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最新一篇JACS光催化论文赏析,欢迎大家一起来讨论~
分享一篇华中师范大学,Zhang Lizhi(张礼知)教授新出的一篇JACS通讯,关于晶面控制BiOCl的光催化性能。
BiOCl这种光催化材料在最近几年有不少人研究过,比如上师大的李和兴教授,他和卢云峰教授强强联合,发了不少牛论文,很多都和光催化有关,其中就有BiOCl空心材料。另外,山大的黄柏标教授(Chem. Eur. J. 2011, 17, 9342 – 9349),武大的Zan Ling(Chem. Commun., 2011, 47, 6951–6953),都有所涉猎。BiOCl制备非常简单,而且原料易得,只需要在硝酸铋的前驱体加入KCl,NaCl,水热,溶胶-凝胶法后就可以制得。不过比较可惜的是BiOCl带隙比较大,只能吸收紫外光,所以对它还需进一步改性才能变成可见光催化材料(比如:Scripta Materialia 56 (2007) 669–672)。
晶面控制光催化性能一直以来都是非常引人入胜的科研方向,如果能很好的控制和暴露高能晶面,那一般都能获得很好的催化效果,加以详细研究的话就能发好论文了。澳洲的Max. Lu当年就有一篇Nature把TiO2的晶面控制得异常完美(Nature 453, 638-641 ),东京大学的Domen也做过类似的研究,比如在TiO2或者其它光催化材料不同的晶面上负载PtNPs,看看哪个晶面负载是最好的,还有叶金花教授用非常简单的方法制备了晶面控制的Ag3PO4,已经在JACS上报道了(JACS,卷: 133 期: 17 页: 6490-6492)。
当然,除了光催化,其它催化,比如CO氧化,醇的选择性氧化,电催化等等,都可以把晶面控制得很好的材料加以应用。最近李亚栋院士就有一篇Angew的综述专门讲这方面应用的(Catalysis Based on Nanocrystals with Well-Defined Facets;DOI: 10.1002/anie.201102619)。李院士在材料的合成方面,是大师级别的,所以有人开玩笑说,可惜啊,到去年才评上院士,其实早该上的。从前几年开始,李院士就把他的材料广泛的应用于催化了,也出了好多成果,其中也有光催化的,比如Au/ZnO材料已经发到了JACS上(Au-ZnO Hybrid Nanopyramids and Their Photocatalytic Properties; JACS,卷: 133 期: 15 页: 5660-5663),可谓牛刀小试。
现在回到BiOCl这篇论文上来,初一看,觉得这篇论文好像没有什么了不起,因为现在光催化一般都要往可见光催化上靠的,而BiOCl只能被UV激发,竟然发了这么好的论文,有点想不通。再仔细一看,就看出好东西来了。首先,制备的BiOCl材料主要暴露的是{001} 和{010}晶面,这样一来,就能很好的研究这两者究竟哪个晶面有利于光催化了;然后,看下图:
在紫外光照下降解MO(图左),001晶面明显优于010,可是在可见光下(图右),001反而不如010,原因何在?再看下图:
结果显示,BiOCl是一种层状材料,[Bi2O2] slabs interleaved with double slabs,这样就导致了内静电场垂直于[Bi2O2] slabs and halogen anionic slabs,所以一旦紫外光激发了BiOCl,形成电子-空穴对,载流子在001晶面上就可以迅速的分离,因为输送距离很短,就不容易复合了嘛!这个道理很简单,所以紫外光下001晶面的催化效果要好于010晶面。
对于可见光催化,催化机理就不一样了,这就牵扯到染料敏化了。BiOCl有可见光催化效果,就是因为MO的敏化,在这个过程中,没有电子-空穴对产生,但是被可见光激发的染料会把电子注入BiOCl的导带上,然后和分子氧发生反应,生成活性氧物种,进一步发生氧化反应。因此,在可见光催化过程中,染料的吸附尤为关键。结果表明011晶面对MO的吸附要远远好于001晶面,这是因为[001] facet is terminated by oxygen atoms,所以001晶面带了负电,MO也带负电,相互排斥,所以001晶面不容易吸附MO,同时,010晶面有很多open channel,这样就增加了MO吸附的位点。如此一来,就导致了010晶面的可见光催化效果要优于001晶面。
当然,这篇论文还有别的一些亮点,希望大家都能参与讨论,我就说到这里了。有什么地方说的不对,希望大家不要犹豫,尽情拍砖。个人觉得,现在光催化这个领域发展的不是很好,大家一定要有拍砖的精神,才能出好的成果,另外,各位虫友不只对这篇论文发表看法,对光催化这个领域今后的发展,有什么想说的,都可以交流,为了鼓励交流,我发100BB,BB不多,大家尽量不要用纯表回复,多多提议,TKS![ 来自科研家族 木虫催化 ]
[ Last edited by flylrh on 2012-4-11 at 14:15 ] |
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