太阳能光催化制氢有新进展

生物质制氢技术研究进展

中国生物工程杂志　China B i otechnol ogy,2006,26(5):107～112 生物质制氢技术研究进展于　洁 1,2 　肖　宏 13 (1中国科学院上海生命科学研究院生命科学信息中心　上海　200031　2中国科学院研究生院　北京　100039) 摘要　氢能以其清洁,来源及用途广泛等优点成为最有希望的替代能源之一,用可再生能源制氢是氢能发展的必然趋势。由于生物质制氢具有一系列独特的优点,它已成为发展氢经济颇具前景的研究领域之一。生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学方法制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等热化学法制氢,以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇的化学重整转化制氢等;另一类是利用生物转化途径转换制氢,包括直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池等技术。综述了目前主要的生物质制氢技术及其发展概况,并分析了各技术的发展趋势。关键词　生物质　制氢　气化　高温分解　超临界水　微生物电池中图分类号　Q819 收稿日期:2006201209 修回日期:2006204210 3通讯作者,电子信箱:hxiao@sibs .ac .cn 化石能源的渐进枯竭,国际市场油价的日高一日,给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。根据国家海关总署提供的资料,我国从1993年变为石油净进口国。过去的10年中,我国石油需求量几乎翻了一番。同时,环境生态问题与国家安全问题日益受到各国的高度重视,新替代能源的研制和开发已成为各国科研生产的战略重点之一。氢能被誉为21世纪的绿色能源。氢气的燃烧只产生水,能够实现真正的“零排放”。相比于目前已知的燃料,氢的单位质量能量含量最高,其热值达到 143MJ /kg,约为汽油的3倍,并且氢的来源广泛。鉴于化石能源的不可再生性及其造成的环境污染问题,特别是石化资源渐趋枯竭,利用可再生能源制氢已成为当务之急和氢能发展的长久之计。目前,“氢经济”已引起世界很多国家的高度重视,并已被纳入发展计划。生物质制氢技术不同于风能、太阳能、水能之处在于生物质制氢技术不仅可以有“生物质产品”的物质性生产,还可以参与资源的节约和循环利用。例如气化制氢技术可用于城市固体废物的处理,微生物制氢过程能有效处理污水,改造治理环境。微生物燃料电池 (MFC ),可以处理人类粪便、农业和工业废水等有机废水。微生物发酵过程还能生产发酵副产品,例如重要的工业产品辅酶Q ,微生物本身又是营养丰富的单细胞蛋白,可用于饲料添加剂等。 1　技术概述及研究进展生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学原理和技术制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等。以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇转化制氢;另一类是利用生物途径转换制氢,如直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池技术。基于生物质发酵产物的甲烷、甲醇、乙醇等简单化合物也可以通过化学重整过程转化为氢气。目前生物质制氢的研究主要集中在如何高效而经济地转换和利用生物质。高温裂解和气化制氢适用于含湿量较小的生物质,含湿量高于50%的生物质可以通过细菌的厌氧消化和发酵作用制氢。有些湿度较大的生物质亦可利用超临界水气化制氢 [1] 。一些主要的生物质制氢原料及常用方法见表1。

