光生电子调控促进氧吸附

随着能源与环境问题的日益严重，利用太阳能进行光催化转化污染物成为当下的热门研究领域。近年来，光催化剂等领域所取得的进步使太阳能光催化利用成为可能。磷酸处理等策略往往可提高光催化剂的活性，这常归因于酸离解后所形成的负场对空穴的诱捕，但其不适用于气相光催化反应的情况。我们提出和证实了在纳米光催化剂表面光生电子还原活化吸附的氧是影响环境污染物转化为CO2、水和矿物质等的关键，并成功地提出了无机酸表面修饰可促进氧气吸附进而改善转化性能的新策略，如图170.1所示。

图170.1　基于促进氧吸附的光生电子调控示意图

在有氧的情况下，适量的磷酸盐被用于纳米晶锐钛矿型TiO2膜的表面改性，加速TiO2膜中光生电子的动态衰减。通过磷酸盐的表面改性，大大延长了光生空穴的寿命，改善了TiO2的电荷分离，进而改善了其光催化活性。磷酸盐表面改性的加速作用可归因于通过O2温度编程的脱附曲线增加的O2吸附量。这项工作揭示了提高有效的O2的吸附对氧化物基光催化剂具有重要作用。

氢氟酸作为一种形态导向剂，通过水热工艺可控地合成了具有不同百分比的暴露（001）面的纳米晶锐钛矿型TiO2。结果表明，通过增加氢氟酸的使用量，可将（001）晶面暴露的百分比从6％调整为73％，同时逐渐增加所制备的TiO2中残留的氟化物含量。随着（001）面的百分比的增加，相应的TiO2逐渐展现出很高的光催化活性，但当用NaOH溶液洗去残留的氟化物时，光催化活性会明显下降。通过比较无氟（001）面暴露的TiO2与残留的氟，可以得出结论，所制备的（001）面暴露的TiO2的优异光催化活性主要取决于与TiO2表面相连的残留氟化氢。这项工作阐明了广泛研究的TiO2具有高能（001）面暴露的高活性机理，并为进一步提高TiO2和其他氧化物的光催化活性提供了可行的途径。(www.xing528.com)

通过水热工艺，制备了不同N掺杂量的石墨烯，然后通过常规湿化学方法成功地将它们与纳米晶a-Fe2O3偶联。通过XPS数据、电化学阻抗谱、温度编程的脱附曲线，与表面酸度相关的吡啶吸附的FT-IR谱以及电化学还原测量，证实了增加掺杂的季铵型N对于光生电荷的转移和运输以及O2的吸附非常有利，极大地促进了所得的N掺杂石墨烯-Fe2O3纳米复合材料的光生电荷分离。这项工作将有助于我们更好地理解N掺杂在石墨烯中制备纳米复合材料时所起的重要作用，并为我们提供一条可行的途径来大大提高a-Fe2O3的可见光催化活性。

这些研究工作从实验和理论上证实O2吸附可改善对光生电子的捕获进而提高光催化转化污染物的活性，发展了可促进O2吸附的无机酸修饰等改性方法，为发展高效的环境光催化技术及揭示环境污染物转化过程中的关键问题等提供了理论和实践依据。随着研究工作的进一步发展，促进氧气吸附的新思路、活化氧策略拓展应用到有机醇氧化等方面具有潜力的发展方向。