科技资讯写作大赛｜Science Bulletin“太阳光光催化能量转化”专题

yuanyukun888 8年前 (2017-05-22) 5156浏览

材料人首届科技资讯写作大赛自5月13日发布征稿通知以来（参赛详情请戳我），受到读者们的广泛关注。本文是大赛第十一篇投稿，由SCI期刊Science Bulletin编辑部投稿。

太阳光光催化分解水制氢和温室气体还原反应，为清洁高效转化利用太阳能、消除减缓温室效应提供了一条极具发展前景的技术路线，一直是近几十年来的研究热点之一，吸引着国内外学者的高度研究兴趣。为展示有关最新研究进展，Science Bulletin 2017年第9期出版了“太阳光光催化能量转化”专题，敬请收阅！本期特邀编辑为福州大学的王绪绪教授，西安交通大学的敬登伟教授，香港理工大学的倪萌教授。点击下载本期专题相关文章。

EDITORIAL

1. 太阳光光催化能量转化

清洁和可再生能源是人类社会解决现今能源短缺和环境恶化问题不可避免的选择。氢气由于其燃烧产物为水没有二次污染而被认为是最理想的清洁燃料。氢气在自然界储量丰富，但是其存在于水、植物、天然气和石油等不同类型的化合物中。氢气作为一种可供选择的能源使用的前提就是需要从诸如水和生物质等可再生源头大规模并清洁、廉价以及低能耗地供应。工业生产中的氢气主要来源于天然气的转变和电解过程。前者由于原料不可再生且有污染物排放所以并不是一种可持续的方法。后者可以利用额外的太阳能和风能，但是其成本过高。光催化和光电催化是使用太阳能在室温条件下生产可再生氢气能源极具希望的方法。近四十年来光催化和光电催化分解水制氢的进步也说明了这一点。

福州大学王绪绪教授、西安交通大学敬登伟教授、香港理工大学倪萌教授作为本期专题特邀编辑，简要叙述了太阳光光催化能量转化相关研究的基本情况，并对近期的研究进展进行了总结。

王绪绪

敬登伟

倪萌

文献链接：Xuxu Wang, Dengwei Jing, Meng Ni. Solar photocatalytic energy conversion（Sci. Bull., 2017, DOI 10.1016/j.scib.2017.04.021）

NEWS &VIEWS

2. 异质结：构筑复合光催化剂的重要思路

在纳米尺度上构筑异质结和异相结是设计和制备复合光催化材料的最有效方法。来自福州大学的王绪绪教授（通讯作者）等人以光催化水分解和二氧化碳还原为光能转化目标反应，介绍了异质结的成因、作用原理以及研究进展。作者认为，内建电场和纳米尺寸效应是异质结光催化材料具有高光催化活性的两个主要原因；并且基于异质结的特点，作者提出了异质结调控的主要思路和策略。作者强调，在构建异质结时，应区别两个半导体组元在异质结构中作用，综合考虑带隙、费米能级或功函数、价导带电势、电子或空穴迁移率、形貌维度的匹配，方能有效调控光催化材料的光吸收范围、光生电子和空穴分离、迁移方向和迁移速率。论文虽短，但包含重要信息，且见解新颖，值得光催化同行一读。

文献链接：XiaohanAn, Ying Wang, Jinjin Lin, Jinni Shen, Zizhong Zhang, Xuxu Wang. Heterojunction: important strategy for constructing composite photocatalysts（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.025）

ARTICLES

3. Z型Cd_xZn₁₋_xS/Au/g-C₃N₄光催化剂在可见光下对副产物的抑制及其增强的光催化产氢性能

来自中科院新疆理化技术研究所的王传义研究员、李英宣副研究员（共同通讯）等人通过光沉积法，在g-C₃N₄基底上生长Au纳米颗粒，然后在Au上负载Cd_xZn₁₋_xS固溶体，制备了Z型Cd_xZn₁₋_xS/Au/g-C₃N₄光催化剂，并对其结构、形貌和光学性能进行了系统研究。以葡萄糖为牺牲剂，研究了Z型光催化剂在可见光（λ>420 nm）下光解水制备氢气的性能。结果表明，Cd_0.8Zn_0.2S/Au/g-C₃N₄具有最优异的产氢性能，其产氢速率为123 μmol g⁻¹ h⁻¹，分别是Au/g-C₃N₄和CdS/Au/g-C₃N₄的52.2倍和8.63倍；Z型光催化剂产氢活性的提高主要归因于其高的光生载流子分离效率。此外，Cd_0.8Zn_0.2S的引入，可以抑制光催化过程中副产物CO和CO₂的产生。

