半导体 SiC 光催化分解水制氢研究进展.pdf

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1、第４３卷第７期广州化工Ｖｏｌ畅４３Ｎｏ畅７２０１５年４月ＧｕａｎｇｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｒ畅２０１５半导体ＳｉＣ光催化分解水制氢研究进展１２３杨静静，何勇平，彭媛（１重庆化工职业学院环境与质量检测系，重庆４０００２０；２中国航油集团重庆石油有限公司，重庆４０１１２０；３北京科技大学化学与生物工程学院化学系，北京１０００８３）摘要：简单介绍了半导体光催化分解水制氢的原理，综述了改变ＳｉＣ的尺寸形貌、负载石墨烯、负载贵金属、半导体复合等方法对ＳｉＣ的光催化产氢性能的影响，重点讨论了复合半导体的光催化产氢机理及ＳｉＣ与其他半导体复合的研

2、究进展，并提出前景展望。关键词：碳化硅ＳｉＣ；光催化；氢气中图分类号：ＴＱ４２６畅７文献标志码：Ａ文章编号：１００１－９６７７（２０１５）０７－００３４－０３RecentProgressinPhotocatalyticWaterSplittingbySiliconCarbide１２３YANGJing－jing，HEYong－ping，PENGYuan（１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｎｄＱｕａｌｉｔｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００２０；

3、２ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｓＣｏｍｐａｎｙ，ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＡｖｉａｔｉｏｎＦｕｅｌ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２０；３ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｂａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｗａｔｅｒ－ｓｐｌｉｔｔｉｎｇｔｏｈｙｄｒｏｇｅｎｏｖｅｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ

4、ｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ畅Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｈａｎｇｉｎｇｉｔｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｌｏａｄｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅ，ｌｏａｄｉｎｇｎｏｂｌｅｍｅｔａｌ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｉｒｅｆｆｅｃｔｓｏｎｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ畅Ｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉ

5、ａｌｓａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｗｅｒｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎ畅Ｔｈｅｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄｗａｓａｌｓｏｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ畅Keywords：ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ能源危机和环境污染是人类社会目前所面临的两大严峻问能量等于或大于其禁带宽度的光照射时，电子从最高电子占据题，利用太阳能制氢是解决能源和环境问题的最有效途径之分子轨道（ＨＯＭＯ，即价带）受激跃迁至最低电子未占据分子＋一。在诸多太阳能制氢技术中，半导体光催化分解水制氢是目轨道（ＬＵＭＯ，即导带）从而在价带留下了光

6、生空穴ｈ，导带－前的研究热点。１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ首次报道了可在以中引入了光生电子ｅ，光生空穴和光生电子分别具有氧化和还［１］ＴｉＯ２为光阳极的光电化学电池中，用紫外光照射光阳极使水原能力。要实现太阳能光解水制氢气和氧气，光生电子必须有分解为Ｈ２和Ｏ２，这是具有“里程碑”意义的一个重要发现，足够的能力还原Ｈ２Ｏ产生Ｈ２，而光生空穴必须有足够的能力预示着人们能利用廉价的太阳能通过半导体催化使水分解从而氧化ＨＯ产生Ｏ，即半导体光催化剂的导带底要在Ｈ＋／Ｈ电２２２获得清洁的氢燃料。在紫外光下催化分解水制氢经过四十多年位（Ｅ＝０ＶｖｓＮＨＥ

7、，ｐＨ＝０）的上面，导带位置越高，电位越的研究已经取得了较大的进展，但是由于紫外光在太阳光谱中负，还原能力越强，而价带顶要在Ｏ／ＯＨ－电位（Ｅ＝１畅２３Ｖｖｓ２不到４％，而可见光占４３％，要更充分的利用太阳能，研究开ＮＨＥ，ｐＨ＝０）的下面，价带位置越低，电位越正，氧化能力越发可见光催化剂具有更重要的意义，近些年人们开始将研究焦强。理论上，半导体的禁带宽度大于１畅２３ｅＶ就能进行光解水，点聚集到可见光响应型光催化剂的开发上。半导体ＳｉＣ能够响但如果把考虑到过电位及半导体能带弯曲的影响，光催化分解应可见光，且具有适合光解水的导带和价带位置，近年来它作［２

8、］水所需要的半导体的最小禁带宽度为１畅８ｅＶ。若半导体能响为光催化剂在光解水方面的应用也引起了