Ascribed to the suitable bandgap and band potential for water splitting, Bi2MoO6 could effectively absorb and utilize visible light for hydrogen production by photoelectrochemical water splitting, providing reliable way to realize the solar hydrogen production. However, the low conductivity and high charge recombination rate of Bi2MoO6 limit the improvement of its photoelectric water splitting performance. Hence, we propose the fabrication of MOx-Bi2MoO6 three-dimensional heterostructured arrays by designing three-dimensional array configuration and introducing transition metal oxides, offering the enhanced conductivity and facilitated separation of electrons-holes. In this research, the experiment validation and theory analysis method will be adopted to highlight the design of three-dimensional heterostructured array and study the photoelectrochemical performance. It mainly focus on two aspects: (1) exploring the effect of different MOx materials and three-dimensional heterostructures on the photoelectric properties, and optimizing the photoelectrochemical activity of Bi2MoO6-based nanomaterials; (2) establishing the relationship between structure and property, analyzing the photoelectrocatalytic mechanism of three-dimensional MOx-Bi2MoO6 hetero-arrays, offering novel strategy and scientific basis for the design and optimization of photoelectrodes.
钼酸铋(Bi2MoO6)具有合适的带隙和水分解能带电势,能够有效吸收利用可见光进行光电解水制氢,为实现太阳能制氢提供可靠途径。然而,Bi2MoO6作较差的导电性和较高的光生电子-空穴复合率限制了其光电解水性能的进一步提高。对此,我们提出构建MOx-Bi2MoO6三维异质阵列电极,通过设计三维多孔阵列结构和引入过渡金属氧化物制备异质结,提高电极导电性和光生电子-空穴的分离效率。项目拟采用实验探究和理论分析相结合的方法,聚焦三维异质阵列的设计合成及光电解水性能研究,重点探讨:(1)不同过渡金属氧化物对Bi2MoO6材料的异质作用及不同三维异质结构对电极光电解水性能的影响,优化Bi2MoO6基纳米材料光电性能;(2)三维异质阵列结构与性能之间的关系及三维异质阵列光电催化机制,为设计和优化光电极提供新思路和科学依据。
在项目前期研究中,研究者分别设计合成了Bi2MoO6多级空心棒、Bi2MoO6/ZnO异质纳米片阵列、多级Ag/Bi2MoO6空心盒子及TiO2/Bi2MoO6多及纳米球,并对其光电解水或光催化性能进行了探究。研究验证了多级结构作为光催化剂的结构优势、Bi2MoO6基异质多级结构高效的电荷分离效率。. 以Bi2MoO6基多级纳米材料的构建及光催化性能研究为基础,本年度对于Bi2MoO6基多级纳米光催化剂近期发展进行了综述总结。在研究中,将Bi2MoO6基多级纳米结构分为初级结构、中等结构及多重结构,对其合成方法、结构特征及光催化性能进行综述,为Bi2MoO6基多级纳米结构-光催化性能之间构效关系的建立提供可靠支撑,验证了Bi2MoO6基多级复合纳米材料的优越性;通过对Bi2MoO6基多级纳米结构优势例如高比表面积、可调控的带隙宽度及高电荷分离效率的展示,为探究多级纳米结构的光催化作用机理提供坚实基础。另外,综述对于多级Bi2MoO6光催化剂的发展前景及方向进行了建议。综述提出,现今对于Bi2MoO6基多级复合纳米结构构建、晶面调控等方面的研究仍亟需完善。该论文发表于SCI期刊New Journal of Chemistry中。. 在本年度研究中,对于Bi2MoO6基多级纳米光催化剂结构及光催化性能进行了综述总结,然而对于金属氧化物/Bi2MoO6(MOx/Bi2MoO6)多级异质结构的实验探究仍显不足。在未来研究中,本课题组会继续对于MOx/Bi2MoO6多级异质结构的构建及光电解水性能进行实验探究及综述总结,从而为优化设计高效光催化剂提供理论基石。
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数据更新时间:2023-05-31
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