近红外光催化异质结
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文
《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重和能源危机的加剧，光催化技术作为一种绿色、高效的能源转换和污染物处理技术，受到了广泛关注。
Bi2MoO6作为一种具有良好光催化性能的材料，其基异质结光催化剂在光催化领域具有广阔的应用前景。
本文旨在研究Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成方法及其催化增效机制，以期为光催化技术的发展提供新的思路和方法。
二、文献综述Bi2MoO6具有优良的光催化性能，其异质结的构建能有效提高光催化剂的催化效率。
近年来，关于Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成方法、性能及催化机制的研究取得了显著进展。
然而，目前仍存在合成方法复杂、催化剂性能不稳定等问题，需要进一步研究和优化。
三、实验方法（一）材料与试剂实验所需材料包括Bi(NO3)3·5H2O、NaMoO4·2H2O等化学试剂，均购自国内知名化学试剂供应商。
（二）Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成采用溶剂热法、水热法等可控合成方法，制备出Bi2MoO6基异质结光催化剂。
通过调整反应条件，如反应温度、反应时间、原料配比等，实现对催化剂形貌和结构的调控。
（三）表征方法利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段，对合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌和微观结构。
（四）催化性能测试通过光催化降解有机污染物等实验，测试Bi2MoO6基异质结光催化剂的催化性能。
采用紫外-可见光谱、电化学工作站等手段，分析催化剂的光响应范围、光电化学性质等。
四、结果与讨论（一）催化剂的表征结果通过XRD、SEM、TEM等表征手段，发现合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较高的结晶度和良好的形貌。
催化剂的微观结构表明，异质结的成功构建有助于提高催化剂的光吸收性能和电子传输性能。
（二）催化剂的催化性能光催化降解有机污染物的实验结果表明，Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较高的催化性能。
光催化产氢 c3n4 异质结
光催化产氢是指利用光能将水分解为氢和氧的一种技术。
这种技术可以利用可再生能源来产生氢燃料，从而实现清洁能源的生产和利用。
在光催化产氢过程中，催化剂的选择和设计至关重要。
C3N4异质结作为一种重要的光催化剂，在光催化产氢中具有很大的潜力。
1. C3N4的特性C3N4是一种具有开放排列的异质结构，其分子结构中含有大量的氮原子，具有良好的光吸收性能。
这种材料具有高表面积、良好的光催化活性和稳定性等优良特性，可以作为一种理想的光催化剂。
C3N4还具有低成本、易获取等优点，因此在光催化产氢领域备受关注。
2. C3N4异质结的设计与制备在C3N4的基础上构建异质结，可以有效改善其光催化性能。
一种常见的策略是引入其他金属催化剂或半导体材料与C3N4形成异质结，以增强其光吸收能力和光生载流子的分离效率。
将贵金属纳米颗粒加载到C3N4表面，可以提高其光催化活性。
另一种策略是在C3N4表面修饰半导体材料，如二氧化钛或二硫化钨等，形成异质结以提高其光生电子和空穴的分离效率。
这些设计和制备方法都可以有效改善C3N4的光催化性能，增强其在光催化产氢中的应用潜力。
3. C3N4异质结在光催化产氢中的应用C3N4异质结在光催化产氢中具有广泛的应用前景。
研究表明，C3N4异质结能够有效吸收可见光，并促进光生电子和空穴的分离，从而加速水的光解反应。
与单一的C3N4相比，C3N4异质结不仅具有更高的光催化活性，而且还能够实现光谱范围的拓宽，使得其在不同光照条件下都具有优异的性能。
C3N4异质结在太阳能光解水制氢、光催化CO2还原等领域具有重要的应用价值。
4. C3N4异质结的挑战与展望尽管C3N4异质结在光催化产氢中表现出良好的性能，但也面临一些挑战。
其光催化机理尚未完全明确，需要进一步深入的研究。
C3N4异质结的制备方法和工艺还需要进一步优化，以提高其稳定性和可控性。
C3N4异质结的应用范围还有待扩大，需要更多的实验和理论研究来探索其在不同光催化领域的潜力。
综述 异质结 电催化
异质结电催化综述引言异质结电催化是一种将异质结构应用于电催化反应的新兴领域。
通过构建异质结，可以有效调控催化活性、选择性和稳定性，从而提高电催化反应的效率和经济性。
本文将对异质结电催化的基本概念、研究进展以及应用前景进行综述。
1. 异质结的基本概念异质结是指由两种或多种不同材料组成的界面。
这些材料在晶体结构、成分和物理化学性质上存在差异，形成了界面处的能带调控效应。
在电催化中，通过构建合适的异质结，可以实现活性位点增多、表面缺陷调控以及电子传输优化等效果。
2. 异质结电催化机制2.1 表面能带调控效应异质结界面处存在能带弯曲、能级修正等现象，这些调控作用可以影响反应中间体的吸附和解离过程，从而提高反应速率和选择性。
2.2 电子传输优化不同材料之间的能带差异会导致电子在异质结界面发生跃迁，从而优化电子传输路径。
这种优化作用可以提高反应速率和催化活性。
2.3 活性位点增多异质结界面上存在丰富的缺陷位点和活性位点，这些位点具有较高的反应活性。
通过构建异质结，可以增加活性位点的数量，从而提高催化效率。
