Engineering vacancies for solar photocatalytic applications  

用于太阳光催化反应的空位工程（英文）

作　　者：Mingce Long Longhui Zheng 龙明策;郑龙辉(上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240;上海交通大学,薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海200240)

机构地区：[1]School of Environmental Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China [2]Key Laboratory for Thin Film and Microfabrication of the Ministry of Education, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2017年第4期617-624,共8页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (21377084);Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503107)~~

摘　　要：In contrast to the exploration of novel photocatalytic materials,vacancy engineering of traditionalphotocatalysts comprising earth‐abundant elements represents an effective method for enhancingphotocatalytic performance without introducing alien elements.This minireview analyzes the latestprogress in engineering vacancies in photocatalysts,remarks on state‐of‐the‐art characterizationtechniques for vacancies,and reviews the formation chemistry and fundamental benefits of anionand cation vacancies in typical photocatalysts.Although knowledge of these vacancies is increasing,challenges remain in this field,and possible further research is therefore also discussed.空位是一种点缺陷,广泛存在于非化学计量比的半导体光催化材料的晶格中.不同于其它研制复杂结构和组成的新型光催化剂的策略,空位工程设计方法可以基于传统的,由丰量元素组成的光催化剂进行表面或体相晶格的空位调控,以获得宽谱响应的高效光催化材料.该方法具有不引入杂质元素、成本低廉、方法简便等优点,且通过表面化学吸附作用可以耦合热催化和光催化过程,以实现增强的选择性光催化反应.空位的表征技术包括元素分析,扫描隧道显微镜,催化发光,光致发光或顺磁共振等直接和间接观测技术.近期正电子湮没谱发展成为一种研究空位的重要手段.这种方法可以区分不同位置(如体相和表面)和不同形式(如单一空位或联合空位)的空位并确定其相对浓度,从而用于探索空位影响光催化活性的规律.氧、氮、硫和卤素原子空位均属于阴离子空位.氢化处理法可以在光催化剂晶格中形成高浓度氧空位,并导致纳米材料表面层的晶格混乱.处理后光催化剂的光学吸收拓展到近红外区,电子给体浓度大大提高,促进了电子输运和界面电荷的迁移与分离;然而,可见光区的吸收对增强的光催化活性没有贡献.氧空位还可以作为活性位点吸附和解离反应物,促进电子从催化剂到吸附质间的转移,甚至直接参与到光催化和光化学反应中.富含氧空位的WO_3可以耦合热催化和光催化反应促进CO_2的选择性还原,或者利用近红外光活化分子氧并选择性氧化胺.氮空位是含氮的n型半导体光催化材料的本质属性.石墨氮化碳中的氮空位有助于促进电荷分离,同时可以作为化学吸附位用于选择性吸附,活化和还原氮气,因此富含氮空位的光催化剂在还原含氮化合物方面具有应用潜力.由于卤素原子在层状卤氧化铋的层间以较弱的范德华力存在,该类化合物容易形成卤原子空位.通过热�

关 键 词：Oxygen vacancy Hydrogenated treatment PHOTOCATALYSIS CHEMISORPTION Titanium vacancy 

分 类 号：O643.3[理学—物理化学] O644.1[理学—化学]