Multifunctionele op grafeen gebaseerde composieten georiënteerd door de rollen van grafeen in fotokatalyse

Grafeen (GR), een enkellaags koolstofblad met een hexagonaal gepakte roosterstructuur, heeft een aantrekkelijk potentieel getoond in kunstmatige fotokatalyse vanwege zijn betoverende eigenschappen bij het verbeteren van lichtabsorptie, elektronenoverdrachtdynamica en oppervlaktereacties. Tegenwoordig worden multifunctionele op GR gebaseerde fotokatalysatoren, zoals GR-halfgeleider, GR-metaal en GR-organics op grote schaal gebruikt in fotokatalytische watersplitsing, milieuzuivering, koolstofdioxidereductie en selectieve organische synthese om een ​​levensvatbare en duurzame strategie te bieden om de problemen van energietekort en milieucrisis. Vanwege de unieke en fascinerende kenmerken van ideale GR, waaronder een platte 2D-structuur, een hoog theoretisch specifiek oppervlak, superieure optische transmissie, uitstekende elektronengeleiding en goede chemische stabiliteit, wordt GR beschouwd als een veelbelovende cokatalysator om de conversie-efficiëntie van zonne-energie te verbeteren. energie van kunstmatige fotosynthesesystemen. Bovendien kan GR in sommige specifieke fotokatalytische systemen ook fungeren als de macromoleculaire fotosensitizer om zelf foto-elektronen te genereren.

Zoals bekend speelt het kiezen van de juiste synthesemethode een belangrijke rol bij het afstemmen van de eigenschappen van op GR gebaseerde composieten, zoals morfologie, grootte, defectstructuur en oppervlakte-/interface-eigenschappen, die nauw verband houden met hun fotokatalytische prestaties. Daarom zijn er enorme inspanningen geleverd voor het verkennen en optimaliseren van synthesemethoden, zoals hydrothermische / solvothermische methode, verbrandingsbehandeling, lage-temperatuur oliebadmethode, sol-gel-benadering, ultrasone trillingen-geassisteerde afzetting, microgolf-geassisteerde synthese, foto-geassisteerde reductie , elektrochemische depositie om zeer efficiënte GR-gebaseerde composieten te construeren met een gewenste architectuur.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Yi-Jun Xu van de Universiteit van Fuzhou, China een kritisch overzicht gegeven van de optimalisatiestrategieën en synthese van multifunctionele op GR gebaseerde composietfotokatalysatoren. De optimalisatiestrategieën van op GR gebaseerde composieten worden eerst geïntroduceerd, zoals het verminderen van de defectdichtheid van GR, chemische doping, het optimaliseren van de dimensionaliteit van GR en fotoactieve componenten, het afzetten van cokatalysatoren om dual- of multi-cokatalysatorsystemen te construeren en het optimaliseren van grensvlakparameters van GR gebaseerde composieten. Vervolgens wordt de synthese van op GR gebaseerde composieten besproken vanuit een nieuw perspectief, dat is georiënteerd door de rollen van GR in fotokatalyse, met foto-elektronmediator en acceptor, verbetering van de adsorptiecapaciteit, afstemming van lichtabsorptiebereik en -intensiteit en macromoleculaire fotosensitizer. Daarnaast wordt een korte kijk op de uitdagingen en mogelijke evolutiestrategieën voor het verbeteren van de zonne-energieconversie-efficiëntie van op GR gebaseerde composieten voorgesteld. De recensie is gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse.