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Cd纳米片:超越石墨烯的新型二维光催化剂载体

利用光催化技术将可再生的太阳能直接转化并存储为清洁的化学能被认为是人类解决能源危机的梦想技术之一。目前该技术仍然面临许多严峻的挑战,比如发展更高效的光催化材料。近年来,科研人员发现将具有高比表面积和优异电子传输能力的石墨烯用作光催化剂的载体,不仅可以减少催化剂颗粒间的团聚,还能够提高光生电子-空穴对的分离效率,从而有效地增强光催化材料的活性。但是,使用石墨烯作为光催化剂的载体仍存在两个主要缺陷,有待进一步完善:1)石墨烯材料能够吸收部分可见光,从而降低催化剂对可见光的利用率;2)绝大多数复合催化剂中使用的石墨烯材料主要是还原的氧化石墨烯(rGO)。rGO存在一定的缺陷,致使其电子传输能力不理想。

Cd纳米片:超越石墨烯的新型二维光催化剂载体

中国科学院理化技术研究所张铁锐课题组首次通过简易的低温多元醇还原法合成了一种新型光催化剂载体-高导电Cd纳米片。进一步,通过简单的氧化-硫化处理原位获得了CdS纳米颗粒修饰的Cd纳米片复合可见光光催化材料。与单组分的CdS纳米颗粒或者复合的石墨烯/CdS纳米颗粒相比,这种新发展的CdS纳米颗粒/Cd纳米片复合光催化材料展现出更优异的可见光产氢活性,这主要归结于具有良好可见光反射特性和高导电子能力的Cd纳米片可以有效提高光的利用率和光生电子-空穴对的分离效率。研究结果表明,Cd纳米片是一种极具性能和成本优势的新型光催化剂载体材料。研究结果发表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.201501241)。

该研究工作不仅发展了一种新型的高导电Cd纳米片来取代传统的石墨烯或者贵金属载体,并用来构筑了廉价、高效的纳米异质结构可见光产氢催化剂,更重要的是该策略除了适用于Cd基体系,还有望广泛应用于其它金属元素如Ti,Zn,Ta,Ni等光(光电)催化体系。



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Cd纳米片:超越石墨烯的新型二维光催化剂载体

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