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Advanced Energy Materials:单原子活性位点光催化全分解水
发布时间: 2021-01-19 14:17 | 【 【打印】【关闭】

  建能级匹配、光吸取能力强和电荷分离效率高的光催化体系是实现分解水制氢的根本目标。其中,两步激发Z-型机制的光催化体系既有利于光生电荷的分离,又能在两种半导体上分别保持电子/空穴的强还原/氧化能力,受到人们广泛关注。

  基于此,武汉大学彭天右教授课题组以氧化石墨烯点为模板剂,通过水热法制备厚度为~3.76 nm BiVO4纳米片(NSs),然后向其表面原位沉积一层厚度为~1.26 nm的Zn/Pt异金属单原子卟啉基聚合物,构筑新型的二维复合材料。通过光电化学性能、活性物种检测以及近边吸取等手段证明该复合材料的光生电荷转移机理是Z-型作用机制。在ZnPtP-CP/BiVO4复合材料中,BiVO4 NSs和ZnPtP-CP聚合物在界面处通过Zn-O-V键桥联紧密接触,该材料在λ = 400 nm处取得优异的表观量子产率(9.85%)。

  ZnPtP-CP/BiVO4高效的全分解水性能主要归功于其独特的结构特征。首先,制备的大量暴露(010)晶面的BiVO4 NSs具有较大的比表面积,不仅为光催化反应提供了大量的活性位点,而且也可以使其与ZnPtP-CP聚合物在界面处紧密接触,从而加速了光电子的转移效率。其次,超薄的BiVO4 NSs有效地缩短了内部光生电子向其表面的迁移距离,阻碍光生电荷的复合,促进了光催化体系光生电荷沿着两步激发Z-型路径分离。此外,ZnPtP-CP聚合物内部相邻两个卟啉分子之间会形成II型异质结,即在ZnPtP-CP内部周期性分布着II型异质结阵列。光催化过程中,光生电子从BiVO4 NSs转移到ZnPtP-CP的ZnPorBr核,再转移到ZnPtP-CP中的PtPorF核用于水的还原反应,而空穴最终留在BiVO4 NSs上用于水的氧化反应。这种高度有序的电子传输路径使其比传统的Z-型催化剂具有更高效的电子利用效率,从而实现高效的Z-型电荷分离机制在不使用牺牲剂或外部偏压的情况下进行全水分解。该研究结果为构筑基于单原子活性位点的Z-型双功能光催化体系提供了借鉴思路。

  相关工作以“Porphyrin Conjugated Polymer Grafted onto BiVO4 Nanosheets for Efficient Z-Scheme Overall Water Splitting via Cascade Charge Transfer and Single-Atom Catalytic Sites”为题,发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202003575)上 。

  文章来源: materialsviewschina 

  文章链接:https://www.materialsviewschina.com/2021/01/51565/ 

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