3. 异质结电催化材料3.1 金属-半导体异质结金属-半导体异质结是最常见的一类异质结。
金属可以提供电子传输路径，而半导体则具有较好的光学和电学性能。
这种异质结被广泛应用于光催化、电解水制氢等领域。
3.2 金属-金属氧化物异质结金属-金属氧化物异质结具有较好的催化活性和稳定性。
通过合理选择金属和氧化物材料，可以实现对不同反应的高效催化。
3.3 二维材料异质结二维材料如石墨烯、过渡金属硫族化合物等具有优异的电学和光学性能。
构建二维材料异质结可以实现对电催化反应的高效调控。
4. 异质结电催化应用4.1 氧还原反应（ORR）氧还原反应是燃料电池等重要能源装置中的关键步骤。
通过构建合适的异质结，可以提高氧还原反应的活性和稳定性，从而提高能源装置的效率。
4.2 氢析出反应（HER）氢析出反应是制备清洁燃料氢气的重要过程。
光催化材料的异质结电荷分离研究现状
光催化材料的异质结电荷分离研究现状摘要随着环境污染与能源短缺等问题日益严重，各个国家对新能源的开发与研究也日益加快，而光催化技术因为其高效便捷，光催化材料成本低无污染等特点，正逐步成为各国研究的焦点。
然而，光催化剂受到光生电子空穴分离-复合机制的约束，降低了光催化技术在多领域应用的普适性，因此，本文从构建异质结改性方法出发，综述该领域内研究现状，总结诱导电荷分离的主要策略，探索诱导电荷分离的机理，展望未来提升光催化性能的主要策略。
关键词：光催化；电荷分离；异质结1引言近年来，光催化材料成本低无污染等特点，受到研究人员广泛关注。
然而，极高的光生电子与空穴的复合率令其光催化性能受到限制，而表面反应活性又由表面原子结构、与环境物质的配位状态及吸附性能等条件决定，表面反应活性同时也决定了反应物分子的吸附、光激发电子和反应物分子之间的电荷转移，甚至产物分子的脱附，对光催化材料的利用、光催化技术的效率与产能有巨大的影响。
因此，光催化材料的进一步深化研究需要将重点放到精确调控表面状态和采取改性策略诱导电荷分离上来。
本文从极化诱导、构建异质结等改性方法出发，综述该领域内研究现状，总结诱导电荷分离的主要策略，探索诱导电荷分离的机理，展望未来提升光催化性能的主要策略。
2构建异质结诱导电荷分离异质结为2种或多种材料在界面上形成的特殊的结构。
现阶段研究人员所报道的异质结主要可分为四种，其中主要可探讨碳材料和半导体所形成的异质结的肖特基异质结和半导体与半导体所形成的异质结的II型异质结、Z-scheme型异质结、面内异质结来推进对光催化材料的研究。
在形成肖特基异质结后，他的能带结构会产生弯曲变换，形成内建电场后会使电荷存留在贵金属纳米颗粒的部分。
Grabowska等[1]基于水热法成功制备了TiO2前驱体原位转化的SrTiO3，并采取光沉积法沉积Rh, Ru，Pt纳米颗粒，构建肖特基异质结，揭示了原位转化制备机理，并利用13C标记法，研究了苯酚降解原理。
高性能PtS2
第42卷 第1期吉林大学学报(信息科学版)Vol.42 No.12024年1月Journal of Jilin University (Information Science Edition)Jan.2024文章编号:1671⁃5896(2024)01⁃0074⁃07高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器收稿日期:2023⁃01⁃12基金项目:上海市自然科学基金资助项目(15ZR1627300)作者简介:潘生生(1995 ),男,合肥人,上海理工大学硕士研究生,主要从事二维光电材料研究,(Tel)86⁃187****3664(E⁃mail)2351948787@;通讯作者:袁涛(1983 ),女,上海人,上海理工大学教授,博士,主要从事新能源材料研究,(Tel)86⁃181****3228(E⁃mail)4673250167@㊂潘生生1,袁 涛1,周孝好2,王 振2(1.上海理工大学理学院,上海200093;2.中国科学院上海技术物理研究所,上海200092)摘要:由于光电探测器的工作性能直接关系到系统数据采集质量,为此,对高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器进行了研究㊂通过选取材料㊁试剂和设备制作了PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器㊂搭建探测器性能测试环境,并利用光响应度㊁探测率㊁响应时间和光电导增益4个指标,分析探测器性能㊂结果表明,随着测试时间的推移,PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的光响应度数值始终处于5A /W 限值以上;无论对采集何种材质反射的红外光,探测器探测率均大于10cm㊃Hz1/2W -1;无论光生电流是处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs 以下;光电导增益值保持在80%以上㊂关键词:PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器;光响应度;探测率;光电导增益中图分类号:TP365.66文献标志码:AHigh Performance PtS 2/MoTe 2Heterojunction Infrared PhotodetectorPAN Shengsheng 1,YUAN Tao 1,ZHOU Xiaohao 2,WANG Zhen 2(1.College of Science,Shanghai University of Technology,Shanghai 200093,China;2.Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200092,China)Abstract :As one of the important components of the detection system,the performance of photoelectric detector is directly related to the quality of system data acquisition.In order not to affect the final detection result,it is essential to ensure the detector performance.The performance of high performance PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector is studied.First,the materials,reagents and equipment are prepared to make PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetectors.The detector performance test environment,the four indicators of light response,detection rate,response time and photoconductivity gain are set up,and the detector performance is analyzed.The results show that the optical responsivity of PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector is always above the 5A /W limit with the passage of test time.The detection rate of the detector is greater than 10cm㊃Hz1/2W -1regardless of the infrared light reflected from any material.Whether the photocurrent is in the rising time or the falling time,its response time is always below the limit of 150μs;The photoconductivity gain value has been kept above 80%.Key words :PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector;optical responsivity;detection rate;photoconductivity gain0 引 言目标检测是一个确定目标缺陷㊁故障㊁属性㊁类型的过程,其是很多领域的研究重点课题㊂在目标检测过程中,基础数据采集是首要环节,其质量直接关系到目标检测结果的准确性[1]㊂针对目标的不同,基础数据的采集手段也各不相同,如振动传感㊁雷达㊁光电探测系统等㊂其中,光电探测系统根据发射光的颜色不同,又分为紫外光㊁可见光及红外光等[2]㊂而其中红外光由于探测范围较为广泛,使其成为光电探测系统中的重要组成部分㊂其工作原理是反射光照射到半导体材料上后,会吸收光能量,则会触发光电导效应,从而将红外光转换为电信号[3]㊂红外光电探测器是整个探测系统的 核心”,因此其性能会直接影响数据采集质量,进而影响整个探测工作质量㊂基于上述分析,人们对红外光电探测器性能进行了大量分析研究㊂周国方等[4]以石墨烯材料为基础并利用碱刻蚀法合成金字塔状硅,形成异质结,制备近红外光探测器,并针对其响应速度㊁比探测率㊁光电流等性能进行了检测㊂秦铭聪等[5]首先选取探测器制备所需要的材料并制备了各个组成元件,然后将这些元件组合,构成了高性能近红外有机光探测器件,最后针对响应度和比探测率㊁线性动态范围LDR(Low Dynamic Range)㊁光开关特性和响应时间等性能进行了分析㊂皇甫路遥等[6]以二硫化钼和二硒化钨为基础,利用蒸镀机热蒸镀法制备成异质结光电探测器,然后针对该设备进行了拉曼荧光㊁输出㊁光电特性的分析㊂在上述研究基础上,笔者制备高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器并对其性能进行研究,以期为红外光电探测器设计和应用提供参考㊂1 高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器设计1.1 材料制备二硫化铂(PtS 2)是一种过渡金属硫族层间化合物,其光响应特性优秀,因此广泛用于光电探测器的设计中;二碲化钼(MoTe 2)是一种N 型半导体材料,具有良好的光吸收性㊁半导体特性以及同质结效率,可保证电子在其中迅速运动[7]㊂这两种材料是形成探测器光电导效应的主要原料㊂其基础性质如表1所示㊂表1 PtS 2和MoTe 2的性质 2和MoTe 2两种主要材料外,还需要衬底材料,以承载PtS 2和MoTe 2氧化硅,来自浙江精功科技股份有限公司,该硅片基础参数如下:氧化层厚度:50~200μm;晶向:〈100〉;掺杂类型:P;电阻率:1~3Ω㊃cm㊂1.2 试剂制备PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器制备所需试剂如表2所示㊂表2 