纳米异质结光催化材料在环境污染控制领域的研究进展

第21卷第2Π3期2009年3月

化　学　进　展

PROGRESSINCHEMISTRY

Vol.21No.2Π3

　Mar.,2009

纳米异质结光催化材料在环境污染

3

控制领域的研究进展

于洪涛　全　燮

33

(大连理工大学环境与生命学院工业生态与环境工程教育部重点实验室　大连116024)

摘　要　纳米异质结结合了纳米材料和异质结的优点,在许多领域得到广泛研究。在环境污染控制领

域,由于能够克服TiO2光催化剂的量子效率低和不能有效利用可见光等缺点,纳米异质结具有潜在的应用价值。本文首先介绍了与污染控制有关的异质结的基本理论,包括内建电场对光致电荷分离的驱动作用及其作用范围,光照方式、上层半导体厚度、能带和构型对异质结电荷分离方式的影响。然后总结了纳米pn结、nn结、肖特基结、半导体与碳材料构成的纳米异质结光催化材料在环境污染控制领域的进展,并对其发展趋势作了展望。

关键词　异质结　能带　电荷分离机理　光催化中图分类号:TQ426;X506;TB383　:()02Π320406214

Materialsin

nvironmentalPollutionControlling

YuHongtao　QuanXie

33

(KeyLaboratoryofIndustrialEcologyandEnvironmentalEngineeringofMinistryofEducation,SchoolofEnvironmental

andBiologicalScienceandTechnology,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract　Nano2heterojunctions,whichintegratetheadvantagesofnano2materialsandheterojunctions,haveattractedwideinterestsinmanyareas.Inenvironmentalpollutioncontrollingarea,nano2heterojunctionspossessthepotentialapplication,becausetheycanovercomethetwoobstaclesofTiO2photocatalyst:thedissatisfactoryquantumefficiencyandtheneglectableutilizationofvisiblelight.Thisreviewintroducesthebasicmechanismofnano2heterojunctionrelatedtoenvironmentalpollutioncontrolling,includingthedrivingforceofinnerelectricfieldtophotogeneratedchargeseparationanditsactiveregion,theeffectofillumination,thethicknessoftopsemiconductor,energybandsandstructuretypeonphotogenerated2charge2separationmodeofheterojunction.Theprogressofpnjunction,nnjunction,Schottkyjunction,andheterojunctionsofsemiconductorwithcarbonmaterialsinenvironmentalpollutioncontrollingissummarized.Thefuturedevelopingperspectivesarealsopresented.

Keywords　heterojunction;energybands;mechanismofphotogeneratedchargeseperation;photocatalysis

211　Innerelectricfieldanditsdominativeregion212　Transferofphotogeneratedcharges213　Illumination

214　Thedemandsforenergybandsofheterojunction

Contents

1　Introduction

2　Themechanismofheterojunctioninphotocatalysis

　　收稿:2008年11月

　3国家自然科学基金重点项目(No.20837001)资助33通讯联系人　e2mail:quanxie@http://

第2Π3期于洪涛等　纳米异质结光催化材料在环境污染控制领域的研究进展

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407

photocatalysts215　Structuretypes

3　Heterojunctionphotocatalystsoftwosemiconductors311　TheprogressofheterojunctionsofTiO2andp2type

semiconductor

312　Heterojunctionsofanataseandrutileorbrookite313　HeterojunctionofTiO2andN2dopedTiO2314　HeterojunctionsofTiO2andWO3

315　HeterojunctionsofTiO2andothersemiconductor316　Heterojunctionofothersemiconductors4　Schottkyjunctions

5　Heterojunctionsofsemiconductorandcarbonmaterials6　Otherheterojunctionsphotocatalysts7　Prospect

各相之间的异质结光催化材料,国内也有综述文

章介绍了TiO2与p型半导体构成的异质pn结光催化材料

[28]

及TiO2和贵金属构成的肖特基结光催化

材料。然而,纳米异质结涵盖的内容远不止于此,非TiO2半导体之间,半导体与碳材料都能构成具有光致电荷分离能力的异质结光催化材料。异质结构型对接受光照和与污染物接触有重要影响,而上述综述讨论的异质结构型多为混合型和叠层型,对异质结的其它构型如核壳型、同轴型、表面分散型没有提及。更重要的是上述综述没有提及光致电荷分离的详细过程以及各种类型异质结的光致电荷分离机理的比较。本文以上述几个方面为重点,综述了异质结光催化材料的最新进展。

[29]

2　[30]

(图1),p型半导体有电子

1　引言

,,导体的特性,。随着纳米技术的飞速发展,半导体材料和纳米技术的结合越来越紧密。纳米异质结借助纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等理化性质,与块体异质结相比具有很多优势,例如:纳米异质结能够支持大得多的电流密度,不存在传统集成电路的电迁移问题;因为纳米材料对晶格匹配度要求不高,纳米异质结连接更可靠,选材更宽泛;纳米异质结能够构建小尺寸器件。因此纳米异质结在电子器件阳能电池物医学

[23]

[10—13]

[1—5]

,其中空穴的数量远大于电子,但是由于p型半导体还有固定的负电荷,其数

量刚好等于多余的空穴,因此单独的半导体是电中性的。n型半导体中电子多于空穴,多余的电子由固定的正电荷来中和。如果把这两块半导体结合在一起,在他们的界面两侧的载流子存在浓度差,p区空穴多于n区,n区电子多于p区,因此n区的电子和p区的空穴在浓度差驱动下分别向p区和n区扩散。n区电子离开后,留下固定的正电荷,同理p区留下固定的负电荷。这些电荷所在区域就叫空间电荷区,空间电荷区的电荷产生从n区指向p区的电场,称为内建电场。内建电场抑制浓度差驱动的扩散运动,当抑制作用与扩散作用达到动态平衡时,pn结就形成了。

当光子能量大于半导体禁带宽度的入射光照射pn结面时,如 …… 此处隐藏：26956字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……