【摘要】 1972年Fujishima和Honda首次报道了水的光催化分解。

1972年Fujishima和Honda首次报道了水的光催化分解。当用氙灯照射TiO2电极时，水被分解成氢和氧。这引发了半导体光催化技术的迅速发展。

光催化反应一般是通过(1)吸收光产生载流子，(2)载流子向光催化剂表面运输，(3)与靶分子的反应进行的。在此过程中，应避免载流子的复合。光催化效率与上述步骤的热力学和动力学特性密切相关。

在光诱导还原的情况下，还原能力与半导体的化学势密切相关。当半导体相对于0 V具有更负的电位时(相对于正常的氢电极，NHE)，光催化剂可以在光照射下产生氢。此外，设计良好的光催化剂还可以将二氧化碳(CO2)还原为甲烷(CH4)、甲醛(CH2O)和一氧化碳(CO)

Miodynska及其同事使用镧系掺杂Bi2S3和TiO2构建了异质结。Bi2O3在掺杂过程中形成，并与TiO2形成II型异质结。理论计算表明，Er/Yb掺杂可以在Bi2S3晶格中引入缺陷并形成新的能级。这扩大了光吸收，加速了电荷输运，抑制了光催化反应中的电荷重组[1]。

通过设计不同相CdS的能带结构，Luo和同事制备了六方CdS/TiO2的II型异质结(PCT)和立方CdS/TiO2的I型异质结(HCT)。由于超小粒子(6 nm)的量子约束效应，5-PCT中CdS的带隙能(2.52 eV)比光沉积的带隙能有所提高。10-HCT中CdS的带隙能(2.30 eV)与光沉积中CdS的带隙能相同，这与大粒径(50 nm)一致。II型催化剂的性能明显优于I型催化剂，因为CdS的CB中电子活性更高，TiO2的VB中空穴活性更高[2]。

[1]Miodyńska M, Mikolajczyk A, Bajorowicz B, et al. Urchin-like TiO2 structures decorated with lanthanide-doped Bi2S3 quantum dots to boost hydrogen photogeneration performance[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 272: 118962.

[2]Luo X, Ke Y, Yu L, et al. Tandem CdS/TiO2(B) nanosheet photocatalysts for enhanced H2 evolution[J]. Applied Surface Science, 2020, 515: 145970.

 

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