探测器制备所需试剂57第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器1.3 设备选取PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器制备所需设备如表3所示㊂表3 探测器制备所需设备Tab.3 Equipment required for detector preparation设备名称型号生产厂家旋涂仪SPIN200i⁃NPP 北京汉达森机械技术有限公司电子束蒸发系统FC /BCD⁃2800上海耀他科技有限公司扫描电子显微镜WF10X /23上海锦玟仪器设备有限公司鼓风干燥箱xud 东莞市新远大机械设备有限公司超声清洗机SB⁃50江门市先泰机械制造有限公司无掩模光刻机Micro⁃Writer ML3英国DMO 公司氮气枪沈阳广泰气体有限公司双温区管式炉MY⁃G3洛阳美优实验设备有限公司紫外曝光系统UVSF81T007356复坦希(上海)电子科技有限公司三维转移平台SmartCART北京昊诺斯科技有限公司1.4 红外光电探测器制作工艺基于表1~表3给出的制备材料㊁试剂和设备,制备出高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器用于性能测试[9]㊂具体过程如下㊂步骤1) 制作衬底㊂①氧化硅片切割成直径为1cm 的圆形硅片;②将圆形硅片放入准备好的烧杯容器中;③在其中加入丙酮溶液,浸泡10min;④取出硅片后,放入乙醇溶液中,再次浸泡10min;⑤将硅片放入去离子水中并同时利用超声清洗机清洗5min,用氮气枪吹干表面的水分,完全去除附着在硅片表面的有机物和杂质;⑥利用氢氟酸溶液去除氧化层;⑦通过外延生长技术得到p 型硅;⑧进行紫外臭氧处理20min,得到衬底[10]㊂步骤2) 利用热辅助硒化法制备PtS 2和MoTe 2薄膜㊂步骤3) 将PtS 2薄膜贴到衬底上,得到薄层PtS 2样品㊂步骤4) 在薄层PtS 2样品上均匀旋涂上聚甲基丙烯酸甲酯㊂步骤5) 在显微镜和三维转移平台下将MoTe 2薄膜进行精确定位,然后对准并贴合在一起㊂步骤6) 利用鼓风干燥箱干燥处理㊂步骤7) 浸泡氢氟酸溶液㊁捞取㊁烘烤㊁去胶和退火,完成PtS 2/MoTe 2异质结制备[11]㊂图1 PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器示意图Fig.1 Schematic diagram of PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector步骤8) 在PtS 2/MoTe 2异质结上光刻出图形,形成微结构㊂步骤9) 利用紫外曝光和湿法刻蚀工艺制备出晶体管栅极㊂步骤10) 利用电子束曝光结合电子束蒸发系统制备出源漏电极㊂步骤11) 完成高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的制作如图1所示㊂67吉林大学学报(信息科学版)第42卷2 光电探测器性能测试对制备好的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器进行性能测试㊂其测试工作分为两部分,一是设定测试环境,二是确定测试指标[12]㊂2.1 设定测试环境图2 红外光电探测器测试环境Fig.2 Test environment of infrared photodetector 红外光电探测器是光电探测系统中的重要组成部分,光电探测系统主要用于目标检测,因此为测试所制备的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器性能,需要搭配其他系统构成测试环境,如图2所示[13]㊂应用所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器采集反射信号,测试持续10min㊂记录期间内探测器的相关工作参数,以便性能指标的计算[14]㊂2.2 性能测试指标针对所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器,选用以下4个指标进行性能评定,即光响应度㊁探测率㊁响应时间和光电导增益[15]㊂1)光响应度㊂描述探测器光电转换能力的指标,该指标越大,说明探测器的光电转换能力越好㊂计算如下:A =a 1/B ,(1)其中A 表示光响应度,a 1表示光照射下产生的光生电流,B 表示入射光功率㊂光响应度大于5A /W 为高性能标准㊂2)探测率㊂反射的光信号中部分信号是十分微弱的,并不容易被采集到,因此要求探测器具有良好的针对微弱信号的探测能力,探测率就是描述该能力的最直观指标,该指标越大,说明探测器的针对微弱信号的探测能力越好[16]㊂计算如下:C =a 2L /D ,(2)其中D =G 1/A ,(3)其中C 表示探测率,大于10cm㊃Hz1/2W -1为高性能标准,a 2表示器件有效面积,L 表示带宽,D 表示噪声等效功率,G 1表示1Hz 带宽的噪声电流㊂红外光电探测器常用于不同材质目标的检测,因此保证其适用性是非常重要的㊂为此,在文中设置3种材质或属性的探测目标,即混凝土材质㊁金属材质以及人体㊂针对这3种材质或属性的探测目标,测试其探测率变化情况㊂3)响应时间㊂其反映了光电探测器对入射光信号响应的快慢,包括上升和下降时间㊂上升时间是指光生电流从10%上升到90%的这段时间,而下降时间则相反㊂实际应用中对光照快速响应的需求为小于等于150μs,且时间越短,表示器件响应越快㊂计算如下:E =~A[1+(2πeg )2]1/2T ,(4)其中E 表示响应时间,~A表示静态光照下的光响应度,e 表示电子电荷的数值,T 表示时间长度㊂4)光电导增益㊂其指标描述了光作用下外电路电流的增强能力㊂计算如下:H =(a 1/N )MP×100%,(5)其中H 表示光电导增益,该值越大,说明探测器工作越稳定,以80%为标准,大于该值认为探测器达到高性能标准;N 表示光电子的电荷量,P 表示探测器的电子转移效率,M 表示光电子数目㊂77第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器3 性能测试结果与分析3.1 光响应度图3为光响应度测试结果㊂从图3可看出,随着测试时间的推移,光响应度波动较小,基本保持稳定㊂并且光响应度数值始终处于5A /W 限值以上,说明所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器达到了高性能标准㊂3.2 探测率图4为探测率测试结果㊂从图4可看出,无论是采集何种材质反射的红外光,所设计的探测器探测率均大于10cm㊃Hz1/2W -1,说明该探测器针对微弱信号具有较强的检测能力,达到高性能标准㊂ 图3 光响应度测试结果 图4 探测率测试结果 Fig.3 Optical responsivity test results Fig.4 Detection rate test results3.3 响应时间图5为响应时间测试结果㊂从图5可看出,无论光生电流处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs 以下,说明所设计的探测器能快速检测入射光信号,完成信号采集工作㊂图5 响应时间测试结果Fig.5 Response time test results图6 光电导增益测试结果Fig.6 Photo conductivity gain test results3.4 光电导增益图6为光电导增益测试结果㊂从图6可看出,随着时间的推移,光电导增益值并没有随之下降,虽然有所波动,但也一直保持在80%以上,证明了所设计探测器的性能㊂4 结 语红外探测器是光电探测系统中的最重要组成部分,起到数据收集的重要作用,而收集的数据质量越高,探测结果越准确㊂因此,保证探测器的工作性能87吉林大学学报(信息科学版)第42卷对于数据收集工作具有重要作用㊂为此,进行了高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器性能研究㊂并以PtS 2/MoTe 2为基础设计一款探测器,同时测定了探测器的4个指标,分析了其探测性能㊂实验结果表明,tS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的光响应度㊁探测率㊁光电导增益均较高,响应时间在限值150μs以下㊂通过本研究以期为PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的研究和应用提供参考㊂参考文献:[1]林亚楠,吴亚东,程海洋,等.PdSe 2纳米线薄膜/Si 异质结近红外集成光电探测器[J].光学学报,2021,41(21):184⁃192.LIN Y N,WU Y D,CHENG H Y,et al.Near⁃Infrared Integrated Photodetector Based on PdSe 2Nanowires Film /Si Heterojunction [J].Acta Optica 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光催化降解水体有机污染物的研究进展
光催化降解水体有机污染物的研究进展一、本文概述随着工业化的快速发展和人口的不断增长，水体污染问题日益严重，其中有机污染物是主要的污染源之一。
有机污染物不仅会对生态环境造成破坏，还会对人类健康产生严重威胁。
因此，寻找一种高效、环保的治理方法显得尤为重要。
光催化技术作为一种新兴的水体净化技术，以其独特的优势在有机污染物降解领域受到了广泛关注。
本文旨在综述光催化降解水体有机污染物的最新研究进展，分析各种光催化剂的性能和应用，探讨光催化技术的机理和影响因素，以期为未来光催化技术在环境治理领域的应用提供理论支持和实践指导。
本文将对光催化技术的基本原理进行简要介绍，包括光催化剂的种类、光催化反应过程以及影响光催化效率的因素等。
然后，重点综述近年来光催化降解水体有机污染物的研究进展，包括新型光催化剂的开发、光催化反应条件的优化、光催化与其他技术的联合应用等方面。
还将对光催化技术在实际应用中所面临的挑战和问题进行探讨，如光催化剂的稳定性、光催化反应的动力学问题等。
本文将对光催化技术的未来发展方向进行展望，以期为该领域的研究人员提供有益的参考和启示。
二、光催化降解技术基础光催化降解技术是一种利用光催化剂在光照条件下，产生具有强氧化性的活性物种（如羟基自由基等），从而实现对有机污染物的降解和矿化的高级氧化技术。
这一技术自上世纪70年代被发现以来，因其高效、环保的特性，已成为水体有机污染物治理的热门研究领域。
光催化降解技术的核心在于光催化剂的选择和设计。
常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等半导体材料。
这些材料在光照下能够吸收光能，产生电子-空穴对，进而生成活性物种。
其中，TiO2因其化学稳定性好、光催化活性高、无毒无害等优点，成为最常用的光催化剂之一。
光催化降解技术的另一个重要方面是光照条件的选择。
紫外线（UV）光具有较高的能量，能够激发光催化剂产生更多的活性物种，因此常被用于光催化降解实验。
异质结 内建电场 光催化 光催化 产氢 硫化物 单原子-概述说明以及解释
异质结内建电场光催化光催化产氢硫化物单原子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着环境污染和能源危机的日益加剧，开发高效、环保的能源转化技术成为当前重要的研究方向之一。
