QuantumATK在催化研究中的应用案例集(三)光催化

Posted · Add Comment

实例1:铋基半导体材料作为光催化剂

近年来,铋基半导体材料被认为是一种潜在的绿色减排技术。为了克服Bi4NbO8Cl半导体中电子和空穴快速复合的缺点,我们通过发展异质结构对Bi4NbO8Cl半导体进行了改性。采用水热法原位合成了含Bi4NbO8Cl的Bi2S3量子点,并用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)对其进行了表征。采用Bi2S3/Bi4NbO8Cl异质结构,具有较宽的光吸收区和较低的复合效率,在可见光照射下对有机污染物(罗丹明B,Rh-B)进行光降解。与Bi4NbO8Cl和Bi2S3相比,由于原位合成的Bi2S3量子点能够有效地分离光诱导的电子-空穴对并抑制它们的复合,因此对Rh-B的光催化降解能力更强。此外,DFT数据进一步解释了Bi2S3/Bi4NbO8Cl的界面性质,为新型光催化剂的设计提供了独特的思路,从而促进了其在工业上的潜在应用。


实例2:3R-delafossite-CuGaO2合成和光催化性质系列研究

本研究采用简单的低温水热法制备了高结晶度、单相的3R-delafossite-CuGaO2样品。通过实验研究了高锰酸钾的物理化学性质。通过一系列的表征、分析、(光)电化学和光催化活性测试,制备的CuGaO2样品具有产氢和高效光催化降解盐酸四环素(TCH)的潜力。此外,CuGaO2光电极具有长期稳定性和较大的光电流密度。这些观察结果表明,3R-delafossite-CuGaO2是一种潜在的可见光驱动光催化剂。最后,讨论了3R-delafossite-CuGaO2光催化剂可能的突破方向。

作为高温氧化的一种替代方法,本研究展示了一种基于非平衡水热合成的方法来将过量的O插入3R的delafossite-CuFeO2中。在较低的温度下,或在水热反应的初始阶段,由于水热过程中丙醛的不完全还原,在自组装块层之间残留了大量过量的O。本文在实验观察和理论计算的基础上,不仅证实了过量O的存在并量化了过量O的浓度,而且建立了非化学计量比CuFeO2+δ的生成机理。通常,用常规水热法制备的高结晶度CuFeO2+δ只含有低水平的过量O,但本研究表明,采用微波辅助水热反应可以缓解这一问题。利用密度泛函理论计算了CuFeO2+δ应具有半金属铁磁性和多能隙。通过系统的实验表征和理论计算,阐明了过量氧对材料微观结构的显著影响,同时提高了CuFeO2的电学、光学和电化学性能。由于这些改进,这种材料适用于提高太阳能转化率。光电化学实验和光催化性能的数据证实了这些性质,表明非化学计量比的3R-delafossite CuFeO2+δ化合物在太阳能转化中具有潜在的应用前景。

光催化技术可以同时解决能源短缺和环境污染两大全球性问题。由于层状准二维超晶格结构的独特性,以及结构模体的特殊功能,delafosite化合物已成为光电转换应用的热门候选族。本文采用优化的水热工艺制备了化学计量比完全、结晶度高、纯度高、成分均匀、立方尺寸为∼1.47μm的3R-delafossite-CuGaO2微晶。结合光学测量和密度泛函理论计算,深入系统地分析了CuFeO2的电子跃迁机理。CuFeO2具有明显的多波段光谱吸收特性,这有助于澄清关于CuFeO2带隙值的争议。CuFeO2微晶具有从光催化分解水到光催化降解污染物的潜在制氢潜力。采用盐酸四环素降解试验进一步验证了CuFeO2微晶对废水净化的潜力。添加H2O2后,CuFeO2微晶不仅表现出良好的光催化降解性能,而且在黑暗条件下表现出Fenton反应活性。尤其重要的是,光催化反应与Fenton反应的耦合显著提高了对盐酸四环素的去除率,表明CuFeO2具有良好的Photo-Fenton反应活性。最后,本文不仅提供了用于太阳能转换的CuFeO2的基本物理化学性质,而且指出了进一步提高效率的发展方向。

其他文章:


更多论文发表

  • Li, D.; Zhao, H.; Li, L.; Mao, B.; Chen, M.; Shen, H.; Shi, W.; Jiang, D. & Lei, Y.
    Graphene-Sensitized Perovskite Oxide Monolayer Nanosheets for Efficient Photocatalytic Reaction
    Advanced Functional Materials, Wiley, 2018, 28, 1806284

了解QuantumATK在催化研究中的特色功能:

更多QuantumATK在催化中的应用介绍参见:


立即试用 QuantumATK!


 

 
  • 标签

  • 关于费米科技

    费米科技以促进工业级模拟与仿真的应用为宗旨,致力于推广基于原子级别模拟技术和基于图像模型的仿真技术,为学术和工业研究机构提供研发咨询、软件部署、技术攻关等全方位的服务。费米科技提供的模拟方案具有面向应用、模型新颖、功能丰富、计算高效、简单易用的特点,已经服务于众多的学术和工业用户。

    欢迎加入我们!(点击链接)

  • 最近更新

  • 联系方式

    • 留言板点击留言
    • 邮箱:sales_at_fermitech.com.cn
    • 电话:010-80393990
    • QQ: 1732167264
  • 订阅费米科技新闻

    • 邮件订阅:
      您可以使用常用的邮件地址接收费米科技定期发送的产品更新和新闻。
      点击这里马上订阅
    • 微信订阅:
      微信扫描右侧二维码。
  •