二氧化鈦光催化材料實現可見光全譜吸收

2021-01-22 科學網
二氧化鈦光催化材料實現可見光全譜吸收 對太陽能大範圍高效利用具有重要意義

 

近日，中科院金屬所瀋陽材料科學國家（聯合）實驗室成會明研究組製備出具有可見光全光譜吸收的紅色二氧化鈦光催化材料，這意味著有可能利用二氧化鈦基光催化材料實現高效可見光分解水制氫，對於太陽能的大範圍高效利用具有重要的意義。相關成果先後發表於國際學術期刊《先進功能材料》和《能源與環保科學》。

 

據介紹，通過光催化實現太陽能到化學能的轉化，例如光催化分解水制氫，是獲得新能源的一個極具前景的重要途徑。發展可全光譜吸收可見光（波長為400～700納米）的光催化材料，是實現高效太陽能光催化轉化的前提。然而，多數穩定的光催化材料的可見光吸收低。通過摻雜能縮小光催化材料的帶隙，是增加光催化材料可見光吸收的基本手段。銳鈦礦二氧化鈦是目前科學界研究最為廣泛的光催化材料。利用摻雜手段，可在一定程度上增加該材料的可見光吸收，但此前要實現可見光全譜強吸收仍是未解的難題。

 

此次科研人員通過間隙原子弱化金屬原子與氧（M-O）的鍵合實現替代晶格氧的摻雜原子進入體相的新方法，成功突破了在非層狀結構材料（如二氧化鈦）中實現摻雜原子的體相摻雜，從而獲得了硼/氮梯度共摻雜銳鈦礦二氧化鈦材料。改良材料呈現獨特的紅色，實現了可見光全譜強吸收，將二氧化鈦光電解水產氫的活性光響應範圍拓展至700納米。

 

研究人員還系統研究了可見光全譜吸收二氧化鈦摻雜的原子鍵尺度理論機制。

 

該研究得到國家自然科學基金委重大研究項目、科技部「973」項目和中科院「太陽能行動計劃」的資助。（來源：中國科學報 周峰）

 

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