Multifunktionale Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis, die sich an der Rolle von Graphen in der Photokatalyse orientieren

Graphen (GR), ein einlagiges Kohlenstoffblatt mit einer hexagonal gepackten Gitterstruktur, hat aufgrund seiner bezaubernden Eigenschaften zur Verbesserung der Lichtabsorption, Elektronentransferdynamik und Oberflächenreaktionen ein attraktives Potenzial in der künstlichen Photokatalyse gezeigt. Heutzutage werden multifunktionale GR-basierte Photokatalysatoren wie GR-Halbleiter, GR-Metall und GR-Organika in großem Umfang in der photokatalytischen Wasserspaltung, Umweltreinigung, Kohlendioxidreduktion und selektiven organischen Synthese eingesetzt, um eine praktikable und nachhaltige Strategie bereitzustellen die Probleme der Energieknappheit und der Umweltkrise. Aufgrund der einzigartigen und faszinierenden Eigenschaften des idealen GR, einschließlich 2D-Flachstruktur, hoher theoretischer spezifischer Oberfläche, überlegener optischer Durchlässigkeit, ausgezeichneter Elektronenleitfähigkeit und guter chemischer Stabilität, wurde GR als vielversprechender Cokatalysator zur Verbesserung der Umwandlungseffizienz von Solar angesehen Energie künstlicher Photosynthesesysteme. Außerdem kann GR in einigen spezifischen photokatalytischen Systemen auch als makromolekularer Photosensibilisator wirken, um selbst Photoelektronen zu erzeugen.

Bekanntlich spielt die Wahl geeigneter Syntheseverfahren eine bedeutende Rolle bei der Anpassung der Eigenschaften von GR-basierten Verbundwerkstoffen, wie Morphologie, Größe, Defektstruktur und Oberflächen-/Grenzflächeneigenschaften, die eng mit ihrer photokatalytischen Leistung verbunden sind. Daher wurden enorme Anstrengungen unternommen, um Syntheseverfahren zu erforschen und zu optimieren, wie z. B. hydrothermale/solvothermale Verfahren, Verbrennungsbehandlung, Niedertemperatur-Ölbadverfahren, Sol-Gel-Ansatz, ultraschallunterstützte Abscheidung, mikrowellenunterstützte Synthese, photounterstützte Reduktion , elektrochemische Abscheidung, um hocheffiziente GR-basierte Verbundstoffe mit wünschenswerter Architektur zu konstruieren.

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yi-Jun Xu von der Fuzhou University, China, einen kritischen Überblick über die Optimierungsstrategien und die Synthese multifunktionaler GR-basierter Komposit-Photokatalysatoren gegeben. Zunächst werden die Optimierungsstrategien von GR-basierten Verbundwerkstoffen vorgestellt, wie z. B. Verringerung der Defektdichte von GR, chemisches Dotieren, Optimieren der Dimensionalität von GR und photoaktiven Komponenten, Abscheiden von Cokatalysatoren zum Aufbau von Dual- oder Multi-Cokatalysatorsystemen und Optimieren der Grenzflächenparameter von GR -basierte Verbundwerkstoffe. Dann wird die Synthese von GR-basierten Verbundwerkstoffen aus einer neuen Perspektive diskutiert, die sich an den Rollen von GR in der Photokatalyse orientiert, die Photoelektronenmediator und -akzeptor enthalten, die Adsorptionskapazität verbessern, den Lichtabsorptionsbereich und die Lichtintensität und den makromolekularen Photosensibilisator anpassen. Darüber hinaus wird ein kurzer Ausblick auf die Herausforderungen und mögliche Entwicklungsstrategien zur Verbesserung der Sonnenenergieumwandlungseffizienz von GR-basierten Verbundwerkstoffen vorgeschlagen. Die Rezension wurde veröffentlicht in Chinesisches Journal für Katalyse.