金屬鎢酸鹽(MWO4)作為一種很有潛力的三元金屬氧化物，由于其晶體和電子結(jié)構(gòu)的多樣性以及獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，使其在能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境治理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
浙江大學(xué)侯陽課題組綜述了MWO4材料的電子分布、能帶組成與金屬離子之間的內(nèi)在聯(lián)系，尤其詳細(xì)介紹了表面工程、離子摻雜、異質(zhì)結(jié)構(gòu)建等手段對鎢酸鹽進(jìn)行改性，提高其光捕獲和光誘導(dǎo)電荷分離效率，達(dá)到提高光電催化性能的目的。
同時(shí)分析了鎢酸鹽的晶型結(jié)構(gòu)、尺寸大小以及形貌特征對其光催化性能的影響，同時(shí)展望了MWO4基光催化劑未來的發(fā)展方向。
圖文導(dǎo)讀
1 鎢酸鹽材料電子分布特性、光學(xué)性質(zhì)與金屬離子種類及半徑之間的關(guān)系
(a)金屬離子半徑與鎢酸鹽禁帶寬度關(guān)系圖;(b)不同鎢酸鹽半導(dǎo)體粉體顏色。
由于不同的二價(jià)金屬離子，外層電子分布不同，因而鎢酸鹽的禁帶電子組成也跟隨金屬離子改變而改變。通過總結(jié)，可以得出離子半徑小的金屬離子形成的鎢酸鹽禁帶寬度隨之變窄。鎢酸鹽粉體材料的外觀顏色也發(fā)生相應(yīng)的改變。
根據(jù)光催化劑的選用原則，可以優(yōu)先選擇金屬離子半徑小于0.73 Å的金屬鎢酸鹽作為目標(biāo)光催化劑。
2 鎢酸鹽的晶型結(jié)構(gòu)、尺寸大小以及形貌特征對其光催化性能的影響
兩種不同晶型SnWO4晶胞結(jié)構(gòu)圖(a)，態(tài)密度圖(b)，紫外可見吸光曲線(c);(d)α，β-SnWO4與其他不同光催化劑的光催化效率對比圖;(e)α和β-SnWO4光催化分解水產(chǎn)氫效率圖。
對于純鎢酸鹽半導(dǎo)體光催化劑，一般包含兩種晶型結(jié)構(gòu)：wolframite單斜晶相和scheelite四方晶相。不同的晶型結(jié)構(gòu)意味著原子的排列結(jié)構(gòu)差異，將導(dǎo)致原子間電子分布規(guī)律不同，以及能帶位置不同。
對于同一種鎢酸鹽半導(dǎo)體，不同的晶型擁有不同的光學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對光催化性能產(chǎn)生影響。此外，由于量子尺寸效應(yīng)，隨著鎢酸鹽尺寸的降低，禁帶寬度和比表面積也隨之增大，對光電催化性能均會產(chǎn)生影響。
3 鎢酸鹽基光催化劑內(nèi)部光生電子空穴行為調(diào)控策略
Ag/α-SnWO4的投射電鏡圖(a)和不同比例下降解活性圖(b);不同光催化劑的瞬態(tài)響應(yīng)電流曲線(c);光催化反應(yīng)機(jī)理示意圖(d)。
針對單一鎢酸鹽光生電荷復(fù)合效率高、太陽光吸收范圍窄等問題，詳細(xì)綜述了通過表面修飾、離子摻雜以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)建等手段調(diào)節(jié)鎢酸鹽基催化劑內(nèi)部光生電子空穴行為的研究，從而引導(dǎo)電子空穴進(jìn)行有效的分離和傳遞，達(dá)到提高能源催化轉(zhuǎn)化以及催化降解性能的目的。
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