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1 光催化基础与原理 1

1.1 光催化的发展历史 1

1.2 半导体光催化的热力学及动力学基础 11

1.2.1 半导体光催化的热力学基础 11

1.2.2 半导体光催化的动力学基础 12

1.3 光催化合成太阳燃料的基本原理 17

1.3.1 光催化分解水制氢原理 17

1.3.2 光催化还原CO2原理 23

1.3.3 氧化半反应的关键作用 32

1.4 光催化材料的设计及开发 35

1.4.1 光催化材料的设计原则 35

1.4.2 光催化材料的改性策略 37

1.4.3 光催化材料的开发手段 41

1.4.4 光催化材料的评价表征 45

1.5 本书的研究领域及重点 47

参考文献 48

2 二氧化钛晶面控制 69

2.1 引言 69

2.2 TiO2光催化晶面效应 70

2.2.1 表面吸附与选择性 70

2.2.2 晶面能带结构与表面异质结 73

2.3 TiO2晶面控制的原理与实例 89

2.3.1 TiO2晶面控制的基本原理 89

2.3.2 TiO2晶面控制的合成实例 92

2.4 TiO2晶面控制的太阳燃料光催化应用 100

2.4.1 光催化分解水制氢 101

2.4.2 光催化二氧化碳还原 103

2.5 小结与展望 104

参考文献 105

3 硫化物光催化材料 111

3.1 引言 111

3.2 硫化物光催化材料的制备 112

3.2.1 硫化物半导体的制备 112

3.2.2 硫化物半导体的结构调控 116

3.2.3 硫化物半导体的能带调控 125

3.2.4 硫化物基复合光催化材料的制备 133

3.3 硫化物光催化材料制备太阳燃料 160

3.3.1 光催化分解水制氢 160

3.3.2 光催化二氧化碳还原 166

3.4 小结与展望 170

参考文献 172

4 石墨烯基半导体光催化材料 187

4.1 引言 187

4.2 石墨烯基光催化材料的制备 188

4.2.1 石墨烯的制备 188

4.2.2 石墨烯基光催化材料的制备 189

4.3 石墨烯基光催化材料制备太阳燃料 196

4.3.1 光催化分解水制氢 196

4.3.2 光催化二氧化碳还原 212

4.4 小结与展望 220

参考文献 221

5 石墨相氮化碳光催化材料 229

5.1 引言 229

5.2 纳米结构g-C3N4光催化材料的设计合成 231

5.2.1 大比表面积g-C3N4的可控合成 231

5.2.2 二维超薄g-C3N4纳米片的制备 235

5.2.3 g-C3N4纳米结构调控 238

5.3 g-C3N4光催化材料的能带调控 244

5.3.1 g-C3N4的元素掺杂 244

5.3.2 g-C3N4的分子改性 246

5.4 g-C3N4基复合光催化材料的构建 248

5.4.1 g-C3N4基Ⅱ型异质结复合光催化材料的构建 248

5.4.2 g-C3N4基Z型光催化材料的构建 249

5.5 g-C3N4光催化材料制备太阳燃料 260

5.5.1 光催化分解水制氢 261

5.5.2 光催化还原二氧化碳 268

5.6 小结与展望 273

参考文献 275

6 助催化剂 286

6.1 助催化剂的主要作用和机制 287

6.2 助催化剂在光催化分解水中的应用 289

6.2.1 产氢助催化剂 289

6.2.2 产氧助催化剂 307

6.2.3 全分解水助催化剂 312

6.3 助催化剂在光催化CO2还原中的应用 316

6.4 结论与展望 318

参考文献 319