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摘要
由无机与有机组分组成的无机-有机杂化材料因其优异的性能及良好的物理化学性质在光催化领域得到了广泛的关注.目前,已经开发的单相光催化剂有很多种,但其很难同时满足宽的光激发范围以及高的光吸收能力和强的氧化还原能力等需求,因此,科研人员开发了很多方法去解决上述问题,主要包括以下两大类.第一类,修饰光催化剂扩大光激发范围以及增强可见光吸收.例如构建固溶体、引入表面缺陷、杂质掺杂、染料敏化和表面等离子体共振等策略.第二类,构建半导体异质结,通过界面处的协同作用有效促进光生电子空穴对的转移与分离.例如type II型、直接Z型以及S型异质结等.有机成分与无机成分的杂化是有效解决上述问题的方法之一.大部分有机材料具有成本低、吸光系数高以及比表面积大等优点;但低的强度以及宽的带隙限制了有机材料在光催化上的应用.而大部分无机材料具有高强度、窄带隙以及良好的光学性能.但低韧性和较差的分散性限制了无机材料在光催化上的应用.无机-有机杂化材料不仅保留了无机与有机组分的原有性质,而且界面处组分之间的协同作用会产生新的性质,如高的载流子传输能力和高的光吸收能力等.无机-有机杂化材料是多相材料,其中的一相是纳米材料,从而保留了纳米材料的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应;并且纳米结构的光催化剂相对于体相材料而言,具有比表面积高、载流子输运距离短和电子结构可调等优势.无机-有机杂化光催化材料既保留了高的光吸收能力,又保留了高氧化性的空穴与高还原性的电子,因而在光催化领域的应用越来越广泛.本文综述了无机-有机杂化材料的合成、机理以及在光催化领域的应用.首先,介绍了无机-有机光催化剂的作用、优缺点以及设计原则,讨论了自上而下和自下而上制备无机-有机杂化材料的方法,为设计杂化材料提供思路.其次,对有机组分与无机组分的相互作用力进行分类讨论.再次,阐述了无机-有机杂化材料的优势,讨论了进一步改进无机-有机光催化剂的方法.最后,总结了无机-有机杂化材料在光催化领域面临的问题与挑战,并对未来发展进行了展望.
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