固溶体光催化材料的研究进展

荆涛 戴瑛

引用本文: 荆涛,  戴瑛. 固溶体光催化材料的研究进展[J]. 物理化学学报, 2017, 33(2): 295-304. doi: 10.3866/PKU.WHXB201610172 shu
Citation:  JING Tao,  DAI Ying. Development of Solid Solution Photocatalytic Materials[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(2): 295-304. doi: 10.3866/PKU.WHXB201610172 shu

固溶体光催化材料的研究进展

    作者简介: 荆涛,1981年生。2010年毕业于贵州大学理学院,获得硕士学位。2012年至今就读于山东大学物理学院,攻读博士学位。主要从事光催化材料电子结构及其相关性质的研究;戴瑛,1962年生。1998年博士毕业于山东大学。现任山东大学物理学院教授,博士生导师。2015年被评为泰山学者特聘专家。主要从事半导体材料纳米光电性质和光催化性质及其应用的研究。;

  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展规划(973)(2013CB632401),国家自然科学基金(21333006,11374190)和山东省泰山学者计划资助项目

摘要: 掺杂能够实现传统宽带隙半导体光催化材料的可见光响应,但引入的局域杂质能级易成为载流子的复合中心,降低材料的光催化活性。固溶体方法可以实现带隙和带边位置的精确调控,使材料的光吸收和氧化还原电位达到最佳平衡,是改善其光催化性能的有效方法。本文结合我们课题组近些年来的研究,从固溶体方法对半导体光催化材料带隙和带边位置的调控以及对载流子分离和迁移等性质的影响出发,概述了近年来该领域的最新研究进展,总结了固溶体方法在发展中所面临的主要问题,并对其发展趋势进行展望。

English

    1. [1]

      Chen, X.; Shen, S.; Guo, L.; Mao, S. S. Chem. Res. 2010, 110(11), 6503. doi: 10.1021/cr1001645

    2. [2]

      Tong, H.; Ouyang, S.; Bi, Y.; Umezawa, N.; Oshikiri, M.; Ye, J. Adv. Mater. 2012, 24 (2), 229. doi: 10.1002/adma. 201102752

    3. [3]

      Xiang, Q.; Yu, J.; Jaroniec, M. Chem. Soc. Rev. 2012, 41 (2), 782. doi: 10.1039/C1CS15172J

    4. [4]

      Hisatomi, T.; Kubota, J.; Domen, K. Chem. Soc. Rev. 2014, 43(22), 7520. doi: 10.1039/C3CS60378D

    5. [5]

      Wang, X.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8(1), 76. doi: 10.1038/nmat2317

    6. [6]

      Wang, Z.; Liu, Y.; Huang, B.; Dai, Y.; Lou, Z.; Wang, G.; Qin, X. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16 (7), 2758. doi: 10.1039/C3CP53817F

    7. [7]

      Yi, Z.; Ye, J.; Kikugawa, N.; Kako, T.; Ouyang, S.; StuartWilliams, H.; Yang, H.; Cao, J.; Luo, W.; Li, Z.; Liu, Y.; Withers, R. L. Nat. Mater. 2010, 9 (7), 559. doi: 10.1038/nmat2780

    8. [8]

      He, Z. Q.; Tong, L. L.; Zhang, Z. P.; Chen, J. M.; Song, S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (12), 2341. [何志桥, 童丽丽, 张志鹏, 陈建孟, 宋爽. 物理化学学报, 2015, 31 (12), 2341.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201510151

    9. [9]

      Chen, B. C.; Shen, Y.; Wei, J. H.; Xiong, R.; Shi, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (6), 1371. [陈博才, 沈洋, 魏建红, 熊锐, 石兢. 物理化学学报, 2016, 32 (6), 1371.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201603155

    10. [10]

      Jiang, X. J.; Jia, J. M.; Lu, H. F.; Zhu, Q. L.; Huang, H. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (7), 1399. [蒋孝佳, 贾建明, 卢晗锋, 朱秋莲, 黄海凤. 物理化学学报, 2015, 31 (7), 1399.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201505191

    11. [11]

      Lin, C. F.; Chen, X. P.; Chen, S.; Shangguan, W. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (1), 153. [林彩芳, 陈小平, 陈澍, 上官文峰. 物理化学学报, 2015, 31 (1), 153.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201411175

    12. [12]

      Peng, Y.; Shang, L.; Cao, Y.; Wang, Q.; Zhao, Y.; Zhou, C.; Zhang, T. Appl. Surf. Sci. 2015, 358, 485. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.08.025

    13. [13]

      Cao, S.; Zhou, P.; Yu, J. Chin. J. Catal. 2014, 35 (7), 989. doi: 10.1016/S1872-2067(14)60075-9

    14. [14]

