ACS Catal：Zn, Ca多级掺杂Ga2O3提高光催化性能

纳米技术

2021-01-29

由于光催化分解水能够通过光能量分解水产生H₂，因此受到了广泛关注。但是在实现工业化应用需要进一步提高催化活性。人们发展了各种方法尝试改善光催化活性，但是光催化剂中的缺陷位点、杂质位点是导致量子效率降低的主要原因，因此普遍认为发展缺陷/杂质含量较低的催化剂是改善催化剂活性的主要方法。有鉴于此，丰田工业大学Akira Yamakata、日本精细陶瓷研究中心Takafumi Ogawa、山口大学Yoshihisa Sakata等报道了在β-Ga₂O₃中进行Zn-Ca 分别在壳-核进行掺杂，有效的改善了光催化活性，在254 nm光激发中的量子效率达到71 %。

本文要点：

（1）

通过时间分辨IR吸收、第一性原理测试，验证了Zn、Ga在催化剂中引入中间间隙带隙，同时限域在此间隙态中的电子能够抑制电子-空穴复合。

（2）

通过STEM-EDS分布图分析方法，揭示了Ca能够均匀的修饰在体相中，Zn修饰在表面上。通过这种梯度型掺杂，能够抑制体相、界面之间的载流子复合，导致在界面上的反应速率提高。

（3）

这种协同效应为改善光催化活性提供了一种有效的方法，这种方法有望用于其他光催化剂体系，包括多晶粉末材料。这种核-壳多重修饰方法能够在不改变形貌、晶化程度的过程中进行掺杂，对不规则结构多晶材料同样兼容。

参考文献

Akira Yamakata*, Junie Jhon M. Vequizo, Takafumi Ogawa*, Kosaku Kato, Shoya Tsuboi, Naohiro Furutani, Masahiro Ohtsuka, Shunsuke Muto, Akihide Kuwabara, and Yoshihisa Sakata*, Core–Shell Double Doping of Zn and Ca on β-Ga₂O₃ Photocatalysts for Remarkable Water Splitting, ACS Catal. 2021, 11, 1911–1919

DOI: 10.1021/acscatal.0c05104

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c05104