太阳能光解水课件

太阳能光解水制H2

氢能，是一种最好的无污染的绿色能源，因为氢气燃烧的产物是水，不会对环境有任何污染。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然资源，每年照到地球表面的太阳能相当于全世界能源消耗总量的10000倍和全世界化石能源总量的1／10，因此利用太阳能光解水制氢是利用太阳能的最好方法之一。光催化分解机理

光催化分解水是一个不同于光催化降解有机废物的反应，后者是一下坡反应(downhillreaction)，是不可逆的；而前者是一上坡反应(up—hillreaction)，即Gibbs自由能增加的反应，反应中光能将转变为化学能，类似于植物的光合作用，故这类反应也被称为人工光合成。

图l所示为几种半导体的能带关系

光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气。图中路径A和B分别表示电子和空穴在半导体表面和内部的复合，是不利于光解水的去激化过程；路径C和D则分别表示在半导体表面电子将水还原成氢气和空穴将水氧化成氧气。光解水的原理如图2所示。TiO2半导体催化光解水原理

TiO2半导体催化光解水的原理，它的禁带宽度为3.2eV，当受到能量等于或高于该能量光的照射时，电子会从价带跃迁到导带，在导带上有光致电子，在价带上有光致空穴，这种光致电子和空穴有很强的氧化还原能力，光致电子能使水中的H+还原为H2，空穴能使水中的OH-催化氧化为O2(或氧化其他供电体)。TiO2催化光解水的反应机理如下Ti02+ɦv→h++e-h++H2O→H++·OH02+2e-+2H-→H202Ti4++e-→Ti3+02+e-→02-H2O2+O-→·OH+OH-十02h++OH-→OH·H++e-→·H·H+·H→H2其它光催化剂ZnO及RuS2半导体光催化剂

有人研究了zn0及RuSz半导体光催化剂，指出ZnO的光催化活性可与Ti02媲美，若在ZnO上附载In等金属可提高其光催化活性；在RuS2中掺杂Fe，其光转换效率可达18.3％。除此之外，还有LnP、GaAs、ImGaP等光催化剂。

生物制氢主要包括细菌制氢和微藻制氢，微藻太阳能光水解制氢是通过微藻光合作用系统及其特有的产氢酶系把水分解为H2和02，微藻制H2又可分为蓝藻光水筋制H2(固氮酶制H2)和绿藻光水解制H2(可逆产氢酶制H2)，但前者产氢效率低，后者产氨效率高。1998年，国际能源局(IEA)的评估报告认为绿藻光水解制H2最有应用前景问题与展望

氢能被人们普遍认为是一种无污染的最清洁的绿色能源，水和太阳能是一种取之不尽的物质。水光解产生H2，H2和O2反应又生成水，自然界中的水完全可循环利用。且用H。作能源，不会破坏环境的平衡，因而，在能源短缺和环境污染日益严重的今天，开发氢能有非常重大的现实意义。但到目前为止，人们所研制的光催化剂普遍存在光电转换效率低、大多仪能吸收紫外线，而紫外线在太阳光中仅占3％左右。最大的太阳光强度在500nrrl。因而研究光催化剂时，关键是要提高其活性并将吸收波长扩展到可见光区，提高光能的利用率，并消除其在水溶液中发生的光溶作用。问题与展望

在无牺牲剂时实现可见光的光解水制H2将是今后值得研究的重要课题，但在当前光解水制氢没有取得大的突破的情况下，利用废水中的电子给体作牺牲剂来光解水制H2将有重要的意