学习高等无机结构化学对光催化材料研究的作用

学习高等无机结构化学对光催化材料研究的作用学习了高等无机结构化学这门课程，我认为对我们在光催化材料的制备及性能研究中可以起到很大的启发作用，有助于我们从无机微观结构层面来理解光催化材料制备的设计构建思想、为什么能够起到催化作用、为什么其催化活性在经过掺杂或取代等处理后会有很大提升，对我们自己在制备材料时的设计合成、验证设想结论、表征分析、理论解释等方面有很大帮助。首先，制备光催化材料之前，要对其内部结构、形貌及催化性能进行预想，只有在理论上是可行的，才有可能合成出性能较好的材料。这就要考虑到原子分子的大小、化学键类型、晶体构型、合成方法及合成条件对无机材料结构的影响等诸多问题。例如：想要在材料中进行掺杂或者取代，就必须要知道原子半径的大小，能否用所掺杂的原子取代原来材料中的原子，还是要进行晶格掺杂；化学键的类型会影响到材料的稳定性，原子之间的共价键和金属键键能较强，通过这些化学键组成的材料较稳定，而离子键和分子之间的作用力较弱，但可以通过催化材料与反应物之间的作用力起到吸附作用；晶体构型也会影响材料的性能，经过晶格掺杂后晶格会发生变化，如产生点缺陷、面缺陷，从而影响光的吸收。材料的构建思想成型后就该进入制备阶段了，在无机合成中有共沉淀法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、微波合成法等，合成方法会影响材料的尺寸大小、形貌结构、比表面积、活性位点的暴露、吸附性能。材料制备后，要对其催化性能进行研究。光催化性能主要从结构化学的能带结构理论方向出发来分析，两种材料复合之后，其能带结构会发生变化，从而影响光响应范围；材料的创新点可能有：纳米尺寸更小（如单层材料、量子点等）、比表面积更大（暴露出更多的活性位点）、能带结构发生变化（光电子-空穴对分离效率更高，光响应范围变大）、材料产生缺陷（光吸收更强）、催化剂的导电性能更好（电子转移更佳）、形貌大小均一且更稳定等等。而这些从根本上来讲都是因为其微观的结构发生变化引起的性能改变。性能确定后，就应该对催化剂进行表征，现代的研究方法可以证明其内部微观结构。例如：能谱分析，可以对元素进行定性和定量分析；紫外可见光谱可以对共轭结构进行分析；红外光谱可分析官能团的种类；质谱可知材料的分子量及部分结构；核磁共振波普可分析碳氢骨架及所处的化学环境；X射线衍射可分析晶体结构；场发射扫描电镜和透射电镜可以清晰看到材料的形貌、大小、晶格间距等。这些现代研究方法的进步也离不开高等无机结构理论的发展。总之，学习高等无机结构化学对我们现阶段的研究和学习十分有利。