太阳能制氢

太阳能制氢百科名片利用太阳能生产氢气的系统,有光分解制氢,太阳能发电和电解水组合制氢系统。太阳能制氢是近30～40年才发展起来的。到目前为止，对太阳能制氢的研究主要集中在如下几种技术：热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢。基本介绍利用太阳能生产氢气的系统,有光分解制氢,太阳能发电和电解水组合制氢系统。在传统的制氢方法中，化石燃料制取的氢占全球的90%以上。化石燃料制氢主要以蒸汽转化和变压吸附相结合的方法制取高纯度的氢。利用电能电解水制氢也占有一定的比例。太阳能制氢是近30～40年才发展起来的。到目前为止，对太阳能制氢的研究主要集中在如下几种技术：热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢。热化学法制氢太阳能直接热分解水制氢是最简单的方法，就是利用太阳能聚光器收集太阳能直接加热水，使其达到2500K(3000K 以上)以上的温度从而分解为氢气和氧气的过程。这种方法的主要问题是：①高温下氢气和氧气的分离；②高温太阳能反应器的材料问题。温度越高，水的分解效率越高，到大约4700K时，水分解反应的吉布斯函数变接近与零。但是，与此同时上述的两个问题也越难于解决。正是由于这个原因，使得这种方法在1971年Ford和Kane 提出来以后发展比较缓慢。随着聚光技术和膜科学技术的发展，这种方法又重新激起了科学家的研究热情。 Abraham Kogan教授从理论和试验上对太阳能直接热分解水制氢技术可行性进行了论证，并对如何提高高温反应器的制氢效率和开发更为稳定的多孔陶瓷膜反应器进行了研究。如果在水中加入催化剂，使水的分解过程按多步进行，就可以大大降低加热的温度。由于催化剂可以反复使用，因此这种制氢方法又叫热化学循环法。目前，科学家们已研究出100多种利用热化学循环制氢的方法，所采用的催化剂为卤族元素、某些金属及其化合物、碳和一氧化碳等。热化学循环法可在低于1000K的温度下制氢，制氢效率可达50%左右，所需热量主要来自核能和太阳能，为了适应未来大规模工业制氢的需要，科学家们正在研究催化剂对环境的影响、新的耐腐蚀材料、以及氧和重水等副产品的综合利用等课题。许多专家认为，热化学循环法是很有发展前景的制氢方法。光电化学分解法制氢典型的光电化学分解太阳池由光阳极和阴极构成。光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子空穴对，光阳极和对极(阴极)组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向阴极，水中的氢离子从阴极上接受电子产生氢气。半导体光阳极是影响制氢效率最关键的因素。应该使半导体光吸收限尽可能地移向可见光部分，减少光生载流子之间的复合，以及提高载流子的寿命。光阳极材料研究得最多的是TiO2。TiO 2作为光阳极，耐光腐蚀，化学稳定性好。而它禁带宽度大，只能吸收波长小于387nm的光子。目前主要的解决途径就是掺杂与表面修饰。掺杂有非金属离子掺杂、金属离子掺杂、稀土元素掺杂等。要使分解水的反应发生，最少需要1．23V的能量，现在最常用的电极材料是TiO2，其禁带宽度为3eV，把它用作太阳能光电化学制氢系统的阳极，能够产生0．7～0．9V的电压，因此要使水裂解必须施加一定的偏压。由于太阳能制氢中常用的施加偏压方法有：利用太阳电池施加外部偏压和利用太阳电池在内部施加偏压，所以太阳能光电化学分解水制氢可分为一步法和两步法。一步法就是不将电能引出太阳电池，而是在太阳电池的两个电极板上制备催化电极，通过太阳电池产生的电压降直接将水分解成氢气与氧气。该方法是近年来在多结叠层太阳电池(如三结叠层非晶硅太阳电池)研究方面取得进展的情况下逐渐被重视起来的。由于叠层太阳电池的开路电压可以超过电解水所需要的电压，而电解液又可以是透光的，所以将这种高开路电压的太阳电池置人电解液中，电解水的反应就会在光照下自发进行。这种方法的优点是免去了外电路，降低了能量损耗，但是光电极的光化学腐蚀问题比较突出，故研究的重点是电池之间的能隙匹配、电池表面防腐层的选择和制备器件结构的设计，对催化电极的要求是有较低的过电势、有好的脱附作用、对可见光透明、防腐、廉价。

