基于内电场调控来提高光催化剂的体相电荷分离效率

半导体光催化技术能够把丰富的太阳能转化为化学能，是一项有前途的技术来维持地球的未来发展。在半导体光催化过程中，电子和空穴在半导体体相的复合过程比电荷传输和电荷表面催化过程更快，导致半导体光催化剂的体相电荷分离效率较低，严重阻止了半导体光催化技术的实际应用。虽然也有诸多策略如金属表面修饰、表面缺陷设计、构筑碳基材料异质结等用于增强体相电荷分离效率，但是收效甚微。

针对上述难题，华中师范大学博士研究生李杰在长江学者、国家杰出青年基金获得者张礼知教授的指导下，另辟蹊径发展出了一种基于内电场调控来提高光催化剂体相电荷分离效率的全新策略。张礼知教授研究团队在其前期的研究基础之上（点击阅读详情），通过把碳掺杂剂均相注入到Bi₃O₄Cl晶格内部来提高该材料的内电场强度，实现了碳掺杂Bi₃O₄Cl纳米片高达80%的体相电荷分离效率。该效率远高于所有已报道光催化剂的体相电荷分离效率。该研究团队指出，较强的内电场能够有效促进光生电子和空穴的分离，并且具有较强的局限能力阻止电子和空穴在从内到外的迁移过程中发生复合，最终获得较高的体相电荷分离效率。

该研究为高效体相电荷分离提供了有效的新策略，并首次发现掺杂调控半导体材料性质的新角色——内电场强度调控者。这些发现为发展高效可实用的光催化体系开辟了新思路。相关结果发表在《Advanced Materials》杂志。（Adv. Mater.,2016, DOI: 10.1002/adma.201600301）

以上研究得到了国家杰出青年科学基金项目和973项目等资助。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201600301/abstract

原文：Giant Enhancement of Internal Electric Field Boosting Bulk Charge Separation for Photocatalysis

Adv. Mater., 2016, 28, 4059-4064, DOI: 10.1002/adma.201600301

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