光催化研究發(fā)展綜述性報告當(dāng)今人類社會面臨能源和環(huán)境兩大問題[1-2]。能源的短然氣還可以維持大概六十多年。另一方面，化石燃料的燃燒，引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和對環(huán)境的危害，如溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等等，對人類的生存產(chǎn)生了嚴(yán)重的威以確保全球的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為各國都十分關(guān)注的一個話題。就像美國，在2009切。而我國幅員遼闊，擁有極為豐富的太陽能資源，開發(fā)潛力巨大，從長遠(yuǎn)發(fā)展來看不連續(xù)的缺點使得我們至今仍缺乏對其高效低成本大規(guī)模利用的有效手段。但是考慮到占地表約3/4的水域和植物的光合作用，我們是不是可以利用太陽能分解水方法，利用太陽能聚光器收集太陽能直接加熱水，使其達(dá)解為氫氣和氧氣的過程。該研究始于上世紀(jì)六十年代末，并且由Funk和（2）太陽能光生物化學(xué)制氫[8-11]生物制氫技術(shù)就是利用某些微生物代謝過程中來生[9,10但是目前的研究仍然處于實驗室階段，生物制氫還有很長的一段路要轉(zhuǎn)化為電能，再將電能引出或直接用來分解水，也就是在電解質(zhì)存在下，光陽極吸光后在半導(dǎo)體帶上產(chǎn)生的電子通過外電路流向陰極，水中的氫離子從陰極上接受電子產(chǎn)生氫氣。其中半導(dǎo)體光陽極是影響制氫效率最關(guān)鍵的因素。(5)太陽能光催化分解水制氫[16]半導(dǎo)體光催化分解水制氫在原理上類似于光電化學(xué)分3.1光催化制氫的意義3.2光催化制氫的反應(yīng)原理和反應(yīng)過程光催化分解水制氫的基本原理是半導(dǎo)體的固體能帶理論。如圖1-1所示，半導(dǎo)體中存在著價帶（VB）、導(dǎo)帶（CB）,還原和氧化活性，形成的電子-空穴對在能量合適的情況下，電子通過外電路流到電化學(xué)池的對電極，在對電極表面將水還原生成H2,而空穴則直接遷移到半導(dǎo)體表面將水氧化生成02,即可實現(xiàn)分解水制氫。由其驅(qū)動的還原氧化反應(yīng)稱為V(vs.NHE)(pH0)Conduaionband(C.B.)空穴對2）光生電荷的分離和光生載流子的遷移3）表面的化學(xué)反應(yīng)，遷移0Generationofe'andh*withsufficientpotentialsforwaterE=l.23eV。從熱力學(xué)的角度考慮，一方面，光子的能量必須大于等于從水分子中轉(zhuǎn)移一個電子所需的能量，即1.23eV;另一方面，由于電化學(xué)的要求，催化劑必須同時滿足水的氧化還原半反應(yīng)1ooKTaOjSrTiOCdSeSiGaPCA碎^77o3.3光催化分解水的影響因素化效率提高；而且，大的比表面意味著更多的反應(yīng)位點來說，不同的PH值條件下，光催化性能有著顯著的不同，當(dāng)PH值化劑的穩(wěn)定性和活性都是最好的，當(dāng)PH值減少或者增加時，光催化的性能都是顯著劑一是能夠在催化劑的表面提供產(chǎn)氫和產(chǎn)氧活性位點，二是能夠促進(jìn)光生電荷和光生空穴的分離。但是也要注意的是，助催化劑在產(chǎn)氫和產(chǎn)氧的時候，還能夠促進(jìn)二者在中是不具備活性的，但是負(fù)載到某些催化劑表面，如把納米AuRuO2分解水和乙醇的混合溶液(體積比能利用紫外光，而紫外線只占太陽光能量的4%左右，可見光則占太陽光能量的43%，因此開發(fā)具有響應(yīng)可見光響應(yīng)的高量子產(chǎn)率的光催化劑是該領(lǐng)域研究者ZnIn2S4光催化活性的影響。研究表明Ba的摻雜能夠提高催化劑的光催化速率，當(dāng)相對于陽離子摻雜而言，陰離子摻雜很少形成復(fù)合中心,是拓展光催化劑太陽能[36]經(jīng)過煅燒的方法處理了T(iSO4)2和氨水的水解產(chǎn)物從而得到了摻氮的TiO2，催化性能要好于通過氨氣氮化的TiO2。/SO32-犧牲劑溶液中有著很好的可見半導(dǎo)體復(fù)合是拓展光催化劑光譜響應(yīng)范圍的另一有效手段，其本質(zhì)上是一種半導(dǎo)體對另一種半導(dǎo)體的修飾。經(jīng)過復(fù)合之后，兩種半導(dǎo)體的價帶、導(dǎo)帶發(fā)生交迭，不同激發(fā)波長，從而提高光催化劑的催化活性。半導(dǎo)體復(fù)合領(lǐng)域，研究最多的就是CdS-在了價帶，實現(xiàn)了電子和空穴的分離。