光催化水解论文 光催化分解水过程

《光催化水解论文 光催化分解水过程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光催化分解水过程摘要：光催化分解水制氢气是解决能源危机的一条途径，有着巨大的研究潜力。本文主要从光催化水解的原理，催化剂简介和催化剂制备方法简介来介绍光催化水解的过程。分析了目前面临的挑战并对未来发展做出展望。关键词：光催化；水分解；催化剂ProcessofPhotocatalyticDecompositionofWaterAbstract:Photocatalyticdecompositionofwaterisawaytosolvetheenergycrisiswhichownsabrightfuture.Thisarticlemainlyintroducethephot

2、ocatalyticdecompositionofwaterfromtheas-pectoftheoryofphotocatalytic,catalystofthephotocatalyticandcatalystspreparation.Andanal-ysisofthechallengeandtheprospectionofthefuturedevelopmentalsohavebeendone.Keywords:photocatalytic;decompositionofwater;catalysts引言随着社会的发展，人类对能源的需求越来越高，能源问题将是人类未来必

3、须面对的难题。而化石燃料储量有限，而经济的高速发展带来的能源的快速消耗迟早会使这些有限的资源消耗殆尽。同时，人们对使用化石燃料产生的环境污染问题和温室效应越来越关注，寻找可替代的能源，如生物质能、风能和太阳能的呼声越来越高[1]。人们期望通过提高替代能源，包括生物质能、风能和太阳能在内的可再生能源在整个能源结构中的比例，缓解这种危机和压力。实际上，只要我们能够利用辐射到地球表面上太阳能的一小部分，就可以满足我们目前的能源消耗。用太阳能从水中制氢是最吸引人的一条太阳能利用与储存路线。我们的地球3/4的区域被水覆盖，其中蕴藏着丰富的氢源。因此，开发稳定高效的催化剂，使它能够利用

4、太阳能作为动力，将水分解为氢气和氧气，具有非常大的研究潜力[2]。氢能以其清洁、无污染、热值高且贮存和运输方便而被视为最理想的替代能源，同时氢气又是现代化学工业最基础的原料。1972年Fujishima和Honda首次报道了可在以TiO2为光阳极的光电化学电池中，用紫外光照射光阳极使水分解为H2和O2，这是具有“里程碑”意义的一个重要发现。TiO2具有催化活性高、化学稳定和廉价等优点，但是由于它的带隙较大，只能吸收紫外光，导致系统对太阳光的转换率非常低。因此，开发具有完全分解水能力，尤其是可见光下具有完全分解水能力的光催化剂具有重大意义[3]。近年来，光电催化分解水、多相光

5、催化分解水，新型光催化剂和光催化效率的研究都取得了显著的进步。1.光催化水解原理水是一种非常稳定的化合物,从水转化成氢气和氧气,是一个能量增大的非自发反应。由于受热力学条件限制,采用热催化方法较难实现,如果进行热水分解,需要高温高压。根据理论计算,在水溶液电解池中将一个水分子电解为氢和氧只需要1123V的电压。绿色植物的光合作用就是通过叶绿素吸收太阳光,然后借助电子转移过程再把光能转化为电能将水分解的。半导体具有许多特殊的性质,光催化剂是半导体主要研究内容之一。由于半导体具有光敏性,在光的照射下产生光生电子和空穴对,能够引发吸附物种的氧化还原反应。通过光能转化为化学能,促进

6、化合物的合成或使化合物(有机物)分解的过程称之为光催化。图1光催化水分解的基本示意图由图1可以看出，在能量大于或等于带隙的光照射下，电子从价带跃迁到导带，载流子（电子和空穴）迁移到半导体光催化材料表面后，光生电子与水中的H+发生反应，生成氢气分子(2H++2e-→H2(↑))。同时，光催化材料表面的光生空穴会氧化水分子生成氧气4h++2H2O→O2(↑)+8H+。从以上光催化分解水的过程中可以看出，若要实现水完全分解产生氢气和氧气，就要求半导体光催化材料的能带位置满足以下条件：导带电位比氢的电极电位(H+/H2)更负(0VvsNHE，pH=0)，价带电位比氧的电极电位(O2

7、/H2O)更正(1.23VvsNHE，pH=0)。可见，能够实现完全分解水得到氢气和氧气光催化材料的带隙必须大于1.23eV，并且导带和价带的位置相对氢标准电极电位的位置合适。[4]2.光水解催化剂目前，已开发出的光催化剂大体可分为三种:金属氧化物、硫化物(如TiO2、ZnO、CdS等)，贵金属半导体(如Bi2MoO6、BiOBr、Ag3PO4等)，非金属半导体(如g-C3N4，红磷等)[5]。2.1金属氧化物催化剂金属氧化物催化剂研究的较多，具有d0电子构型的Ti4+、Zr5+、Ta5+、Nb5+基以及p区具有d