光催化产氢技术作为一种可持续发展的能源转化方式，具有巨大的应用潜力。
在光催化产氢过程中，异质结、内建电场和硫化物单原子等材料起着重要的作用。
本文将首先介绍异质结的概念和特点，其中异质结作为一种具有不同晶体结构或化学成分的界面结构，其在光催化中扮演着重要角色。
其次，我们将探讨内建电场在光催化过程中的作用机制，内建电场能够调控光生载流子的分离和传输，从而提高光催化产氢的效率。
最后，我们将详细介绍硫化物单原子在光催化产氢中的应用，硫化物单原子具有良好的光催化活性和稳定性，可有效促进水的光解产氢反应。
通过对这些关键材料和机制的研究，我们有望为光催化产氢技术的发展提供新的思路和解决方案，推动能源领域的创新和进步。
1.2 文章结构文章结构部分包括引言、正文和结论三个部分。
在引言中，我们将介绍文章的主题和研究背景，引出文章的研究目的。
在正文中，我们将详细探讨异质结的概念和特点，内建电场在光催化中的作用，以及硫化物单原子在光催化产氢中的应用。
最后，在结论部分，我们将对整个研究进行总结，并展望未来的研究方向，最终得出结论。
整个文章结构分明，逻辑清晰，有助于读者对研究内容进行系统地理解和掌握。
1.3 目的本文的目的是探讨异质结内建电场在光催化中的作用以及硫化物单原子在光催化产氢中的应用。
通过对这些关键概念的深入研究，我们希望能够揭示它们在光催化领域中的重要性和潜在应用，为开发更高效的光催化材料提供理论基础和实践指导。
同时，本文也旨在为读者提供对光催化产氢技术的深入了解，促进相关领域的研究和发展。
通过系统的分析和讨论，我们希望为光催化产氢技术的发展做出贡献，推动清洁能源产业的进步与发展。
2.正文2.1 异质结的概念和特点异质结是指两种不同材料的结合界面，具有不同晶格结构和能带结构的区域。
ZnO_基Z_型异质结结构光催化性能研究进展
表面技术第52卷第11期ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展吴敏科，任璐*，任瑞祥，李家豪，赵超凡，余洋（苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215011）摘要：氧化锌（ZnO）作为一种常见的光催化剂，存在光能利用率低、效率低、易失活等缺陷，限制了其广泛应用。
通过与带隙结构匹配的半导体材料构筑异质结结构，是解决上述问题的有效途径。
其中，Z型异质结结构是一种新型异质结，由于其电子转移过程构成了英文字母Z的形状，因而称之为Z型异质结。
在光生载流子迁移上，Z型异质结具有独特的结构特点。
不仅能够增加光生电子与空穴的分离效率，还能保持较高的氧化还原能力。
系统地从Z型异质结、二元Z型异质结结构、三元Z型异质结结构3个方面综述了近期ZnO基Z型异质结结构在光催化方面的研究进展。
对ZnO与半导体氧化物、半导体硫化物及其他半导体材料构成二元Z型异质结的机理及其催化性能的提高进行了概括总结。
梳理了三元异质结的光催化机理及三元Z型异质结在光催化性能上的优势。
最后对Z型异质结的研究进行总结，为纳米ZnO光催化氧化技术的应用发展提供参考。
关键词：氧化锌；Z型异质结；光催化；半导体；有机污染物中图分类号：O649.2 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0200-16DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.015Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-schemeHeterojunction Structures Based on ZnOWU Min-ke, REN Lu*, REN Rui-xiang, LI Jia-hao, ZHAO Chao-fan, YU Yang(School of Civil Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Jiangsu Suzhou, 215011, China)ABSTRACT: As a common photocatalyst, Zinc oxide (ZnO) has some defects, such as poor utilization of light energy, low efficiency and easy deactivation, which limit its wide applications. It is one of the hotspots to solve the above problems to construct ZnO-based heterojunction structures by selecting semiconductor materials that can match the ZnO-band gap structure.Recently, forming Z-scheme heterojunction of ZnO is a new approach to improve its photocatalytic performance because its electron transfer process forms the shape of the English letter "Z". This paper systematically introduced the research progress of nano ZnO photocatalytic efficiency