福州大學(xué)研究者在光催化領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，他們創(chuàng)新性地采用將鉬（Mo）摻雜到三氧化鎢（WO?）晶格中的方法，進(jìn)而顯著提高了三氧化鎢的光催化性能。
中鎢智造三氧化鎢圖片
在光催化領(lǐng)域，具有豐富氧空位的光催化劑備受矚目。這類光催化劑憑借其卓越的氧氣活化能力，能夠高效地將氧氣分子進(jìn)行活化，使其更易于參與化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，其出色的電荷分離特性，顯著提升了光催化反應(yīng)中的電子與空穴分離效率，為諸多化學(xué)反應(yīng)提供了更為有利的條件。在氧氣參與的苯直接氧化制苯酚這一重要反應(yīng)中，此類光催化劑更是展現(xiàn)出了顯著增強(qiáng)的催化活性，有望為苯酚的綠色、高效合成提供新的技術(shù)路徑。
然而，以三氧化鎢為代表的金屬氧化物光催化劑，卻面臨著一個(gè)棘手的問題。在實(shí)際的光催化反應(yīng)過程中，WO?等金屬氧化物表面的氧空位雖然能夠積極地促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，但這些氧空位極易被反應(yīng)體系中的含氧反應(yīng)物或者反應(yīng)中間體所修復(fù)。一旦發(fā)生這種情況，氧空位的數(shù)量就會(huì)急劇減少，進(jìn)而導(dǎo)致光催化劑的催化活性大幅下降，甚至出現(xiàn)不可逆失活的現(xiàn)象，嚴(yán)重限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。
鉬元素圖片
有鑒于此，福州大學(xué)研究者成功制備出了摻鉬三氧化鎢。當(dāng)鉬原子成功進(jìn)入三氧化鎢的晶格后，奇妙的變化發(fā)生了。從理論層面來講，鉬的摻雜有效降低了氧空位形成的能壘。在光催化反應(yīng)過程中，這一改變促使WO?表面能夠原位動(dòng)態(tài)生成更為豐富的光誘導(dǎo)氧空位。這些由鉬促進(jìn)產(chǎn)生的光誘導(dǎo)氧空位具有至關(guān)重要的作用。
在實(shí)際的工作條件下，研究者能夠確保三氧化鎢光催化劑始終維持充足的氧空位濃度，從而顯著提升了光催化性能。尤其值得一提的是，在苯有氧氧化制苯酚的反應(yīng)中，該催化劑的耐久性得到了極大的增強(qiáng)。這一發(fā)現(xiàn)意義非凡，它為克服氧空位愈合這一長期困擾光催化領(lǐng)域的難題提供了一條直接且有效的策略。使得富氧空位光催化劑即便在涉及O?的復(fù)雜氧化還原反應(yīng)中，也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、可持續(xù)的運(yùn)行，為光催化技術(shù)在新興應(yīng)用領(lǐng)域，如精細(xì)化工合成、環(huán)境污染物降解等方面，開辟了廣闊的可能路徑。
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