近年來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)在環(huán)境凈化、CO2還原及有機(jī)合成化學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，利用光生電子及半導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)特定的氧化還原反應(yīng)。本書不僅重點(diǎn)分類闡述半導(dǎo)體光催化前沿研究方向，而且重視半導(dǎo)體基礎(chǔ)物理、化學(xué)及表面結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)內(nèi)容。
本書前3章重點(diǎn)介紹了半導(dǎo)體物理、化學(xué)及表面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)內(nèi)容，這些為從基礎(chǔ)物理和化學(xué)的角度理解和優(yōu)化相關(guān)能源和催化科學(xué)中“卡脖子”及核心問題提供了重要基礎(chǔ)。接著本書結(jié)合前沿研究方向重點(diǎn)闡述和總結(jié)了半導(dǎo)體光催化在材料調(diào)控方面的策略和設(shè)計(jì)。第4章主要闡述半導(dǎo)體光催化分解水，第5章主要闡述半導(dǎo)體光催化在水體凈化方面的前沿研究。第6章重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體光催化在CO2還原及綜合利用方面的研究，表明半導(dǎo)體光催化在“雙碳”領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。第7章主要介紹半導(dǎo)體光催化在精細(xì)化工、藥物合成及有機(jī)合成領(lǐng)域的重要應(yīng)用，展示了半導(dǎo)體光催化在有機(jī)小分子轉(zhuǎn)化方面的特殊能力。第8章重點(diǎn)介紹密度泛函理論在半導(dǎo)體光催化中發(fā)揮的作用，此外還有人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)等新理論手段在此領(lǐng)域下的發(fā)展前景。
更多科學(xué)出版社服務(wù)，請掃碼獲取。
重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范項(xiàng)目1項(xiàng)、重慶市教委自然科學(xué)基金3項(xiàng)
目錄
前言
第1章 半導(dǎo)體光催化基礎(chǔ) 1
1.1 半導(dǎo)體光催化概述 1
1.2 半導(dǎo)體晶體學(xué)基礎(chǔ) 3
1.2.1 晶體基本概念 3
1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)缺陷與表面特征 3
1.2.3 常見的半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu) 4
1.3 半導(dǎo)體電子性質(zhì) 5
1.3.1 能帶理論 5
1.3.2 帶邊位置 7
1.3.3 空間電荷區(qū) 9
1.4 半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì) 11
1.4.1 半導(dǎo)體的光吸收 11
1.4.2 光子激發(fā)與電荷遷移 12
1.4.3 半導(dǎo)體發(fā)光 18
第2章 半導(dǎo)體光催化策略與表征方法 20
2.1 光催化策略 20
2.1.1 摻雜與能級工程 20
2.1.2 異質(zhì)結(jié) 26
2.1.3 貴金屬負(fù)載與表面等離子體共振 28
2.1.4 染料敏化 29
2.1.5 晶面工程 30
2.1.6 表面修飾 32
2.1.7 物理場 34
2.1.8 新材料設(shè)計(jì) 50
2.2 光催化表征方法 57
2.2.1 光吸收的表征 57
2.2.2 光生載流子分離的表征 59
2.2.3 表面吸附及光催化中的自由基表征 61
第3章 半導(dǎo)體光催化劑的合成 65
3.1 固態(tài)反應(yīng) 65
3.1.1 室溫固相球磨 65
3.1.2 高溫固相法 66
