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1、第18卷第9期化 学 进 展Vol.18No.92006年9月PROGRESSINCHEMISTRYSep.,20063设计新型可见光响应的半导体光催化剂33龙明策 蔡 俊 蔡伟民 陈 恒 柴歆烨(上海交通大学环境科学与工程学院 上海200240)摘 要 利用太阳能光解水制氢和降解有机污染物对解决能源和环境问题具有重要意义,而可见光响应催化剂的研制是实现太阳光高效利用的关键。本文从可见光响应光催化剂的设计思路出发,从电子能带结构、固溶体结构和微观复合结构三方面介绍了目前光催化剂的研究进展和发展方向。关键词 可见光
2、半导体 光催化剂 光解水 有机污染物中图分类号:O643132;O64411;TN304191文献标识码:A文章编号:10052281X(2006)0921065211DesignofNovelVisibleLightRespondingSemiconductorPhotocatalysts33LongMingceCaiJunCaiWeiminChenHengChaiXinye(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity
3、,Shanghai200240,China)AbstractWatersplittingforhydrogenevolvingandorganicpollutantsdegradationbyutilizationofsolarenergyhavevitalsignificanceforsolvingtheenergycrisisandenvironmentalproblems.Developingvisiblelightrespondingphotocatalystsisthekeyforsunlighteffi
4、cientlyutilization.Inthispaper,basedonthematerialdesigningideasforvisiblelightrespondingphotocatalysts,recentprogressisreviewedfromthreeaspects:theelectronicbandstructure,solidsolutionandmicro2heterojunctionstructure.Thedevelopingorientationforfurtherresearchi
5、spresented.Keywordsvisiblelight;semiconductor;photocatalysts;watersplitting;organicpollutants[3][4]TiO2、NaTaO3等,仅在紫外光范围有响应,而波1 引言长在400nm以下的紫外光部分不足太阳光总能量的[1]自1972年Fujishima等首次发现单晶TiO2电5%,太阳光能量主要集中在400—700nm的可见光[2]极上能够光催化分解水后,Carey等成功地将TiO2范围,达总能量的43%。因此研制可见光响应的
6、催用于光催化降解水中有机污染物,半导体光催化迅化剂是提高太阳能利用率,最终实现光催化技术产速受到各国环境和能源研究者的普遍关注。当前环业化应用的关键。新型可见光响应光催化剂的研究[5]境问题和能源危机成为制约人类发展的两大瓶颈。目前有两大思路:一种是对TiO2的修饰改性使其光催化技术有望成为解决环境和能源问题的有效方响应波长红移至可见光区,主要有金属P非金属掺[6—9][10]式,因为通过将太阳能转化为洁净氢能的光解水技杂、染料光敏化、窄带半导体(CdS等)复[11—16][17—20]术将彻底解决化石能源枯竭的危
7、机,而光催化降解合以及金属络合物敏化等手段。考虑到清除有毒有机污染物将成为解决环境问题的一条廉TiO2具有稳定、高效和低成本等一系列优点,改性价可行的途径。TiO2在光催化降解有机污染物领域有一定的应用前但是经过30多年广泛深入地研究,光催化技术景。另一种是设计新型的可见光响应半导体光催化仍难以实现高效廉价地转化和利用太阳能。主要原材料,这一思路涉及化学、物理、材料和光电子等多因是人们开发的一系列宽带隙半导体光催化剂如学科的交叉,更富有挑战性,成为光催化剂研究的重收稿:2005年11月,收修改稿:2006年2月3高
8、等学校博士学科点专项科研基金项目资助(No.20050248015)33通讯联系人 e2mail:wmcai@sjtu.edu.cn·1066·化 学 进 展第18卷要课题和新的热点。本文从电子能带结构、固溶体氧化还原势正,表面吸附的水或羟基作为电子的给[22]结构和微观结构等3方面的设计思路出发,介绍了体(donator)被空穴氧化为·OH。当能带位置符合
