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刘宏教授团队在磁场促进光催化产氢性能方面取得新进展

发布日期:2020年03月06日 16:05 点击次数:

[本站讯]近日,山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授团队提出了一种通过构建纳米复合结构实现光催化材料伴随式电场促进光生载流子分离的策略。相关成果以题为“Electromagnetic induction derived micro-electric potential in metal-semiconductor core-shell hybrid nanostructure enhancing charge separation for high performance photocatalysis”发表在Nano Energy(DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104624)上。硕博连读博士生高文强为本文的第一作者,晶体材料国家重点实验室桑元华副教授和刘宏教授为通讯作者。

该策略利用电磁感应驱动的以金属为核的金属-半导体/核-壳纳米复合结构的微电势来增强半导体光催化剂中的电荷分离,将外加磁场施加在常规的光催化反应器装置下,实现了光催化裂解水产氢效率近110%提高。金属-半导体/核-壳纳米复合结构产生的电磁感应驱动的伴随电场体现了在磁场作用下的相对运动到电势的高效转换,这为无接触施加电场作用下提高光催化性能提供了新的策略。

该工作利用金属-半导体/核-壳纳米复合结构,证明了外加磁场对提高光催化分解水产氢的显著作用。这种增强是通过磁场作用下的电磁感应在Au NR为核产生的微电势,Au NR作为该复合结构的伴随式外部电场,驱动CdS光生载流子向相反的方向移动,从而促进了光生载流子的高效分离。这种复合纳米结构为粉末光催化剂上无接触施加电场提供了一种有效的途径,从而提高了其光催化性能。通过合理的设计金属-半导体纳米复合结构,很多光催化剂可以实现在磁场作用下显著提高光催化性能的目的。

刘宏教授团队在近期的研究中,关注外场对粉体光催化材料的载流子分离的影响,如磁场洛伦兹力直接作用在载流子上进而抑制光生载流子复合(Advanced Science, 2019, 6, 1901224),纳米材料伴随式原位微电势的产生用于载流子分离,包括基于压电材料的机械能转化电势能(Nano Lett. 2015, 15, 2372-2379)和基于磁场感生电动势的动能转化为电势能(Nano Energy, 2020, 69, 104448)两种原位转化方式。后续工作将持续关注磁场在光催化上的应用。该研究工作得到了国家重点研发专项—政府间国际科技合作项目、国家自然基金面上项目、山东省杰出青年基金和晶体材料国家重点实验室的支持。

链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104624


【供稿单位:晶体材料国家重点实验室    作者:高文强    编辑:新闻网工作室    责任编辑:赵方方  】

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