化石燃料(如煤、石油、天然氣等)因其儲(chǔ)量豐富、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)成為人類生存和發(fā)展的能源，支撐了19~20世紀(jì)近兩百年人類文明的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。據(jù)報(bào)道，2021年全球化石燃料消費(fèi)量占全年全球能源消費(fèi)總量的82%，可見(jiàn)化石燃料仍是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的能源供應(yīng)主體。然而，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源需求的大幅度增長(zhǎng)以及人類對(duì)化石燃料的大量消耗使得化石燃料逐步走向枯竭;另一方面化石燃料的燃燒還引起了大量溫室氣體的排放，造成全球氣候變暖，危及人類的生存與發(fā)展。鑒于上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)新的環(huán)境友好和可持續(xù)的能源非常迫切。半導(dǎo)體光催化技術(shù)可以將豐富的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為可直接利用的氫能源或碳?xì)淙剂?在改善能源和環(huán)境方面有較大前景。

以傳統(tǒng)的光健化劑TO:為例,一個(gè)完整的光催化反應(yīng)涉及以下三個(gè)主要步驟(圖8.1)①半導(dǎo)體光耀化相裝收太陽(yáng)光并產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì);②)光生電子-空穴對(duì)從半導(dǎo)體內(nèi)部離并遷移至表面:@在平導(dǎo)體光催化劑和助催化劑表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這幾個(gè)連續(xù)的步驟共同決定了復(fù)合光催化劑的光催化效率。據(jù)報(bào)道，光生電子和空穴在催化劑表面的合速率非?？?10-2~10-")，而光生載流子在催化劑表面被俘獲的速率和界面電荷轉(zhuǎn)格速率相對(duì)較慢(10-7~10)1.78%。也就是說(shuō)，光生電荷的表面俘獲速率及界面電荷轉(zhuǎn)移速率是光催化反應(yīng)總速率的決定因素。只有抑制表面光生電荷的快速?gòu)?fù)合并促進(jìn)電荷向表面活性位點(diǎn)的遷移，才能加速表面載流子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，進(jìn)而提高材料的光化效率。如果半導(dǎo)體表面沒(méi)有適當(dāng)?shù)碾娮雍涂昭ú东@劑,光生電子和空穴就會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)復(fù)合并以熱或其他能量的形式釋放。

因此，為了有效地抑制光生電子和空穴在半導(dǎo)體光催化材料表面的復(fù)合，必須負(fù)載必要的還原型助催化劑和氧化型助催化劑分別作為電子和空穴捕獲劑，實(shí)現(xiàn)光生電子和空穴的快速捕獲和轉(zhuǎn)移。助催化劑通常是指本身不具備光催化活性但是可以提高半導(dǎo)體光催化劑的反應(yīng)活性、穩(wěn)定性和選擇性的一種材料。簡(jiǎn)而言之，助催化劑在促進(jìn)光催化材料的光催化性能方面主要起著兩個(gè)作用:①助催化劑可以捕獲半導(dǎo)體表面的光生載流子，以抑制半導(dǎo)體內(nèi)部和表面的光生電子和空穴復(fù)合;②助催化劑可以提供更多的吸附和反應(yīng)活性位點(diǎn),將捕獲的光生電荷用于激活反應(yīng)物分子或參與氧化還原反應(yīng)。根據(jù)助催化劑捕獲的光生載流子類型我們可以將助催化劑分為兩類:一類是用于捕獲電子的還原型助催化劑;另一類是用于捕獲空穴的氧化型助催化劑。大多數(shù)材料(如金屬、金屬氧化物/硫化物和碳基材料等)傾向于捕獲電子并充當(dāng)還原型助催化劑，而其他一些金屬氧化物(如Ru0,和CoO等)則更有可能捕獲空穴并用作氧化型助催化劑9。在過(guò)去的幾年中，關(guān)于還原型助催化劑和氧化型助催化劑的研究越來(lái)越多，研究表明，基于光催化反應(yīng)的復(fù)雜程度，采用單一的助催化劑對(duì)半導(dǎo)體光催化劑性能的提升是有限的，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的程度。因此，我們需要開(kāi)發(fā)具有多功能的雙助催化劑來(lái)修飾半導(dǎo)體光催化劑，以提高光催化劑的反應(yīng)活性、穩(wěn)定性和選擇性。