improvement from three aspects: Z-scheme heterojunction structure, binary Z-scheme heterojunction structure, and ternary Z-scheme heterojunction structure. Firstly, heterojunction structures and Z-scheme heterojunction structure were explained in details. Heterojunction structures referred to the contact interfaces between two semiconductor materials with different band structures. Among them, Type-Ⅱtype heterojunction structures were arranged in a收稿日期：2022-08-15；修订日期：2023-03-01Received：2022-08-15；Revised：2023-03-01基金项目：国家自然科学基金（51902219）；江苏省自然科学基金（BK20190949）；苏州科技大学大学生创新训练项目（202110332040Y）Fund：National Natural Science Foundation of China (51902219); Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20190949); Innovative Training Program for College Students of Suzhou University of Science and Technology (202110332040Y)引文格式：吴敏科, 任璐, 任瑞祥, 等. ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 200-215.WU Min-ke, REN Lu, REN Rui-xiang, et al. Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-scheme Heterojunction Structures Based on ZnO[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 200-215.*通信作者（Corresponding author）第52卷第11期吴敏科，等：ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展·201·staggered manner of the two bands, which was the most studied traditional heterojunction structure. Different from Type-Ⅱtraditional heterojunction, the specific carrier migration process of Z-scheme heterojunction structure was as follows: the electrons in the conduction band of the semiconductor Ⅱrecombined with the holes in the valence band of the semiconductor Ⅰ. Meanwhile, the residual electrons mainly existed in the conduction band of semiconductorⅠ, and the holes mainly existed in the valence band of semiconductor Ⅱ. Thus, Z-scheme heterojunction structure had a higher separation efficiency of photogenerated carriers and maintained a high redox capacity. Secondly, ZnO-based binary Z-scheme heterojunction structures were discussed and the mechanisms of the improved of catalytic performance were summarized. Those binary Z-scheme heterojunctions were formed by ZnO with semiconductor oxides (e.g. WO3/ZnO, TiO2/ZnO, CeO2/ZnO, Cu2O/ZnO), semiconductor sulfides (e.g.ZnS/ZnO, CdS/ZnO), and other semiconductor materials (e.g.g-C3N4/ZnO, Ag3PO4/ZnO). The photogenerated electrons retained in the conduction band of ZnO or matched semiconductor maintain high reduction capacity, and the photogenerated holes retained in the valence band of