光催化研究发展综述性报告

光催化研究发展综述性报告当今人类社会面临能源和环境两大问题[1-2]。能源的短然气还可以维持大概六十多年。另一方面，化石燃料的燃烧，引起严重的环境污染和对环境的危害，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等等，对人类的生存产生了严重的威以确保全球的可持续发展已经成为各国都十分关注的一个话题。就像美国，在2009切。而我国幅员辽阔，拥有极为丰富的太阳能资源，开发潜力巨大，从长远发展来看不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效低成本大规模利用的有效手段。但是考虑到占地表约3/4的水域和植物的光合作用，我们是不是可以利用太阳能分解水方法，利用太阳能聚光器收集太阳能直接加热水，使其达解为氢气和氧气的过程。该研究始于上世纪六十年代末，并且由Funk和（2）太阳能光生物化学制氢[8-11]生物制氢技术就是利用某些微生物代谢过程中来生[9,10但是目前的研究仍然处于实验室阶段，生物制氢还有很长的一段路要转化为电能，再将电能引出或直接用来分解水，也就是在电解质存在下，光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向阴极，水中的氢离子从阴极上接受电子产生氢气。其中半导体光阳极是影响制氢效率最关键的因素。(5)太阳能光催化分解水制氢[16]半导体光催化分解水制氢在原理上类似于光电化学分3.1光催化制氢的意义3.2光催化制氢的反应原理和反应过程光催化分解水制氢的基本原理是半导体的固体能带理论。如图1-1所示，半导体中存在着价带（VB）、导带（CB）,还原和氧化活性，形成的电子-空穴对在能量合适的情况下，电子通过外电路流到电化学池的对电极，在对电极表面将水还原生成H2,而空穴则直接迁移到半导体表面将水氧化生成02,即可实现分解水制氢。由其驱动的还原氧化反应称为V(vs.NHE)(pH0)Conduaionband(C.B.)空穴对2）光生电荷的分离和光生载流子的迁移3）表面的化学反应，迁移0Generationofe'andh*withsufficientpotentialsforwaterE=l.23eV。从热力学的角度考虑，一方面，光子的能量必须大于等于从水分子中转移一个电子所需的能量，即1.23eV;另一方面，由于电化学的要求，催化剂必须同时满足水的氧化还原半反应1ooKTaOjSrTiOCdSeSiGaPCA碎^77o3.3光催化分解水的影响因素化效率提高；而且，大的比表面意味着更多的反应位点来说，不同的PH值条件下，光催化性能有着显著的不同，当PH值化剂的稳定性和活性都是最好的，当PH值减少或者增加时，光催化的性能都是显著剂一是能够在催化剂的表面提供产氢和产氧活性位点，二是能够促进光生电荷和光生空穴的分离。但是也要注意的是，助催化剂在产氢和产氧的时候，还能够促进二者在中是不具备活性的，但是负载到某些催化剂表面，如把纳米AuRuO2分解水和乙醇的混合溶液(体积比能利用紫外光，而紫外线只占太阳光能量的4%左右，可见光则占太阳光能量的43%，因此开发具有响应可见光响应的高量子产率的光催化剂是该领域研究者ZnIn2S4光催化活性的影响。研究表明Ba的掺杂能够提高催化剂的光催化速率，当相对于阳离子掺杂而言，阴离子掺杂很少形成复合中心,是拓展光催化剂太阳能[36]经过煅烧的方法处理了T(iSO4)2和氨水的水解产物从而得到了掺氮的TiO2，催化性能要好于通过氨气氮化的TiO2。/SO32-牺牲剂溶液中有着很好的可见半导体复合是拓展光催化剂光谱响应范围的另一有效手段，其本质上是一种半导体对另一种半导体的修饰。经过复合之后，两种半导体的价带、导带发生交迭，不同激发波长，从而提高光催化剂的催化活性。半导体复合领域，研究最多的就是CdS-在了价带，实现了电子和空穴的分离。也有报道研究了TQ2-WO3复合半导体，它比单(a)(b)半导体光催化材料的光敏化，通过将光活性化合物以物理或者化学吸附于半导体的表面，从而延伸了激发波长，提高了催化剂的光催化活性，还能够使原来不具有可见光活性的催化剂能利用可见光来分解水产氢。染料敏化半导体一般都经过三个过Vrachnou等跑报道了一些过渡金属的氰络[1]N.S.Lewis.Lightworkwithwater.Nature,2001,414:589-590.[2]K.Sanderson.Chemistry:Thephotontrap.Nature,2008,452:400-402.20441,Vol.2,supplementA,1964.throughDecember31,1981.SocietyWinterMeeting,November16-20,2003,NewOrleans,L1998,70~72:301~310.[10]OoshimaH,TakakuwaS,KatsudaT,etal.FemrentationandBioengineering,1998,85(5):470~475.methanolsolutionphot[14]WeberMF,DignamMJ.Splittingconsidering[J].IntJHydrogenEnergy,photoelectrochemicalconverters[solarenergy.Materials-rela[18]KudoA,MisekiY.Hetergeneousphotocatalts[21]A.L.Linsebigler,G.LuandJ.JohnT.Tates.PhoocatalysisonTiO2Surfaces:Principles,Mechanisms,andSelectedResults.Chemical[23]J.Sabate,M.A.Anderson,M.A.Aguado,etal.ComparionofTiChromium(VI).J.Mol.Catal.[J],1992,71(1):57-68.[24]K.Maeda,T.Takata,M.Hara,etal.GaN:ZnOSoliDrivingOverallWaterSplitting.[25]KawaiT,SakataT.Nature[J],1980,286:474-764.[26]G.R.bamwenda,S.Tsubota,T.Nakamura,etal.photoawater-ethanolsolution:acomparisonofactivitiesofAu---TiO2andPPhotochemistryandPotobio[27]T.Sakata,K.Hashimoto,andT.Kawai.CatalyticPropertiSemiconductorsunderIllmination.J.Phys.Chem.1984,88:5414-5221.[28]GhoshA.K,MaruskaH.P.PhotoelectrolysisofWatEletrodes.J.Electrochem.Soc.,1997,124(10):1516-1522.photoeletrolysis.SolarEnergyMaterialsrealalternativeforvisiblelight-drivenphoto[33]ChoiW,TerminA,etal.TheRoleofMetallonDopantsinQuantum-SizedTiO2:Correlation98(51):13669-13679.solution:ImprovementofphotocatJ.HydrogenEnergy.2011,3Titaniumoxides.Science.20solutionsoverbandstructure-controlled(AgIn)xZn2(1-x)S2solidsolutionphotocatalystswithoverband-structure-controlled(CuIn)xZn2(1x)S2solidsolutions.J.Phys.Chem.sulfideandsulfiteoverZnS-CuInS2-AgInS2solidsolSelectedResults.Chem.Rev.1995,95,735-758.semiconductors:charge-transferprocessesincolloidalCdS-TiO2andCdS-AgIsystems[J].JournalofPhysicalChemistry,[44]张彭义，余刚，蒋展鹏．半导体光催化剂及其改