      Irie, H.; Watanabe, Y.; Hashimoto, K. Chem. Commun. 2003, 107 (23), 5483. doi: 10.1021/jp030133h

    15. [15]

      Yang, K.; Dai, Y.; Huang, B. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (32), 12086. doi: 10.1021/jp067491f

    16. [16]

      Yang, K.; Dai, Y.; Huang, B. ChemPhysChem 2009, 10 (13), 2327. doi: 10.1002/cphc.200900188

    17. [17]

      Chen, X.; Liu, L.; Peter, Y. Y.; Mao, S. S. Science 2011, 331(6018), 746. doi: 10.1126/science.1200448

    18. [18]

      Alibabaei, L.; Brennaman, M. K.; Norris, M. R.; Kalanyan, B.; Song, W.; Losego, M. D.; Concepcion, J, J.; Binstead, R. A.; Parsons, G. N.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. 2013, 110(50), 20008. doi: 10.1073/pnas.1319628110

    19. [19]

      Wang, P.; Huang, B.; Qin, X.; Zhang, X.; Dai, Y.; Wei, J.; Whangbo, M. H. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47 (41), 7931. doi: 10.1002/anie.200802483

    20. [20]

      Wang, P.; Huang, B.; Dai, Y.; Whangbo, M. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (28), 9813. doi: 10.1039/C2CP40823F

    21. [21]

      Ma, X. C.; Dai, Y.; Yu, L.; Huang, B. B. Light: Sci. Appl. 2016, 5, e16017. doi: 10.1038/lsa.2016.17

    22. [22]

      Yang, H. G.; Sun, C. H.; Qiao, S. Z.; Zou, J.; Liu, G.; Smith, S.C.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. Nature 2008, 453 (7195), 638. doi: 10.1038/nature06964

    23. [23]

      Li, B.; Wang, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 114 (2), 890. doi: 10.1021/jp909478q

    24. [24]

      Huang, W. C.; Lyu, L. M.; Yang, Y. C.; Huang, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 134 (2), 1261. doi:10.1021/ja209662v

    25. [25]

      Wang, H.; Zhang, L.; Chen, Z.; Hu, J.; Li, S.; Wang, Z.; Liu, J.; Wang, X. Chem. Soc. Rev. 2014, 43 (15), 5234. doi: 10.1039/c4cs00126e

    26. [26]

      Hong, S. J.; Lee, S.; Jang, J. S.; Lee, J. S. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (5), 1781. doi: 10.1039/C0EE00743A

    27. [27]

      Ran, J.; Zhang, J.; Yu, J.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Chem. Soc. Rev. 2014, 43 (22), 7787. doi:10.1039/C3CS60425J

    28. [28]

      Liu, L.; Ji, Z.; Zou, W.; Gu, X.; Deng, Y.; Gao, F.; Tang, C.; Dong, L. ACS Catal. 2013, 3 (9), 2052. doi: 10.1021/cs4002755

    29. [29]

      Ikeda, T.; Nomoto, T.; Eda, K.; Mizutani, Y.; Kato, H.; Kudo, A.; Onishi, H. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (4), 1167. doi: 10.1021/jp0752264

    30. [30]

      Klosek, S.; Raftery, D. J. Phys. Chem. B 2001, 105 (14), 2815. doi: 10.1021/jp004295e

    31. [31]

      Li, Y.; Ding, X.; Zhao, J.; Zhu, Y.; Li, Y.; Deng, W.; Wang, C. Chin. J. Catal. 2015, 36 (12), 2170. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61018-X

    32. [32]

      Chen, W.; Yang, B.; Yu, Q.; Mao, L.; Fan, Z.; Wang, Q.; Shangguan, W. Appl. Surf. Sci. 2015, 355, 1069. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.07.204

    33. [33]

      Alidoust, N.; Toroker, M. C.; Keith, J. A.; Carter, E. A. ChemSusChem 2014, 7 (1), 195. doi: 10.1002/cssc.201300595

    34. [34]

      Peng, H.; Ndione, P. F.; Ginley, D. S.; Zakutayev, A.; Lany, S. Phys. Rev. X 2015, 5 (2), 021016. doi: 10.1103/PhysRevX.5.021016

    35. [35]

      Mitchell, R. H.; Chakhmouradian, A. R. J. Solid. State Chem. 1999, 144 (1), 81. doi: 10.1006/jssc.1998.8121

    36. [36]

      Wang, Z.; Liu, Y.; Huang, B.; Dai, Y.; Lou, Z.; Wang, G.; Zhang, X.; Qin, X. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16 (7), 2758. doi: 10.1039/c3cp53817f

    37. [37]

      Kato, H.; Kobayashi, H.; Kudo, A. J. Phys. Chem. B 2002, 106(48), 12441. doi: 10.1021/jp025974n

    38. [38]

      Ni, L.; Tanabe, M.; Irie, H. Chem. Commun. 2013, 49 (86), 10094. doi: 10.1039/C3CC45222K

    39. [39]

      Osorio-Guillen, J.; Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. Lett. 2008, 100 (3), 036601. doi: 10.1103/PhysRevLett.100.036601

    40. [40]

      Zhou, L.; Yu, M.; Yang, J.; Wang, Y.; Yu, C. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (44), 18812. doi: 10.1021/jp107061p

    41. [41]

      Ouyang, S.; Ye, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (20), 7757. doi: 10.1021/ja110691t.