                                                               助催化劑的作用

在光催化反應(yīng)中，還原型助催化劑和氧化型助催化劑可以分別催化還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，它們?cè)谔岣甙雽?dǎo)體光催化劑的反應(yīng)活性、穩(wěn)定性和選擇性方面具有以下幾點(diǎn)突出的作用(圖8-2)。

(1)助催化劑能降低光催化反應(yīng)的過(guò)電勢(shì)或活化能。在光電化學(xué)(PEC)測(cè)試中產(chǎn)氫助催化劑的存在可以引起起始電位的正移，這意味著過(guò)電勢(shì)的降低。一些產(chǎn)氫助催化劑(如貴金屬 Pt、Au、Rh 等)是低過(guò)電勢(shì)金屬(-0.1~-0.3 V)，使用這些貴金屬助催化劑能顯著提高光催化產(chǎn)氫活性。

(2)助催化劑能促進(jìn)半導(dǎo)體和助催化劑界面處的電荷分離。當(dāng)助催化劑負(fù)載在半導(dǎo)體上并形成緊密的接觸界面時(shí)，界面處可以形成異質(zhì)結(jié)，促進(jìn)電荷的分離和遷移，并且，緊密的界面接觸能縮短電荷從半導(dǎo)體遷移到助催化劑的傳輸距離，從而有效地抑制半導(dǎo)體體相內(nèi)電荷的復(fù)合。

(3)助催化劑能有效地捕獲電子或空穴,并提供額外的催化反應(yīng)活性位點(diǎn)。比如,貴金屬助催化劑不僅能捕獲電子，還能提供有效的質(zhì)子還原位點(diǎn)，進(jìn)而顯著提高還原反應(yīng)的效率。

(4)助催化劑能增強(qiáng)光吸收。由于表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)，一些貴金屬納米顆粒(如金、銀納米顆粒)能夠吸收可見(jiàn)光，還有一些碳基助催化劑(如石墨烯)也可以提高可見(jiàn)光吸收率。

(5)助催化劑能提高復(fù)合材料對(duì)反應(yīng)物分子的吸附。比如，石墨烯具有大的 π-π共軛鍵和大的比表面積，有利于多種反應(yīng)物分子(如染料分子、CO分子、HO分子等的吸附。

(6)助催化劑能有效地抑制光腐蝕的發(fā)生，提高半導(dǎo)體光催化劑的穩(wěn)定性。比如一些可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體光催化劑(如硫化物和氮化物)很容易被光生空穴氧化，發(fā)生自分解,助催化劑的負(fù)載能夠有效地富集光生電子或空穴,進(jìn)而抑制硫化物或氮化物的分解，提升其穩(wěn)定性。

                                                                            雙助催化劑設(shè)計(jì)原則

在光催化反應(yīng)過(guò)程中,影響雙助催化劑活性的因素主要有負(fù)載量、顆粒大小和表界面性質(zhì)等。一般來(lái)說(shuō)，光催化體系的活性與助催化劑的負(fù)載量之間呈火山形的趨勢(shì)，即復(fù)合光催化劑的活性首先隨助催化劑負(fù)載量的增加而增強(qiáng)，當(dāng)負(fù)載量達(dá)到最佳值時(shí)，復(fù)合光催化劑的光催化活性達(dá)到最大值，繼續(xù)增加助催化劑的負(fù)載量，則復(fù)合光催化劑的活性反而會(huì)逐漸降低，原因如下。

