光催化测试系列4

光催化测试系列4-光催化分解水的催化剂之Z型光催化反应体系

基于植物的光合作用，研究人员设计了Z型光催化体系，该类催化体系的显著优势如下：借助双光子激发过程，在不同的光催化剂上分别完成还原反应和氧化反应；Z型光催化体系中的光催化剂只需分别满足各自的光激发过程和对应的半反应，降低了光催化反应的热力学要求，为光催化材料的选择和设计提供了很大空间；氧化反应和还原反应过程相互分离，有效抑制逆反应的发生；利用电子介质，Z型光催化体系中的光生电子与空穴能够有效分离与传输，保持较强的氧化还原能力；产氢催化剂的光生空穴与产氧催化剂中的光生电子相复合，增强了光催化体系的稳定性。

图2. 全固态Z型催化体系原理图

全固态Z型光催化体系的催化机理图如图2所示。通过PSI和PSII两种半导体材料直接接触，内部电场驱动电荷载体转移，实现还原和氧化活性位点的空间分离。PSI和PSII之间的功函数差异是诱导电荷再分布和内部电场形成的先决条件，影响光生电荷的分离和转移过程。当PSI和PSII接触时，PSI的自由电子可以转移到PSII，直到它们的费米水平达到平衡。因此PSI侧带正电,PSII 侧带负电,形成内置电场并发生带边弯曲。光照条件下，内部电场的存在有利于PSII导带(CB)上的光生电子与PSI价带(VB)上的光生空穴间的重组,有效抑制了PSI和 PSII 光生电子和空穴的复合，同时又保证了PSII价带上的空穴具有较强的氧化能力，PSI导带上的电子具有较强的还原能力。因此，全固态Z型光催化体系能够抑制光生电子空穴对复合，并保证电子和空穴具有较强的还原和氧化能力,能够更好的提高光催化效率。

[1] ZOU L,WANG H R, WANG X.High efficient photodegradation andphotocatalytic hydrogen production of CdS/BiVO heterostructurethrough Z-Scheme process[ J]. ACS Sustainable Chem Eng, 2017 ,5( 1 ) :303-309.

[2] 杨亚辉，陈启元等，光催化分解水的研究进展[J],2005,17(4).

科学指南针是杭州研趣信息技术有限公司推出的主品牌，专注科研服务，以分析测试为核心。团队核心成员全部来自美国密歇根大学，卡耐基梅隆大学，瑞典皇家工学院，浙江大学，上海交通大学，同济大学等海内外名校，为您对接测试的项目经理100%具有硕士以上学历。我们整合高校/社会闲置仪器设备资源，甄选优质仪器，为广大科研工作者提供方便、快速、更具性价比的分析测试服务。