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1、第18卷第7P8期化 学 进 展Vol.18No.7P82006年8月PROGRESSINCHEMISTRYAug.,20063半导体氧化物光催化裂解水制氢33黄昀 吴季怀(华侨大学材料物理化学研究所 泉州362021)摘 要 本文综述了半导体氧化物光催化裂解水制氢的反应机理,以及近年来半导体光催化裂解水制氢的研究进展。讨论了各种因素对材料光催化性能的影响以及改性方法,并对今后的研究方向提出了一些建议。关键词 半导体氧化物 裂解水 光催化中图分类号:O643;TQ11612;TK91文献标识码:A
2、文章编号:10052281X(2006)07P820861209HydrogenProductionfromWaterSplittingbySemiconductorOxidesPhotocatalysis33HuangYunfangWuJihuai(InstituteofMaterialPhysicalChemistry,HuaqiaoUniversity,Quanzhou362021,China)AbstractThemechanismsofwatersplittingintohydrogena
3、ndoxygenbysemiconductoroxidesphotocatalysisaredescribed.Thelatestresearchprogressinwatersplittingbysemiconductoroxidesphotocatalysisisreviewed.Theinfluencesonthephotocatalyticpropertiesandthemodificationsarediscussedandtheopinionsonfurtherstudiesareals
4、opresentedinthispaper.Keywordssemiconductoroxides;watersplitting;photocatalysis 在新能源领域中,氢能已普遍被认为是一种理和氧的技术为“人类的理想技术之一”。想的新世纪无污染绿色能源。然而,传统的制氢方1 太阳能光催化制氢原理法需要消耗巨大的常规能源,大大限制了氢能的推广应用。科学家们想到利用太阳能作为氢能形成过标准状态下把1mol水分解成氢气和氧气需要程中的一次能源,使氢能开发展现出更加广阔的前约237kJ的能量,太阳
5、能辐射的波长范围是200—景。自上世纪60年代末日本科学家Fujishima和2600nm,对应的光子能量范围是400—45kJ。但是[1]Honda发现光照n型半导体TiO2电极导致水的分水对于可见光至紫外线是透明的,并不能直接吸收解从而产生氢气的现象,揭示了利用太阳能分解水太阳光能。因此,想用光裂解水就必须使用光催化制氢———或者说将太阳能直接转化为化学能的可能材料。[3]性。随着由电极电解水演变为多相光催化分解如图1所示,以TiO2半导体光催化剂为例,[2]水,以及除TiO2以外许多新型光催化
6、剂的相继发当受到光子能量高于半导体吸收阈值的太阳光照射-现和光催化效率的相应提高,光催化分解水制氢近时,其价带上的电子(e)就会受激发跃迁至导带,+年来受到了世界各国政府和学者的热切关注,已在同时在价带上产生相应的空穴(h),形成了电子2-+光催化剂的制备、改性以及光催化理论等方面取得空穴对。产生的电子(e)、空穴(h)在内部电场了较大进展。科学家称这种仅用阳光和水生产出氢作用下分离并迁移到粒子表面(C和D过程)。光生收稿:2005年8月,收修改稿:2006年2月3国家自然科学基金项目资助(No.5
7、0082003和No.50372022)33通讯联系人 e2mail:jhwu@hqu.edu.cn·862·化 学 进 展第18卷的多少;(2)自由电子2空穴对的分离和存活寿命;(3)再结合及逆反应的抑制等。光解水的研究关键是构筑有效的光催化材料,本文就目前以半导体为光催化材料分解水制备氢气领域内的研究动态做一综述。2 各类半导体光催化制氢反应体系211 金属修饰半导体光催化分解水制氢几十年来,人们对半导体多相催化作了大量的研究,其中研究最多的是TiO2。它具有无臭、无毒、化学稳定性好、几乎无光腐
8、蚀的优良特性。但由于[3]图1半导体光催化过程[3]禁带宽度过大(Eg=312eV),限制了它在可见光领Fig.1Mechanismofsemiconductorphotocatalysis[5]域的应用。所以传统的半导体光催化分解水都是空穴具有很强的氧化性,可夺取半导体表面吸附的围绕着TiO2的表面修饰改性粒子而展开的。最初有机物或溶剂中的电子,使原本不吸收光而无法被报道的是PtPTiO2在硫酸水溶液系统中将水完全分光子直接氧化的物质,通过光催化剂被活化氧化。[6]