    42. [42]

      Li, J.; Lu, Q.; Zhang, J.; Zhao, S. Mater. Sci. Semicond. Process 2016, 49, 54. doi: 10.1016/j.mssp.2016.03.031

    43. [43]

      Ma, Z.; Wu, K.; Sun, B.; He, C. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (16), 8466. doi: 10.1039/C5TA01020A

    44. [44]

      Yuan, Y.; Zhao, Z.; Zheng, J.; Yang, M.; Qiu, L.; Li, Z.; Zou, Z. J. Mater. Chem. 2010, 20 (32), 6772. doi: 10.1039/C0JM00455C

    45. [45]

      Umezawa, N.; Janotti, A.; Rinke, P.; Chikyow, T.; Van de Walle, C. G. Appl. Phys. Lett. 2008, 92 (4), 041104. doi: 10.1063/1.2835707

    46. [46]

      Li, Z.; Dong, T.; Zhang, Y.; Wu, L.; Li, J.; Wang, X.; Fu, X. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (12), 4727. doi: 10.1021/jp066671m

    47. [47]

      Li, Z.; Dong, H.; Zhang, Y.; Dong, T.; Wang, X.; Li, J.; Fu, X. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (41), 16046. doi: 10.1021/jp805475a

    48. [48]

      Hu, S.; Zhu, J.; Wu, L.; Wang, X.; Liu, P.; Zhang, Y.; Li, Z. J. Phys. Chem. C 2010, 115 (2), 460. doi: 10.1021/jp109578g

    49. [49]

      Maeda, K.; Takata, T.; Hara, M.; Saito, N.; Inoue, Y.; Kobayashi, H.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127 (23), 8286. doi: 10.1021/ja0518777

    50. [50]

      Maeda, K.; Xiong, A.; Yoshinaga, T.; Ikeda, T.; Sakamoto, N.; Hisatomi, T.; Takashima, M.; Lu, D.; Kanehara, M.; Setoyama, T.; Teranishi, T.; Domen, K. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 122(24), 4190. doi: 10.1002/ange.201001259

    51. [51]

      Wang, J.; Huang, B.; Wang, Z.; Wang, P.; Cheng, H.; Zheng, Z.; Whangbo, M. H. J. Mater. Chem. 2011, 21 (12), 4562. doi: 10.1039/C0JM04277C

    52. [52]

      Wang, J.; Yang, P.; Wang, Z.; Huang, B.; Dai, Y. J. Alloy. Compd. 2015, 652, 205. doi:10.1016/j.jallcom.2015.08.190

    53. [53]

      Wei, W.; Dai, Y.; Yang, K.; Guo, M.; Huang, B. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (40), 15915. doi: 10.1021/jp804146a

    54. [54]

      Sahoo, P. P.; Maggard, P. A. Inorg. Chem. 2013, 52 (8), 4443. doi: 10.1021/ic302649s

    55. [55]

      Li, G.; Kako, T.; Wang, D.; Zou, Z.; Ye, J. J. Solid State Chem. 2007, 180 (10), 2845. doi: 10.1016/j.jssc.2007.08.006

    56. [56]

      Luan, J.; Zou, Z.; Lu, M.; Chen, Y. Mater. Chem. Phys. 2006, 98 (2), 434. doi: 10.1016/j.matchemphys.2005.09.062

    57. [57]

      Kanhere, P.; Nisar, J.; Tang, Y.; Pathak, B.; Ahuja, R.; Zheng, J.; Chen, Z. J. Phys. Chem. C 2012, 116 (43), 22767. doi: 10.1021/jp307857h

    58. [58]

      Kudo, A.; Sekizawa, M. Catal. Lett. 1999, 58 (4), 241. doi: 10.1023/A:1019067025917

    59. [59]

      Zhang, J.; Yu, J.; Jaroniec, M.; Gong, J. R. Nano Lett. 2012, 12(9), 4584. doi: 10.1021/nl301831h

    60. [60]

      Li, Q.; Meng, H.; Yu, J.; Xiao, W.; Zheng, Y.; Wang, J. Chem. Eur. J. 2014, 20 (4), 1176. doi: 10.1002/chem.201303446

    61. [61]

