颗粒光催化全解水：混合阴离子光催化剂的结构设计与先进制备

日期： 2025-06-11

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光催化水分解通过半导体光吸收-载流子分离-表面反应三步机制将太阳能转化为氢能，但其效率受限于宽禁带半导体（如TiO₂, Eg>3.0 eV）的紫外光依赖性和载流子复合问题（STH<2%）。混合阴离子半导体通过O/N/S/Cl等多元阴离子协同，实现带隙可调（2.0-2.5 eV）、可见光捕获（400-700 nm）及载流子迁移优化。例如钛基、镓基金属硫氧化物通过S 3p轨道杂化使光响应拓展至600 nm之后，且部分材料在光催化产氢表观量子效率上超过30%；新型混合阴离子半导体β-ZrNBr以其稳定的层状结构在光催化分解水和CO₂还原领域均表现优异的光催化功能。当前研究聚焦阴离子精准调控（溶剂热-固相联用技术）、表界面改性（Ru/Rh纳米粒子负载+核壳结构设计）及异质结构筑等，以金属硫氧化物和金属氮氧化物构筑的Z机制体系全分解水效率不断刷新。同时章福祥课题组以钽基氮氧化物体系创下0.8%的STH效率纪录。本文系统解析混合阴离子材料的能带工程策略、新型合成工艺与性能优化路径，为高效稳定光催化制氢提供理论框架。

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