传统Z型异质结
过程:
光激发两个半导体产生电子空穴后,PC 1 的光生空穴+电子给体D反应产生电子受体A,同时PC 2的光生电子+电子受体A反应产生电子给体D。两种半导体中的电子空穴分别被保留参与氧化还原反应。利用该体系不仅能实现氧化还原位点的空间分离,同时保证了光催化剂能保持合适的价导带位置,从而保持较强的氧化还原反应能力。但由于引入额外的氧化还原电子介体,会产生一些新的问题。
简介:
两个孤立的反应(水氧化反应和 & CO2还原反应)通过氧化还原介质连接在一起,模拟自然光合作用过程,通过液态或全固态介质将两种不同的半导体结合在一起,成功地构建了人工的 z 型半导体异质结。
组成:
由PC 1和PC 2两个错开型的半导体光催化剂和氧化还原电子介体对组成。
优点:
Z 方案中的每个半导体只负责一个(氧化/还原)反应,从而实现了极大的可见光吸收,增强了氧化还原能力,提高了光稳定性,电荷分离和光催化效率。在这方面,全固态 g-c3n4基 z 型光催化体系在光催化领域的实际应用中显示出许多优势和巨大的潜力。
局限:
1.传统Z型异质结中,通过氧化还原电子介体对实现两种半导体之间的电荷传输,而这些离子只有在溶液中才能实现足够的迁移速率。这使得该体系受限于溶液相的反应。
2.可能有不可预料的副反应发生,如图所示。由于电位差更大,可能发生PC 1中电子同A反应,PC 2中空穴同D反应的情况,使得电荷转移过程受到干扰。
3.光屏蔽现象。氧化还原电子对可能有颜色, 比如二价铁/三价铁,会干扰半导体催化剂的光吸收。
4.pH敏感。为保证氧化还原电子对能正常工作,必须满足一定的pH条件。
全固态Z型异质结
采用固态中间体策略扩大了异质结的应用范围,但在催化剂的合理设计上带来了挑战。
直接Z型异质结
没有使用任何中间介体,直接将两种半导体材料耦合,有很多工作报道,但在关于电子空穴如何转移的问题上存在争议和一些混淆的观点。