提高光催化剂光解水制氢效率的方法概述.pdf

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1、第44卷第5期化工技术与开发V01．44No．52015年5月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryMav．2015提高光催化剂光解水制氢效率的方法概述胡建强(温州大学化学与材料工程学院，浙江温州325000)摘要：光解水制氢有望解决能源危机与环境问题，成为开发新能源的研究热点之一。目前将光催化制氢技术实用化仍然面临许多难题，其中最主要问题是光解水制氢效率很低，达不到工业化生产的要求。因此，提高光解水制氢效率很有必要。本文简单概述了提高光催化剂光解水制氢效率的方法。关键词：光催化剂；光解水制氢效率；方法中

2、图分类号：TQ116．29文献标识码：A文章编号：1670-9905(2015)05—0043—03随着社会工业化进程脚步逐渐加快，各国对能催化剂能在光催化剂表面上为光解水产氢提供活性源的需求以及能源使用所带来环境问题的日益严位点；三是促进光生电子与空穴分离，从而提高光催峻。半导体光解水制氢能够有效开发利用太阳能，化制氢活性。贵金属作为助催化剂已有广泛报道，从而缓解能源危机及保护环境等，引起了广大学者如Pt_l_、Ru[、AgI等。的研究兴趣。目前将光催化制氢技术实用化仍然面1．2负载金属氧化物或金属复合氧化物临许多难题：1)光化学稳定的半导体(

3、如TiO)的NiO『4】、CoO、RuO2【5等金属氧化物价格低廉，能能隙太宽f以≤2．0eV为宜)，只吸收紫外光，光量够显著提高光水解产氢效率，因此，它也总是被用子产率低(约4％)，最高不超过10％。具有与太阳来作光催化剂的助催化剂。例如，由于氧化镍的费光谱较为匹配能隙的半导体材料(如CdS等)存在米能级低于金属镍，半导体表面形成氧化镍／镍光腐蚀及有毒等问题，而P一型InP、GalnP：等虽具型双层结构能够促进光生电子与空穴的分离，产有理想的能隙，且一定程度上能抗光腐蚀，但其能级氢在氧化镍表面进行，而未沉积的半导体表面的与水的氧化还原能级不匹配

4、。2)电子一空穴的复空穴将水氧化生成氧气，从而提高半导体光催化合与其分别参与水的还原和氧化反应是一对竞争反制氢效率[6-8]o应，导致光生电子与空穴对寿命短。3)由于存在电多种以上金属共存的氧化物，称之为金属复合子和空穴的复合和逆反应，在没有牺牲剂的情况下氧化物，负载其也可以提高光催化剂的制氢效率。半导体光催化效率通常不高。为了解决上述难题，Maeda等采用光沉积法制备了核壳结构的Rh／提高光催化剂的光解水制氢效率，对光催化材料的CrO，，以此为助催化剂，通过催化剂内金属单质传改性很有必要。因此，有许多方法可以提高光催化输光生电子，Cr／O为反应

5、活性点，光生电子在表面剂光解水制氢效率。活性点充分发生还原反应，抑制逆反应进行，从而提1提高光催化剂光解水制氢效率方法高其制氢性能。1-3复合半导体提高光催化剂制氢效率的方法主要有沉积贵金属、负载金属氧化物或金属复合氧化物、复合半导当2种或2种以上的半导体构成拥有一定微观体、光敏化、形貌调控、构建异质结等。结构的复合系统后，其有关光的物理和化学方面的1．1沉积贵金属性质都会发生重大的变化。因此，半导体复合亦是提高光催化制氢效率的重要手段之一。当半导体禁在半导体光催化剂表面负载助催化剂能显著提带宽度太小时，光生电子与空穴很容易复合，会抑制高光催化分

6、解水反应的效率。主要原因有3点：一半导体的光催化制氢活性。如果将2种或2种以上是助催化剂能降低产氢还原反应的超电势，二是助收稿日期：2015．03—16化工技术与开发第44卷能带位置匹配的半导体材料进行复合，就可以调节子效率。半导体的禁带宽度，从而降低光生载流子的复合，扩1．6构建异质结展催化剂对光的响应范围。异质结半导体材料具有特殊的能带结构和载流目前报道的二元复合光催化剂有TiO2／ZnO、子输送特性，能有效抑制光生电子一空穴的复合，提Ta205／In203、In203／NaNbO3等体系。此外，目前关于高量子效率口之6】，从而掀起研究热潮。

7、目前为止探三元复合半导体光催化剂的合成也有报道。Kim等究最早和传播最多的异质结光催化剂体系是CdS—人【】叫研究了三元体系CdS—TiO一WO的光电化学TiO2体系。1987年，Spanhel等人对CdS／TiO2复分解水制氢性能，结果表明，三元体系有较高的光催合光催化剂在可见光激发条件下的电荷分离效应进化活性，三元体系的光催化剂在可见光下的光电流行了首次报道。随后越来越多的异质结型复合半导密度分别是单元组分CdS的5倍和二元光催化剂体光催化剂被报道，如TiO2(anatase)／TiO2(rutile、体系的2～3倍。此体系存在的各物质的接触

8、电势差In203／NaNbO3、Cr—Ba2In2O5／In2O3口。等。直接z—有利于电子从CdS的导带到TiO：的导带，再跃迁到Sc