酚醛树脂 / 硒化镉异质结实现广谱光利用高效产过氧化氢

【字体: 时间:2025年05月19日 来源:Applied Catalysis A: General 4.7

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  为解决光催化产 H?O?中电荷分离差、光吸收有限的问题,研究人员开发 RF523/CdSe S 型异质结光催化剂。其通过内建电场促进电荷分离,拓展近红外光吸收,RF/CdSe-100 产 H?O?速率达 888.9 μmol?h?1,为高效光催化合成 H?O?提供新策略。

  
过氧化氢(H?O?)作为重要氧化剂,在生物修复、水净化、工业消毒等领域应用广泛。然而,当前工业生产依赖高能耗、重污染的蒽醌氧化法,而氢氧直接合成法面临成本高、选择性低和安全风险等问题。在此背景下,太阳能驱动的光催化产 H?O?技术因具备现场按需合成的潜力,成为研究热点。但该技术面临电荷分离效率低、光吸收范围有限、电子 - 空穴复合快等挑战,限制了其实际应用。开发高效的光催化剂以突破这些瓶颈,对实现绿色可持续的 H?O?生产至关重要。

为解决上述问题,研究人员开展了酚醛树脂与硒化镉异质结光催化剂的研究。不过文档中未明确提及研究机构,仅知相关研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》。

研究中采用的主要关键技术方法包括水热法和湿化学法。具体而言,先通过水热反应制备 RF523 树脂,再利用静电自组装工艺将 CdSe 纳米颗粒沉积在 RF523 树脂表面,制备出不同比例的 RF/CdSe-X 复合材料,并通过 XRD 等手段对其结构进行表征。

材料合成与结构表征


通过水热和湿化学方法合成 RF/CdSe 异质结复合材料。首先利用间苯二酚和甲醛经水热反应制备 RF523 树脂,将其作为载体材料,然后通过静电自组装过程使 CdSe 纳米颗粒形成并沉积在其表面,得到不同树脂与纳米颗粒比例的 RF/CdSe-X 复合材料,XRD 图谱对其结构进行了分析。

光催化性能研究


RF/CdSe-100 复合材料在全光谱光下展现出卓越的 H?O?生产能力,速率达到 888.9 μmol?h?1,分别是纯 RF、CdSe 和机械混合样品的 1.5 倍、2.6 倍和 2 倍。该复合材料具有广谱光吸收特性,在 365nm 光下表观量子产率为 19.0%,在 800nm 光下为 1.7%,表明其能有效利用广泛的太阳能。

光催化机理分析


该光催化机制由 S 型电荷转移过程驱动。RF 与 CdSe 形成的异质结产生内建电场,促进光生电荷载流子的分离,减少电子 - 空穴复合,增强材料的氧化和还原能力,进而促进活性氧物种(ROS)的生成,有利于 H?O?的产生。

研究成功合成了新型 RF/CdSe S 型异质结复合材料,用于增强全光谱光下的光催化 H?O?生产。该材料具有明确的界面电场,显著改善了光生电荷载流子的分离,促进了有效的电荷转移。这种异质结结构不仅拓宽了材料的光吸收光谱,还提高了光催化 H?O?的产量,为太阳能驱动的 H?O?合成提供了一种高效策略,推动了可再生能源和环境应用中光催化剂的设计与发展。该研究为解决传统 H?O?生产中的环境和能源问题提供了新方向,有望在环保、化工等领域实现更广泛的应用。

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