(1)過(guò)量的助催化劑會(huì)阻礙半導(dǎo)體表面接觸反應(yīng)物分子。

(2)過(guò)多的助催化劑會(huì)屏蔽入射光的照射，抑制光生電子-空穴對(duì)的生成。

(3)過(guò)多的助催化劑可能團(tuán)聚，導(dǎo)致其粒徑增大，減小比表面積，減弱表面效應(yīng)另一個(gè)影響光催化體系活性的重要因素是助催化劑的尺寸,許多研究表明,顆粒越小厚度越薄、分散度越高的助催化劑越能顯著增強(qiáng)半導(dǎo)體的光催化活性,在相同的負(fù)載量下, 顆粒越小、厚度越薄的助催化劑，其比表面積越大，暴露的表面活性位點(diǎn)越多，從而具有越高的催化活性。

近年來(lái)，復(fù)合光催化劑的表面和界面性質(zhì)也引起了研究者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。一方面，半導(dǎo)體光催化劑及助催化劑的表面不僅是反應(yīng)物分子吸附和活化的位點(diǎn),也是氧化還原反應(yīng)的催化活性位點(diǎn);另一方面，半導(dǎo)體光催化劑與助催化劑的界面是光生電荷分離、傳輸和遷移的位置,因此復(fù)合光催化體系的表面和界面性質(zhì)是影響光催化反應(yīng)的活性和產(chǎn)物選擇性的重要因素。通過(guò)調(diào)節(jié)助催化劑的表面和界面參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)光催化反應(yīng)的活性和產(chǎn)物選擇性是非常有效且有必要的，有以下幾點(diǎn)原因:第一，表面參數(shù)的設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)其對(duì)特定反應(yīng)物分子的高吸附和活化能力，而且可以抑制副反應(yīng)或逆反應(yīng)的發(fā)生;第二表面參數(shù)對(duì)復(fù)合光催化劑表面上電子或空穴的富集起關(guān)鍵作用;第三，通過(guò)改變催化劑的表面參數(shù)可以提高半導(dǎo)體在光催化反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)穩(wěn)定性;第四，通過(guò)改變界面參數(shù)可以調(diào)節(jié)光生電荷的遷移方向，促進(jìn)電荷的分離。在負(fù)載雙助催化劑的半導(dǎo)體光催化劑上其表面和界面參數(shù)(如暴露表面和接觸界面的數(shù)目、種類)相比負(fù)載單一助催化劑而言更為復(fù)雜，因此，我們可以根據(jù)光催化反應(yīng)的類型選擇不同種類的助催化劑，并設(shè)計(jì)不同的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以使光催化活性達(dá)到優(yōu)秀值。

                                                產(chǎn)品展示

石英光學(xué)鍍膜濾光片全部采用優(yōu)質(zhì)石英硬質(zhì)鍍膜技術(shù)制成，全系列光學(xué)濾光片均采用高純石英為基板，使用專門定制的日本Optorun的透射反射一體的光控真空鍍膜設(shè)備，加以高能IAD輔助鍍膜。產(chǎn)品具有波長(zhǎng)準(zhǔn)確、耐候性、穩(wěn)定性和重復(fù)性高的特征。廣泛應(yīng)用于光催化，氙燈光源、汞燈光源、LED光源、光電電化學(xué)、光電IPCE等光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域。常用規(guī)格為直徑59mm基底圓片，采用M62螺紋固定，可以多層疊加。

窄帶濾光片: 波長(zhǎng)定位準(zhǔn)、峰值透過(guò)率高、截止深、截止寬。

寬帶通和截止濾光片: 透過(guò)率高、截止范圍寬、波長(zhǎng)準(zhǔn)確。

帶通濾光片，分為紫外帶通、可見(jiàn)帶通，半波帶寬15nm，采用石英基低片高真空鍍膜，規(guī)格為M62（濾光片直徑59mm），背景波長(zhǎng)均為200-1100nm，OD3。