文献链接：He Zhao, Xiaoling Ding, Bing Zhang, Yingxuan Li, Chuanyi Wang. Enhanced photocatalytic hydrogen evolution along with byproducts suppressing over Z-scheme Cd_xZn₁₋_xS/Au/g-C₃N₄photocatalysts under visible light（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.005）

4. Cd₃(C₃N₃S₃)₂配位聚合物/石墨烯纳米结构在可见光下增强的产H₂O₂性能

面对严峻的能源问题和环境问题，寻求新型的清洁能源和环境友好的开发、利用模式是唯一的解决途径。来自福州大学的龙金林副研究员（通讯作者）等人利用石墨烯的二维结构性质，巧妙地将具有光催化活性的Cd₃(C₃N₃S₃)₂八面体配位聚合物 “嫁接”在二维石墨烯的表面，并进一步利用石墨烯优良的电子传输性质，提高了Cd₃(C₃N₃S₃)₂配位聚合物在可见光照射下催化还原水中溶解的O₂形成H₂O₂的过程。H₂O₂是一种清洁、高效、较为安全的能源，利用光催化技术实现对其的高效制备具有巨大的意义和价值。

文献链接：JieXu, Zhenye Chen, Hongwen Zhang, Guibin Lin, Huaxiang Lin, Xuxu Wang, Jinlin Long. Cd₃(C₃N₃S₃)₂coordination polymer/grapheme nanoarchitectures for enhanced photocatalytic H₂O₂ production under visible light（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.04.013）

5. 有序垂直排列的TiO₂纳米棒阵列/BDD异质结电极的光电催化活性

来自中科院合肥物质科学研究院的张海民研究员和北京石油化工学院的韩严和副教授（共同通讯）等人通过简单的水热法在BDD电极和FTO玻璃电极表面上制备了阵列TiO₂纳米棒。扫描电镜分析表明，在BDD电极表面的TiO₂纳米棒阵列明显比FTO玻璃电极表面的要致密且更加有序，并且TiO₂纳米棒阵列与BDD电极能形成p-n型异质结，从而有效增强了TiO₂的光电催化分解性能，其光电催化水解和有机物降解能力能提高到TiO₂/FTO电极的2倍左右。因此，TiO₂纳米棒阵列/BDD异质结电极可作为广谱有机污染物的降解以及传感检测元件使用。

文献链接：Yanhe Han, Lei Zhang, Yafei Wang, Haimin Zhang, Shanqing Zhang. Photoelectrocatalytic activity of an ordered and vertically aligned TiO₂nanorod array/BDD heterojunction electrode（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.009）

6. α-Co(OH)₂的相转移合成及其转变的CoO在高效电催化水氧化中的应用

电解水制氢是一种重要的洁净能源技术，其中阳极析氧(OER)半反应动力学过程极度缓慢,是限制电解水过程整体动力学性能和效率的瓶颈性因素之一。因此，寻找高性能、稳定性好且廉价的水氧化催化剂成为目前能源领域的一个研究热点。来自陕西师范大学的曹睿教授和张伟副教授（共同通讯）等人采用快速、简便的两相法合成CoO纳米颗粒作为高效的水氧化催化剂。由于在热处理的过程中，随着表面活性剂的去除，CoO纳米颗粒的形成以及颗粒之间产生许多开放空间，使得该材料表现出优异的催化性能。该工作为廉价的水氧化催化剂的设计提供了新思路。

文献链接：DingyiGuo, Fangfang Chen, Wei Zhang, Rui Cao. Phase-transfer synthesis of α-Co(OH)₂ and its conversion to CoO for efficient electrocatalytic water oxidation（Sci. Bull., 2017, DOI：10.1016/j.scib.2017.03.027）

REVIEW

7. 过渡金属磷化物的合成及其作为电极在分解水中的应用

寻找高效析氢反应助催化剂已经成为光催化/光电化学分解水研究的一个热点。过渡金属磷化物因其丰富的地质含量和与贵金属助催化剂相媲美的性能而日益受到重视。来自西安交通大学的苏进展副教授和Chen Yubin 副教授（共同通讯）等人从过渡金属磷化物的制备方法、催化析氢反应（HER）反应机理、光催化活性表征以及提高其助催化活性的手段等方面进行讨论，发现其在保持高活性并降低催化剂成本上表现出极大的潜力。虽然其在使用过程中存在具有剧毒反应物及生成物参与等问题，但随着对其合成方法与结构性能进一步研究和完善，过渡金属磷化物在未来光催化和光电化学光解水助催化方面将获得广泛应用。