也有報道研究了TQ2-WO3復(fù)合半導(dǎo)體，它比單(a)(b)半導(dǎo)體光催化材料的光敏化，通過將光活性化合物以物理或者化學(xué)吸附于半導(dǎo)體的表面，從而延伸了激發(fā)波長，提高了催化劑的光催化活性，還能夠使原來不具有可見光活性的催化劑能利用可見光來分解水產(chǎn)氫。染料敏化半導(dǎo)體一般都經(jīng)過三個過Vrachnou等跑報道了一些過渡金屬的氰絡(luò)[1]N.S.Lewis.Lightworkwithwater.Nature,2001,414:589-590.[2]K.Sanderson.Chemistry:Thephotontrap.Nature,2008,452:400-402.20441,Vol.2,supplementA,1964.throughDecember31,1981.SocietyWinterMeeting,November16-20,2003,NewOrleans,L1998,70~72:301~310.[10]OoshimaH,TakakuwaS,KatsudaT,etal.FemrentationandBioengineering,1998,85(5):470~475.methanolsolutionphot[14]WeberMF,DignamMJ.Splittingconsidering[J].IntJHydrogenEnergy,photoelectrochemicalconverters[solarenergy.Materials-rela[18]KudoA,MisekiY.Hetergeneousphotocatalts[21]A.L.Linsebigler,G.LuandJ.JohnT.Tates.PhoocatalysisonTiO2Surfaces:Principles,Mechanisms,andSelectedResults.Chemical[23]J.Sabate,M.A.Anderson,M.A.Aguado,etal.ComparionofTiChromium(VI).J.Mol.Catal.[J],1992,71(1):57-68.[24]K.Maeda,T.Takata,M.Hara,etal.GaN:ZnOSoliDrivingOverallWaterSplitting.[25]KawaiT,SakataT.Nature[J],1980,286:474-764.[26]G.R.bamwenda,S.Tsubota,T.Nakamura,etal.photoawater-ethanolsolution:acomparisonofactivitiesofAu---TiO2andPPhotochemistryandPotobio[27]T.Sakata,K.Hashimoto,andT.Kawai.CatalyticPropertiSemiconductorsunderIllmination.J.Phys.Chem.1984,88:5414-5221.[28]GhoshA.K,MaruskaH.P.PhotoelectrolysisofWatEletrodes.J.Electrochem.Soc.,1997,124(10):1516-1522.photoeletrolysis.SolarEnergyMaterialsrealalternativeforvisiblelight-drivenphoto[33]ChoiW,TerminA,etal.TheRoleofMetallonDopantsinQuantum-SizedTiO2:Correlation98(51):13669-13679.solution:ImprovementofphotocatJ.HydrogenEnergy.2011,3Titaniumoxides.Science.20solutionsoverbandstructure-controlled(AgIn)xZn2(1-x)S2solidsolutionphotocatalystswithoverband-structure-controlled(CuIn)xZn2(1x)S2solidsolutions.J.Phys.Chem.sulfideandsulfiteoverZnS-CuInS2-AgInS2solidsolSelectedResults.Chem.Rev.1995,95,735-758.semiconductors:charge-transferprocessesincolloidalCdS-TiO2andCdS-AgIsystems[J].JournalofPhysicalChemistry,[44]張彭義，余剛，蔣展鵬．半導(dǎo)體光催化劑及其改