Angew综述：增强半导体氧化物光催化制氢性能

纳米技术

2023-08-02

过渡金属氧化物是最先用于太阳能光催化分解水制氢的材料，虽然近些年人们发展了许多其他类型光催化剂，但是因为制备简单、具有独特的物理化学性质，过渡金属氧化物材料仍然是主要的光催化剂。

人们发展了多种多样的增强过渡金属氧化物光催化剂性能的方法，但是通常过渡金属氧化物光催化剂的太阳能制氢转化效率仍非常低（<2 %），远远低于商业化10 %的需求。

有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学Jorge Gascon、张华彬、Mohammad Z. Rahman等综述报道深入总结多种改善过渡金属氧化物光催化剂性能的策略，包括氧缺陷、掺杂、界面异质结、晶相调控等方法。

主要内容

（1）

通过对这些策略进行评价，提出过渡金属氧化物光催化剂的未来发展方向。本文有助于研究人员、学生、教授等相关人员发展用于绿色能源发展的高效率能源转化材料。

（2）

展望。自从1970年以来，人们发展了多种多样的过渡金属氧化物光催化剂，包括简单的二元氧化物（TiO₂，α-Fe₂O₃，WO₃）、三元氧化物（BiVO₄，SrTiO₃）、以及复杂程度更高的掺杂型四元氧化物。虽然氧化物光催化剂种类非常多，但是这些氧化物光催化剂的STH通常远远低于10 %。这是因为载流子移动率较低、缺陷浓度高、载流子寿命短、载流子扩散距离短等因素。目前光催化分解水制氢通常局限于实验室研究，很少有工业量级的尝试。

目前氧化物光催化剂面临的挑战包括：降低载流子的复合；增强光催化剂的光吸收能力；正确认识氧化物缺陷的作用（有利还是有害？）；反应器工程；发展理论研究和表征技术。此外，机器学习和大数据学习分析能够帮助发展具有特定光催化性能的新型材料。同时准确的理解各种策略对于STH的增强作用非常困难。

参考文献

Mohammad Z. Rahman, Fazal Raziq, Huabin Zhang, Jorge Gascon, Key Strategies for Enhancing H₂ Production in Transition Metal Oxide Based Photocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202305385

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202305385