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理论驱动的具有连续可调带隙材料异质结光催化剂设计

DOI：10.1021/acs.jpcc.8b08060 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 目前光催化剂中热载流子的利用效率受限于其快速复合。异质结界面通过有效促进热电子与空穴的空间分离来降低复合速率。本研究基于连续可调带隙材料建立了异质结光催化剂设计原则，通过第一性原理计算进行验证，并以ZnxCd1-xS-还原氧化石墨烯（RGO）异质结作为概念验证光催化剂，通过直接测量其光催化活性予以证实。通过调节Zn/Cd比例和/或RGO的还原程度，可形成三类异质结，并通过改变其带隙及能带边缘位置产生不同的导带与价带偏移量。界面处高效电子-空穴分离的调控表现为计算光学吸收谱与实验结果的一致性，以及ZnxCd1-xS-RGO异质结光催化活性的增强。该结果也能合理解释现有RGO基复合材料的实验现象。通过界面能带排列工程，该设计原则可广泛应用于开发其他异质结材料，涵盖从光催化剂、太阳能电池到功能电子器件等领域。
作者： Bing-Xin Zhou，Wei-Qing Huang，Ke Yang，Shuang-Shuang Ding，Zhong Xie，Anlian Pan，Wangyu Hu，Ping Peng，Gui-Fang Huang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过使用带隙连续可调的材料建立异质结光催化剂设计原则，通过有效空间分离热电子和空穴来降低其快速复合速率，从而提高光催化剂中热载流子的利用效率。

研究成果

该研究成功确立了利用带隙连续可调材料设计异质结光催化剂的原则，通过有效的电子-空穴分离展现出增强的光催化活性。这一原则适用于包括太阳能转换和电子设备在内的广泛材料与应用领域。

研究不足

该研究以ZnxCd1-xS和RGO为模型材料，其普适性尚需进一步验证。实验条件与合成方法可能限制研究成果的可扩展性与实际应用。

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