      Wang, L.; Wang, W.; Shang, M.; Yin, W.; Sun, S.; Zhang, L. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35 (1), 19. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.084

    62. [62]

      Wang, D. H.; Wang, L.; Xu, A. W. Nanoscale 2012, 4 (6), 2046. doi: 10.1039/c2nr11972b

    63. [63]

      Li, Q.; Meng, H.; Zhou, P.; Zheng, Y.; Wang, J.; Yu, J.; Gong, J. ACS Catal. 2013, 3 (5), 882. doi: 10.1021/cs4000975

    64. [64]

      Yu, J.; Zhang, J.; Jaroniec, M. Green Chem. 2010, 12 (9), 1611. doi: 10.1039/c0gc00236d

    65. [65]

      Lu, J.; Dai, Y.; Guo, M.; Wei, W.; Ma, Y.; Han, S.; Huang, B. ChemPhysChem 2012, 13 (1), 147. doi: 10.1002/cphc.201100527

    66. [66]

      Wu, J. C.; Zheng, J.; Zacherl, C. L.; Wu, P.; Liu, Z. K.; Xu, R. J. Phys. Chem. C 2011, 115 (40), 19741. doi: 10.1021/jp204799q

    67. [67]

      Tsuji, I.; Kato, H.; Kobayashi, H.; Kudo, A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126 (41), 13406. doi: 10.1021/ja048296m

    68. [68]

      Torimoto, T.; Ogawa, S.; Adachi, T.; Kameyama, T.; Okazaki, K. I.; Shibayama, T.; Kudo, A.; Kuwabata, S. Chem. Commun. 2010, 46 (12), 2082. doi: 10.1039/b924186h

    69. [69]

      Zhao, W.; Ai, Z.; Zhu, X.; Zhang, M.; Shi, Q.; Dai, J. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39 (15), 7705. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.03.102

    70. [70]

      Yao, W.; Ye, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110 (23), 11188. doi: 10.1021/jp0608729

    71. [71]

      Dang, W.; Chen, H.; Umezawa, N.; Zhang, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17 (27), 17980. doi: 10.1039/C5CP02110C

    72. [72]

      Hart, J. N.; Allan, N. L. Adv. Mater. 2013, 25 (21), 2989. doi: 10.1002/adma.201300612

    73. [73]

      Yang, W.; Liu, B.; Yang, B.; Wang, J.; Sekiguchi, T.; Thorsten, S.; Jiang, X. Adv. Funct. Mater. 2015, 25 (17), 2543. doi: 10.1002/adfm.201404523

    74. [74]

      Lee, C. W.; Park, H. K.; Park, S.; Han, H. S.; Seo, S. W.; Song, H. J.; Shin, S.; Kim, D. W.; Hong, K. S. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (2), 825. doi: 10.1039/c4ta05885b

    75. [75]

      Fan, W.; Hu, J.; Huang, J.; Wu, X.; Lin, S.; Huang, C.; Qiu, X. Appl. Surf. Sci. 2015, 357, 2364. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.09.242

    76. [76]

      Shenawi-Khalil, S.; Uvarov, V.; Kritsman, Y.; Menes, E.; Popov, I.; Sasson, Y. Catal. Commun. 2011, 12 (12), 1136. doi: 10.1016/j.catcom.2011.03.014

    77. [77]

      Wang, W.; Huang, F.; Lin, X. Scr. Mater. 2007, 56 (8), 669. doi: 10.1016/j.scriptamat.2006.12.023

    78. [78]

      Jia, Z.; Wang, F.; Xin, F.; Zhang, B. Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50 (11), 6688. doi: 10.1021/ie102310a

    79. [79]

      Zhang, H.; Liu, L.; Zhou, Z. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14(3), 1286. doi: 10.1039/c1cp23516h

    80. [80]

      Wang, D.; Ye, J.; Kako, T.; Kimura, T. J. Phys. Chem. B 2006, 110 (32), 15824. doi: 10.1021/jp062487p

    81. [81]

      Reunchan, P.; Ouyang, S.; Umezawa, N.; Xu, H.; Zhang, Y.; Ye, J. Mater. Chem. A 2013, 1 (13), 4221. doi: 10.1039/C2TA00450J

    82. [82]

      Chen, H.; Umezawa, N. Phys. Rev. B 2014, 90 (4), 045119. doi: 10.1103/PhysRevB.90.045119

    83. [83]

      Harb, M. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 4565. doi: 10.1021/jp511878g

    84. [84]

      Jing, T.; Dai, Y.; Ma, X.; Wei, W.; Huang, B. J. Phys. Chem. C 2015, 119 (50), 27900. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b09522

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  654
  • HTML全文浏览量:  60
文章相关
  • 收稿日期:  2016-08-09
  • 修回日期:  2016-10-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章