金属-半导体复合结构的晶面协同效应研究

Synthesis of metal-semiconductor hybrid nanostructures have been proven to be an important method to modify the metals or semiconductors. It has been demonstrated that the catalytic properties of hybrid nanomaterials can be significantly improved by using different metals or semiconductors, and tuning the particle size and nanostructure. However, a significant parameter has been ignored, which is the facets. In this research, the metal-semiconductor system (including Pd-Cu2O, Au-CdS and Pt-Cu2O) will be developed and devoted into the photocatalytic activation of oxygen under visible light irradiation. The facets of metal and semiconductor will be tuned to control and enhance the catalytic activities. The computational simulation will also be employed to investigate the synergy between metal facets and semiconductor facets.The hybrid system can act as excellent photocatalysts in the photocatalytic activation of oxygen under visible light illumination. This research not only confirms the important role of facets in catalytic reaction, but also opens up a new direction for designing and preparing catalysts with enhanced catalytic activity.

构建金属-半导体复合结构是改性单一型金属和半导体材料的重要途径。目前针对金属-半导体复合结构的性能优化主要是通过调控金属种类、半导体种类、粒子尺寸、微观结构等手段来实现，却极少关注另一个可能的影响因素——晶面。本课题拟开发可见光响应的金属-半导体复合结构（包括Pd-Cu2O、Au-CdS、Pt-Cu2O等）用以光催化活化分子氧，并通过调控金属和半导体的晶面类型以期获得最佳的催化性能，同时揭示晶面类型与催化性能之间的内在规律。此外，利用实验验证与建模计算相结合的手段，寻找金属晶面与半导体晶面之间存在的协同效应。本课题不仅提供了一类新型可见光响应的可用于活化分子氧的催化剂，而且明确了晶面在复合结构中的影响机制，为合理设计和开发高性能的纳米材料提供了新的研究思路。

金属-半导体复合结构是重要的催化剂体系。目前针对金属-半导体复合结构的优化主要集中在调控金属种类、半导体种类、颗粒尺寸等，却较少关注晶面的影响。本项目以金属-半导体材料的晶面作为研究的重点，关注复合体系中的晶面等要素在催化反应中的重要角色。在本项目的支持下，我们研究了晶面效应在金属-半导体体系中的重要作用及晶面的作用机制，并以此为基础实现了催化性能的提升和最优化，建立了多种高效、稳定的可见光响应的光催化剂体系。此外，我们还在之前工作的基础上，确定双金属体系中组分/形貌/晶面对催化性能的影响机制，设计了多种半导体体系（例如铅卤钙钛矿），专注其形貌的精细调控以及性能的提升。本项目的顺利推进，不仅提供了一系列新型可见光相应的光催化剂，而且对于建立晶面与催化性能之间的构效关系，合理设计高效催化剂有着一定的实际意义。