沉积助催化剂
半导体光催化材料表面沉积助催化剂是提高其光催化活性的一种有效方法。这是因为，在助催化剂和半导体之间形成合适的异质结能够促进载流子在界面处的分离和提高总体的光催化效率。一方面，通过在半导体表面沉积 Ｒu、Pt、Au和 Ag 等贵金属纳米粒子可以提高其光催化活性。金属的费米能级一般低于半导体，由于它们之间的接触导致界面处形成肖特基势垒，使得金属成为电子的捕获中心。另一方面，一般贵金属纳米粒子具备比半导体光催化材料更小的过电位，能够降低反应动力学势垒而有利于反应过程。因此，贵金属纳米粒子能够成为还原 H2或者CO2的活性位点。Dai 等人采用第一性原理密度泛函方法研究了半导体沉积 Ag、Au、Pt 和 Cu 等金属纳米团簇，发现半导体表面吸附这些金属团簇在界面处有偶极层形成，导致金属功函数的改变，这将促进光生载流子的分离。除了金属纳米粒子，金属氧化物如 Ｒu O2和Ir O2等也被用作助催化剂以提高光催化材料的性能。类似于金属纳米粒子，金属氧化物助催化剂和半导体间的电荷转移能够在界面处形成内建电场，驱动载流子的分离。而且这些过渡金属氧化物也能够降低氧化反应的过电位，提供氧化O2 －离子的活性位点。由于金属氧化物助催化剂能够捕获光生空穴，沉积这类助催化剂能够明显提高金属硫化物和氮化物光催化材料的光稳定性。然而，贵金属元素在地球的储存量小，寻找可替代的、地球储量丰富的助催化材料成为这一领域的研究热点。最近，有研究将 Co 和 Ni 等用作光催化析氢反应的助催化剂，而将过渡金属氧化物如 Co Ox、Ni Ox和 Mn Ox等用作析氧反应的助催化剂。这些廉价的助催化剂具有接近甚至超过贵金属或贵金属氧化物的光催化性能。碳基材料如石墨烯，碳纳米管等也被用作半导体光催化材料的助催化剂。石墨烯为二维单层材料，具有高的导电性，优良的电子迁移能力和大的 比 表 面 积 等 特 性，具 有 较 大 的 功 函 数( 4. 42 e V) ，还原势比还原氢的电位更低( － 0. 08vs 0. 0 e V) ，能够接受半导体导带上的电子。因此被认为是一种高效、廉价的助催化剂，能够促进载流子的分离和提高光催化活性。例如，Yu 课题组报道了一种 Ti O2/ Mo S2/ graphene 复合体系，能够大大提高 Ti O2的产氢性能，其高活性被归结于石墨烯的电子收集作用和提供高活性的吸附位点。Huang 等 人 通 过 水 热 方 法 制 备 了 graphene / Ti O2纳米复合体系，通过调控反应材料和反应时间来控制纳米粒子不同表面的暴露，相对于P25 具有明显更高的光催化活性。