3.2 水熱合成方法 68
3.3 溶膠－凝膠合成方法 70
參考文獻(xiàn) 71
第4章 半導(dǎo)體光催化分解水 73
4.1 半導(dǎo)體光催化分解水概述 73
4.1.1 光催化分解水原理 73
4.1.2 光催化分解水反應(yīng)速率 75
4.2 分解水光催化劑的重要體系 75
4.2.1 金屬氧化物 79
4.2.2 硫化物 83
4.2.3 二維異質(zhì)結(jié) 85
4.2.4 硼酸鹽體系 86
4.2.5 MOF結(jié)構(gòu) 89
4.3 光催化分解水制氫 90
4.3.1 光催化分解水制氫的發(fā)展歷程 92
4.3.2 光催化分解水制氫的基本原理 93
4.3.3 光催化水分解反應(yīng)的熱力學(xué) 94
4.3.4 光催化水分解反應(yīng)的動力學(xué) 95
4.3.5 光催化分解水制氫材料 97
參考文獻(xiàn) 103
第5章 半導(dǎo)體光催化水處理 110
5.1 半導(dǎo)體光催化水處理概述 110
5.1.1 光催化機(jī)理 111
5.1.2 各種光催化劑及其應(yīng)用 112
5.2 水處理光催化劑的重要體系 121
5.2.1 金屬氧化物 121
5.2.2 Bi基材料 123
5.2.3 有機(jī)半導(dǎo)體 126
5.2.4 硫化物 152
5.2.5 二維異質(zhì)結(jié) 166
5.2.6 硼酸鹽體系 174
5.3 過硫酸鹽輔助的光催化體系 183
5.3.1 PPOH體系 185
5.3.2 PPA、 PAP和 CPPA系統(tǒng)的比較 196
參考文獻(xiàn) 198
第6章 半導(dǎo)體光催化CO2還原 202
6.1 CO2還原的基本原理 202
6.2 CO2光還原催化劑體系 202
6.2.1 光催化體系 202
6.2.2 光電催化體系 205
6.2.3 光熱催化體系 205
6.2.4 金屬氧化物 206
6.2.5 硫化物 206
6.2.6 有機(jī)半導(dǎo)體 210
6.2.7 異質(zhì)結(jié) 211
6.2.8 等離子體共振 212
6.3 光催化CO2參與下的有機(jī)合成反應(yīng) 216
6.3.1 異相光催化CO2還原與有機(jī)反應(yīng)相結(jié)合的機(jī)理和優(yōu)勢 217
6.3.2 光催化CO2嵌入有機(jī)反應(yīng)中 220
6.3.3 CO2還原與有機(jī)選擇性氧化合成反應(yīng)的耦合 225
參考文獻(xiàn) 225
第7章 半導(dǎo)體光催化有機(jī)合成 228
7.1 醇的氧化 228
7.1.1 制備醛酮 228
7.1.2 制備含C-C或者C-O化合物 231
7.1.3 二元醇的脫氫酯化 234
7.1.4 硫醇的脫氫氧化 235
7.2 環(huán)烴的脫氫反應(yīng) 236
7.2.1 環(huán)己烷制取苯 236
7.2.2 N雜環(huán)的脫氫 237
7.3 烷烴 [C(sp3)-H] 氧化制備醛酮 239
7.4 胺類的氧化偶聯(lián) 241
7.5 氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng) 244
7.5.1 苯和環(huán)己烷的交叉偶聯(lián)反應(yīng) 244
7.5.2 甲苯和丙酮的交叉偶聯(lián)反應(yīng) 245
7.5.3 醚與苯的交叉偶聯(lián)反應(yīng) 246
7.5.4 醇與胺的交叉偶聯(lián)反應(yīng) 248
7.6 生物質(zhì)資源的光催化反應(yīng) 250
7.7 藥物合成中的光催化反應(yīng) 252
參考文獻(xiàn) 255
第8章 半導(dǎo)體理論計(jì)算與光催化 257
8.1 光吸收的調(diào)控 257
8.1.1 離子摻雜改性 257
8.1.2 新材料的設(shè)計(jì) 258
8.2 載流子分離動力學(xué)過程 260
8.2.1 軌道、 帶邊與有效質(zhì)量 260
8.2.2 非絕熱分子動力學(xué) 261
8.3 表面催化過程 262
8.4 人工智能與光催化 263
8.4.1 機(jī)器學(xué)習(xí)簡介 263
8.4.2 機(jī)器學(xué)習(xí)與光催化劑設(shè)計(jì) 265
參考文獻(xiàn) 266
書單推薦
