近期关于光催化水解制氢气研究综述

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1、以二氧化钛为基质的催化剂的研究综述温邻君杨晓奕（北京航空航天大学，北京，100191）摘要：本文系统地介绍了关于光致水解制氢气的催化剂的近期研究进展。从以下几个提高催化活性的方向：贵金属负载、离子掺混、染色光敏化处理、复合半导体及化学牺牲剂等，结合最新的研究成果，总结各种改善高催化活性思路的科研进展，系统地比较各个方法的特点，提出自己的看法。并展望该领域未来的发展。关键词：TiO2、光催化水解制氢、催化剂改性技术、电子-空穴、牺牲剂、量子效率Abstract：Thispaperreportstherecentdevelopments

2、inphotocatalyticwater-splittingforhydrogenproduction.Basingonthefollowingmethodstoimprovethecatalyticactivity:noblemetalloading,iondoping,dyesensitization,compositesemiconductorsandchemicaladditives.Combineswiththerecentresearchresultstosummarizethedevelopmentsinthosem

3、ethods.Systematicallycomparesthecharacteristicsofthevariousmethodsandgivesmyownopinions.Atlast,lookforwardtothefutureinthisarea.Keywords:TiO2,photocatalyticwater-splittingforhydrogenproduction,photocatalystmodificationtechniques,electron-role,sacrificialreagents,quantu

4、mefficiency1972年Fujishima和Honda发现在TiO2电极上光催化分解水的现象，这标志着光能催化利用的研究进入了一个新的阶段。[[1]FujishimaA,HondaK.ElectrochemicalPhotolysisofWaterataSemiconductorElectradeNature.(1972)238,37]基本原理为：二氧化钛在受到能量相当于或高于它的禁带宽度（3.2eV）的光（波长小于367nm）辐照时，晶体内的电子受激从价带跃迁到导带，在导带和价带分别形成自由电子和电子空穴，水在这种有极强的

5、氧化还原能力的电子-空穴对的作用下发生电解，生成H2和O2。后来研究发现，在元素周期表过渡区的半导体物质大都具有类似的性质，如CdS、SiC等也被证明有催化活性。[[2]AshokkumarM.Anoverviewonsemiconductorparticulatesystemsforphotoproductionofhydrogen.Int,JHydrogenEnergy23(6)(1998)427–38.]三十多年来，随着人们在此基础上的研究不断展开和深入，对各种半导体材料光催化剂特性的认识也不断深入。到目前来说，TiO2凭借其

6、无毒无味、化学结构稳定、光谱响应范围较宽及较为廉价等特性，仍是应用最广的光反应催化剂，在水解制氢及污水/空气净化等领域，都取得了很大的进展。但TiO2较低的催化效率，及其对可见光极低的响应能力，都限制了其应用。人们为了其催化活性的提高，做出了不懈的努力，并且已经得到了多种改善其催化活性的有效方法。近年来，有多项关于新型催化剂改造方法的科研成果发表，给这片科研领域带来了很多惊喜，也给我们带来了更多的启示。提高催化剂活性的方法总体上可以分为两类：“催化剂改性技术”和“化学牺牲剂法”。[[3]MengNi,MichaelK.H.Leung

7、,DennisY.C.Leung,K.Sumathy.Areviewandrecentdevelopmentsinphotocatalyticwater-splittingusingTiO2forhydrogenproduction/RenewableandSustainableEnergyReviews11(2007)401-425]催化剂改性技术，是指通过各种手段，改造其微观结构，从吸光特性方面提高其催化活性，主要包括：贵金属负载、离子掺混、染色光敏化、复合半导体；化学牺牲剂法，是指通过在反应系统中添加前躯物，作为牺牲剂，直接参

8、与反应，从化学反应动力方面提高能量转化效率，最常用的是直接在反应溶液中添加甲醇、乙醇、EDTA等有机物。1．催化剂改性技术的研究进展1.1金属负载常用的大多为贵金属，包括Pt、Au、Pd、Rh、Ni、Ru和Ag等，已经被证明对于增强二