單原子光催化劑的合成、表征及在環(huán)境與能源領(lǐng)域的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：單原子 光催化劑 環(huán)境 污染物降解 能源
摘要：綠色清潔的光催化技術(shù)可降解污染物、生產(chǎn)能源,是解決環(huán)境與能源問(wèn)題的重要手段,但限于光催化材料成本及效率方面,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。近年來(lái)單原子光催化劑的誕生和發(fā)展為這一領(lǐng)域注入了新的活力,其合成、表征及應(yīng)用的相關(guān)研究成為材料、化學(xué)、環(huán)境、能源等諸多領(lǐng)域的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)負(fù)載型光催化劑相比,單原子光催化劑表面的金屬粒子的分散度達(dá)到原子尺寸,可呈現(xiàn)更高的催化活性和選擇性,但對(duì)合成策略、表征技術(shù)和應(yīng)用途徑提出了更高的挑戰(zhàn):合成方面的主要障礙在于金屬單原子的高表面能導(dǎo)致合成過(guò)程中的失穩(wěn)團(tuán)聚而喪失其單原子形態(tài);傳統(tǒng)的表征技術(shù)也缺乏對(duì)單原子形貌、結(jié)構(gòu)及化學(xué)環(huán)境的解析能力;目前對(duì)單原子光催化劑的應(yīng)用研究多為傳統(tǒng)研究領(lǐng)域的延伸,未能充分利用單原子的功能特性。這些問(wèn)題成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵,也是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在單原子光催化材料合成、表征和應(yīng)用領(lǐng)域做出了巨大努力,并取得了豐碩成果:(1)合成方面,針對(duì)單原子表面能高、易團(tuán)聚的問(wèn)題,改進(jìn)了液相合成法、原子層沉積法等傳統(tǒng)合成策略,引進(jìn)了新的高溫裂解、火焰噴霧、靜電自組裝等技術(shù);(2)表征方面,先進(jìn)的原子尺度分析技術(shù)如球差校正高分辨透射電鏡(HAADF-STEM)、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(XAFs)等以及密度泛函理論(DFT)的發(fā)展則有助于深入理解孤立金屬單原子形態(tài)及化學(xué)結(jié)構(gòu);(3)單原子光催化劑目前已被成功應(yīng)用于光解水制氫、光催化CO2還原、環(huán)境污染物降解以及合成氨等領(lǐng)域,獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。上述成果推進(jìn)了光催化材料及催化理論的研究向原子級(jí)別深入,使其進(jìn)一步貼近實(shí)用化。本文綜述了近年來(lái)單原子光催化劑的合成方法、表征技術(shù)以及在環(huán)境和能源領(lǐng)域的應(yīng)用情況。同時(shí),總結(jié)了目前單原子光催化材料研究中存在的
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