发严峻,人们为了追求更高的生活品质和减缓环境问题对人类生存的威胁,开始关注环境的保护和防治。目前,利用催化降解的方法来保护环境已在国内外引起了广泛关注和应用。其中利用半导体来进行催化降解是最为普遍的方法。本课题将从这个问题出发利用半导体和金属形成复合半导体催化材料来进行催化降解的简单应用。

经过大量的实验和理论证明:当金属与半导体结合时,他们之间可能会有肖特基接触从而形成肖特基结,并且由于金属的粒子性使它具有非线性抗阻特性。形成肖特基结的大多是含有极少量电子的贵金属与存在大量电子的N型半导体。肖特基结可以使激发产生的电子从N型半导体流向贵金属或者被捕集,这样电子迁移所产生的空穴就会留在半导体中,并降低了电子和空穴的复合率,增大半导体的光催化效率1。而当我们选择贵金属和半导体时主要取决于他们之间的功函数差,当金属的功函数大于半导体的功函数时,半导体的费米能级才能高于金属,电子就会向金属流动。

近20多年来,在环境的保护和应用方面大多将N型半导体材料用作为降解有机污染物的光催化剂,如TiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、CdS、WO3等。其中受到人们广泛关注的是纳米TiO2 (锐钛矿),它具有稳定性高、活性好、反应次数多、持续作用时间长,并且在连续光照下能保持活性,也可在常温常压下正常工作等特性2。因此,TiO2是现在人们公认较好的催化剂之一。目前研究TiO2主要有三个方向:一是,增加对太阳光线的利用,产生更多的光生载流子;二是,促进光生载流子的分离和迁移;三是,提高TiO2光催化材料的比表面积。因为TiO2通常只在紫外光下才具有光催化活性,光吸收波长范围狭窄,严重影响了它的实际应用范围,所以我们可以通过对TiO2进行改性来提高它的光催化活性。

目前常用的改性方法有:离子的掺杂、贵金属沉积、复合半导体等3-5

1)离子的掺杂:离子的掺杂是指将金属和非金属离子通过化学或物理的方法复合在TiO2的内部,所掺杂的离子可以和光生电子结合,降低电子和空穴的复合率,使TiO2的光谱吸收范围扩大,向可见光方向移动,提高TiO2的光催化效率[6]

2)复合半导体:复合半导体是指在TiO2的表面上复合两个或多个合适的半导体,而当半导体与TiO2接触结合后就会形成 “异质结”,从而提高TiO2催化活性7

(3)贵金属沉积法:贵金属沉积法是指在半导体的表面沉积贵金属(如:Pt、Ag、Au 等),形成一种简单的金属与半导体的肖基特结,来抑制电子和空穴的复合8

因此根据以上所述的条件和现在光催化所发展的趋势,本课题将采用Pt金属和Pd金属与TiO2结合形成肖特基结,来提高TiO2的光催化效率,并有可能使TiO2的光吸收范围向可见光方向移动。

近十多年来,光催化降解水中污染物技术逐渐兴起,Matthews等人曾利用光催化对水中30多种有机污染物分解并进行系统的研究,结果表明光催化法技术可将烃类、羟酸、卤化物、染料、表面活性剂、含氮有机物,有机农药等完全氧化成CO2和H 2O等无害物质9

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