高效异质结光催化剂的构筑及其光生电荷行为研究

制备具有光催化活性的单一光催化材料(特别是它们的薄膜材料)，并在准确测量其功函的基础上，根据功函匹配和能级位置匹配双原则设计和构筑基于异质结的高效光催化剂。利用表面光伏技术深入系统地研究所构筑的异质结光催化剂的光生电荷行为，验证所构筑异质结光催化剂的界面结的特征。再通过掺杂和修饰等手段对光催化材料的功函进行调控，优化高效异质结光催化剂的构筑条件，并实现对光生电荷行为的调控，探讨异质界面与光生电荷行为以及光催化活性之间的内在关系，从实验和理论上完善构筑新型高效异质结光催化剂的模型，并最终制备出高效的异质结光催化剂。

抑制光生电荷的复合，提高光生电荷的分离效率，是设计和制备高效光催化材料的关键。本论文选取ZnO/Cu2O光催化材料做为模型，通过表面光伏等技术研究了异质界面特性对光生电荷行为和光催化性能的影响，建立了材料界面特性、光生电荷行为、光催化性能三者之间的联系，结果表明构筑异质结是提高光生电荷分离效率的有效手段之一，异质结/同质结光催化材料中，构成结的两种材料的功函决定了界面电场的特性，其中界面电场的方向决定了光生电荷的分离方向，界面电场的大小决定了光生电荷的分离效率，可以通过调控材料的功函来调控异质结面的特性，进而调控光生电荷的行为，以获得较高的光催化性能。我们依据所建立的模型构筑了一系列高效的异质结光催化材料，其中CdS/Au/WO3的光催化产氢性能提高了两个数量级。