matched semiconductor or ZnO maintain high oxidation capacity.Eventually, the composite catalyst showed better photocatalytic activity. The binary Z-scheme heterojunction constructed with the visible-light semiconductor catalyst could also promote the light response range of ZnO-based photocatalyst from ultraviolet light to visible light, which improved the utilization of light energy, and solved the limitation of ZnO excited only by ultraviolet light. Thirdly, the photocatalytic mechanism of ternary heterojunction and the advantages of ternary Z-scheme heterojunction in photocatalytic performance were reviewed.The ZnO-based ternary Z-scheme heterojunction structure was more complex than the binary heterojunction in terms of composition and charge migration. The most common type of ternary Z-scheme heterojunction was the inclusion of noble metal as an intermediate electron medium between two semiconductor materials (e.g. ZnO-Ag-BiVO4, ZnO-Au-ZnAl2O4).The ternary Z-scheme heterojunction structure of noble metal-ZnO system also could be built through the ZnO-based binary Z-scheme heterojunctions further modified by noble metals (e.g.Au-g-C3N4-ZnO). Other constructions of ternary Z-type heterojunctions were composed of three kinds of semiconductor materials, resulting in a double Z-scheme charge transport (e.g.ZnO/ZnWO4/g-C3N4, Bi2MoO6/ZnSnO3/ZnO). Finally, the research prospect of Z-scheme heterojunctions was summarized.Compared with pure ZnO photocatalyst, ZnO-based Z-scheme heterojunction structure had more potential in the catalysts design, and had more advantages in degradation of organic pollutants, hydrogen production and other photocatalysis. That provides a reference for the design, preparation and performance improvement of other semiconductor materials.KEY WORDS: ZnO; Z-scheme heterojunction; photocatalysis; semiconductor; organic pollutants半导体氧化物具有优异的光催化性能，在环境治理、能源和资源等方面具有很大的应用潜力。
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近红外光催化异质结
近红外光催化异质结是指一种利用近红外光激活的光催化反应体系，其中包含异质结，即由不同材料组成的界面。
近红外光波长范围通常为700-1000纳米，通常被认为是兼具较深透射深度和较高能量转化效率的光源。
近红外光催化异质结的工作原理是利用近红外光的能量激发异质结界面上的能带，从而在界面上产生光生载流子对，并利用这些载流子参与光催化反应。
光生载流子对的产生主要通过光激发异质结材料中的电子跃迁实现。
常用的近红外光催化异质结材料包括光敏半导体纳米材料、金属纳米结构、二维材料等。
近红外光催化异质结具有很多应用潜力。
例如，它可以在环境修复中用于光催化降解污染物，如有机物和重金属离子。
此外，它还可以应用于太阳能光电池、水分解产氢、人工光合作用等领域。
尽管近红外光催化异质结具有良好的应用前景，但仍面临一些挑战。
其中之一是催化效率的提高，以提高光催化反应的速率和产物选择性。
另一个挑战是异质结材料的制备和组装，需要控制材料结构和界面形貌，以优化光催化性能。
因此，进一步研究近红外光催化异质结的原理和性能，以及解决相关挑战，将有助于推动其在实际应用中的发展。