2018年10月19日
[本篇访问: 1572]
周勇教授课题组在晶面调控增强光催化水分解最新研究成果发表在《Adv. Mater》

物理学院周勇教授与大连大学周新教授密切合作,在光催化水分解出氧方面取得重要进展,研究成果以《Polyhedral 30-Faceted BiVO4 Microcrystals Predominantly Enclosed by High-Index Planes Promoting Photocatalytic Water Splitting Activity》为题,于2017年12月2日在线发表在Advanced Materials,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201703119/full。南京大学为第一单位和通讯单位。南京大学物理学院2016届李平博士为第一作者(现工作于南京工业大学)

近年来,Z型光催化材料已经被广泛的用于水的全光解,光解水时光生电子由H+俘获产生H2,空穴由牺牲性溶剂俘获或OH-俘获产生O2。由于释放一个分子的H2要两个电子,而四个空穴才能放出一分子的氧气,因此光催化H2O分解产氧是决定光催化效率的主要因素。因此,研究光催化出氧材料是光催化H2O分解效率提升的一个很好的突破口。BiVO4,由于其较正的价带,是优越的光氧化剂。

图1 BiVO4三十面体;(a)电子显微镜照片,(b)对应的模型图。

周勇教授课题组通过微量金纳米粒子表面吸附方法合成了高能面暴露的BiVO4三十面体结构(图1),并把这种结构首次应用于光催化H2O分解产O2的反应中。BiVO4多面体暴露的高能面为{132},{321},{121}。相对于低指数暴露晶面,高能面暴露的BiVO4多面体展现出优越的光催化H2O分解性能,产氧性能提高了3-5倍。理论研究表明:相对于(010),(110),(101)等低指数晶面,高能面有利于H2O的解离,有更优越的H2O分解出O2过电位(0.11-1.14 V)。 高能面暴露的BiVO4三十面体结构在430 nm单色光照下表现出18.3 %的量子效率。

该工作对设计和制备高效率光解水催化剂具有重要的指导意义。研究受国家973项目,国家自然科学基金,南京大学登峰人才计划(B)等项目资助。

(物理学院 科学技术处)