[实用新型]光催化装置

说明书

本申请提供了一种光催化装置，属于光学技术领域。其中，该光催化装置包括金属超表面和二维材料层；其中，所述金属超表面和所述二维材料层自下到上堆叠形成异质结；所述金属超表面的表面具有纳米沟壑；所述二维材料层包括至少一层二维过渡金属硫族化合物。本申请实施例光催化装置，利用二维材料层比表面积大，能带结构适中的特性扩大了光催化装置的可吸收光谱范围。同时将金属超表面与二维材料层形成异质结，利用金属超表面的等离激元效应增加了二维材料层对光子的吸收能力，从而增强了该光催化装置的催化性能。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光催化装置。

背景技术

工业的快速发展和人口的增长引发了能源短缺和环境污染的全球性危机。可持续发展需要发展清洁能源，并避免随之带来的环境问题。太阳能是公认的可再生清洁能源，可以满足人类当前和未来的能源需求。半导体光催化技术可以有效利用太阳能同时进行能源转换和环境净化，是极有潜力的太阳能开发技术之一。根据近些年的研究报道，光催化能源转换主要包括析氢、CO₂还原、固氮、有机合成等。此外，光催化环境净化主要集中在空气净化(NOx和VOCs等转化)和废水净化(有机污染物降解)。开发与制备性能优异的光催化剂是实现光催化技术走向应用的关键。

目前，各国研究者已经开发了数百种半导体光催化材料，利用半导体或金属氧化物在光的照射下被能量大于或等于能带宽度的光子所激发，产生具有一定能量的电子和空穴，这些电子和空穴在半导体或金属氧化物颗粒内部以及界面之间的转移或失活。当这些电子和空穴到达半导体或金属氧化物的表面与其表面吸附的物质发生氧化还原反应，从而完成对污染物的降解。

在实现本申请的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：

现有技术中采用的半导体无法吸收能量比禁带能量小的可见光，对阳光的利用率低，只有4％左右。

实用新型内容

有鉴于此，为解决现有技术中半导体阳光利用率低的技术问题，本申请实施例提供了一种光催化装置。

本申请实施例提供的一种光催化装置包括金属超表面和二维材料层；

其中，所述金属超表面和所述二维材料层自下到上堆叠形成异质结；

所述金属超表面的表面具有纳米沟壑；

所述二维材料层包括至少一层二维过渡金属硫族化合物。

可选地，所述二维材料层包括单层二维过渡金属硫族化合物。

可选地，所述二维材料层包括两种或两种以上二维过渡金属硫族化合物堆叠形成的异质结。

可选地，所述二维材料层包括两种不同的二维过渡金属硫族化合物堆叠而成的异质结。

可选地，所述纳米沟壑的排列周期大于或等于10nm，并且小于或等于200nm。

可选地，所述纳米沟壑的宽度大于或等于3nm，并且小于或等于10nm。

可选地，所述纳米沟壑的深度大于或等于5nm，并且小于或等于30nm。

可选地，所述纳米沟壑的形状包括条状沟壑和网状沟壑。

可选地，所述网状沟壑的形状包括多边形、扇形和圆形中的一种或多种。

可选地，所述纳米沟壑为离散的沟壑。

可选地，所述纳米沟壑为相互连接的沟壑。

本申请实施例提供的光催化装置，至少取得了以下有益效果：