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西安交大在构筑新型光催化制氢催化剂方面取得重要进展

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    光催化分解水制氢可将太阳能转换成洁净的氢能,极具研究价值。光生载流子的快速分离和迁移是提高制氢性能的关键因素之一,半导体异质结可以利用能级差的作用促使光生载流子的分离和迁移,是提高光催化制氢性能的有效手段。对于半导体异质结而言,除了其本身的特性外,构筑方法以及特殊的结构也对其催化性能有着直接影响。

   

近日,西安交通大学电气学院电力设备电气绝缘国家重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心,将原位硫化法和碱刻蚀法相结合,制备了具有中空通道的ZnO@ZnS核壳异质结,然后采用化学沉积法对其进行金纳米颗粒的修饰,最终得到了金纳米颗粒修饰的具有中空通道结构的ZnO@ZnS核壳异质结(HZOS4A4),其光催化制氢效率为目前ZnO-ZnS体系的最高值(56.98 mmol h1g1),表观量子效率达到25.47 %(365 nm)。研究发现:金纳米颗粒修饰起到两方面的作用:金与半导体之间形成肖特基势垒,促进电子的定向迁移;位于两个半导体之间的金颗粒作为电子传输的媒介,促进Z型电荷传输机制的形成。中空通道构筑了更多的表面,缩短了电荷向表面传输的距离。两者协同作用,有效促进了光生载流子的快速分离和迁移。该成果从构筑方法和结构调控两方面为开发新型高效的异质结光催化剂提供了新的思路。

该研究成果以“Au decorated hollow ZnO@ZnS heterostructure for enhanced photocatalytic hydrogen evolution: The insight into the roles of hollow channel and Au nanoparticles”为题发表在催化领域顶级期刊Applied Catalysis BEnvironmental上(影响因子11.698),论文第一作者为电气学院博士生马丹丹,通讯作者为电气学院牛春明教授团队石建稳副教授,论文的国际合作者为澳大利亚昆士兰大学王连洲教授,西安交通大学是该文章的第一作者与第一通讯单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金、西安交通大学国际电介质研究中心、西安交通大学分析测试共享中心的支持。

新型储能与能量转换纳米材料研究中心(http://cne.xjtu.edu.cn)瞄准新能源技术发展前沿,围绕新型储能和能量转换纳米材料研究方向,开展以材料微观/介观结构-化学特性-纳米制备技术为核心的基础研究工作,并以新能源转换与储能系统示范工程的研究和实施带动电气工程学科的发展建设,实现在该领域的理论创新与研究方法创新。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.12.016

2018-12-07
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