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《自然》报道半导体所光催化研究成果

  “自然”报道了半导体光催化的研究成果

  近日,中国科学院半导体研究所李静波及其合作者在美国设计了一种通过“调整”TiO2能带结构来提高TiO2光催化效率的有效方法。这个成就的论文成了3月17日自然网站上的一个“突出论文”。2月24日,“自然” - 亚洲资料编辑马丁·瓦查,记者亚当·迪基采访了李静波的重要进展已经在研究组中制成了光催化材料。据介绍,采用钼碳共掺杂法“人造剪裁”的二氧化钛带的优点是:二氧化钛掺杂氮或过渡金属可以降低二氧化钛的光学带隙,但单独掺杂会造成光激发电荷进行局部化,防止电化学反应的进行。对于钼碳共掺杂方法,理论上使用超晶胞,而钛和氧原子被取代时形成的钝化钼碳对,研究人员已经尝试了许多原子对,只有钼碳才能还原钛二氧化碳带的缺口也确保了二氧化钛仍然具有很高的催化活性。由此已经发现,这种钝化的原子对在单独掺杂时消除了电荷载流子上的局部效应,从而允许电荷在水分解反应中发生转移。研究人员采用钼碳共掺杂的方法设计,期望在这种相互钝化的共掺杂体系中,载流子寿命将比单独掺杂时增加。这种设计原理也适用于许多半导体材料和催化剂材料。随着第一性原理理论的发展和计算机性能的提高,材料的计算机辅助设计成为可能,已成为加速科学发现工具的一个非常重要的因素。二氧化钛是常见的光催化剂,用于产生燃料电池所需的氢。它是一种在环境和能源领域发挥重要作用的光敏材料。它不但可以利用太阳能,还可以将氢分解成氢气和氧气,从水中产生氢气,可以作为清洁燃料使用,可以用于有机污染物的降解。它具有很高的效率和潜在的适用性,可以降解和去除环境中的有毒化学污染物是最有效的方法之一。二氧化钛的带隙为3.2 eV,可以吸收太阳光谱中的紫外线部分,这部分太阳能仅占太阳能的5%左右,太阳能不能充分利用。研究人员提出的新的掺杂方法是基于第一性原理计算的理论分析,发现特殊的共掺杂受主对,如“共掺杂钼碳”形成的新杂质带,能够充分吸收太阳“从而提高了二氧化钛分解水的催化效率

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