太阳能光催化制氢技术原理

太阳能光催化制氢技术原理在新能源领域中，氢能已普遍被认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，这是因为氢燃烧，水是它的唯一产物。氢是自然界中最丰富的元素，它广泛地存在于水、矿物燃料和各类碳水化合物中。然而，传统的制氢方法，需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能的推广应用。于是科学家们很快想到利用取之不尽、廉价的太阳能作为氢能形成过程中的一次能源，使氢能开发展现出更加广阔的前景。科学家们发现了以光催化材料为“媒介”，能利用太阳能把水裂解为燃料电池所必需的氧和氢，科学家称这种仅用阳光和水生产出氢和氧的技术为“人类的理想技术之一”。太阳能光催化制氢技术的原理我们知道，在标准状态下把1mol水（18克）分解成氢气和氧气需要约285kJ的能量，太阳能辐射的波长范围是200~2600nm，对应的光子能量范围是400~45kJ/mol。但是水对于可见光至紫外线是透明的，并不能直接吸收太阳光能。因此，想用光裂解水就必须使用光催化材料，科学家们往水中加入一些半导体光催化材料，通过这些物质吸收太阳光能并有效地传给水分子，使水发生光解。以二氧化碳钛半导体光催化材料为例，当太阳光照射二氧化化钛时，其价带上的电子（e-）就会受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴（h＋）,形成了电子空穴对。产生的电子（e-）、空穴(h＋)在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离生成氢气和氧气。太阳能光催化制氢技术的研究现状技术研究的关键主要集成电路中在光催化材料的研究方面，光催化材料要满足以下几个条件：（1）光催化材料裂解水效率较高；（3）光催化材料最好要可能利用太阳所有波段中的能量。光裂解水制氢以半导体为催化材料，一般为金属氧化物和金属硫化物，然而，目前研究者一般均选用二氧化钛作为光催化氧化的稳定性好，但是由于二氧化钛无臭、无毒，化学稳定性好，但是由于二氧化钛的禁带宽度较宽，只能利用太阳光中的紫外光部分，而紫外光只占太阳光总能量的4％，如何减低光催化材料的禁带宽度，使之能利用太阳光中可见光部分（占太阳能总能量的43％），是太阳能裂解水制氢技术的关键。国内研究现状国内研究太阳能裂解水不是很多，但是近几年来有明显增加趋势。最近，这项研究又有了新的大突破。大连物理化学研究所李灿研究组在2003年7月《化学通讯》上报道，发现了一种新的光催化材料，它由铟锌的硫化物组成，能在太阳可见光照射下裂解水，连续产生氢气和氧气，并且效率保持稳定。 2003年9月南京大学环境材料与再生能源研究中心主任邹志刚通过与日本产业技术综合研究所的合作研究，向社会公布了"可见光响应型水全分解光催化剂"这一重大科研成果，研制出一种新型的光催化材料，它由铟钽氧化物组成，表面有一层镍氧化物。这种催化材料在可见光波段起作用，它的催化效率和使用寿

水电解制氢的最新进展与应用

水电解制氢的最新进展与应用一、绿色能源氢能及其电解水制氢技术进展摘要：随着环境污染日益严重，越来越多的研究关注于绿色无污染能源，其中氢能清洁无污染、高效、可再生，是未来最有潜力的能源载体。利用电解水技术制氢是目前最有潜力的技术，也是一种经济有效的技术。绍了氢能的研究现状和水电制氢技术，着重介绍了碱性电解槽、子交换膜电解技术以及固体氧化物水电解技术，对现有技术进行了总结。 1.氢能的研究现状美国： 1990年，美国能源部（DOE）启动了一系列氢能研究项目。 2001年以来，美国政府制订了《自有车协作计划》、《美国氢能路线图》。 2004年2月，美国能源部出台的“氢态势计划”，并提出2040年美国将实现向氢经济的过渡。美国能源部、国防部、交通部、国家科学基金、美国宇航局和商务部以及8个国家实验室、2所大学和19 个公司签署了研发合同。欧盟： 2001 年11 月启动的“清洁能源伙伴计划”，欧盟拨款1850万欧元支持汉堡、伦敦等10个城市的燃料汽车示范项目。 2008年11 月初欧盟、欧洲工业委员会和欧洲研究社团联合制订了2020年氢能与燃料电池发展计划。日本： 1993年就制订了“新阳光计划”，预计到2020年投资30亿美元用于氢能关键技术的研发。并计划在2020年实现燃料电池汽车500 万辆，建成燃料电池发电系统10000MW。我国： 2003年11月我国加入了“氢能经济国际合作伙伴（IPHE）”，成为IPH首批成员国之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《国家“十一五”科学技术发展规划》中都列入了发展氢能和燃料电池的相关内容。相对而言，我国在氢能和燃料电池汽车领域的技术研发工作开始得较晚，这方面的标准体系尚未形成，然而通过国内研究单位的协作努力，在材料、基础设施、燃料电池堆、整车集成等方面都已取得阶段性进展，目前已有多家企业与联合国发展计划署和全球环境基金合作，开展燃料电池客车的公交线路试运行。 2 水电解氢能的制备技术进展发展到现在，已有三种不同种类的电解槽，分别为碱性电解槽#聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。 ①碱性电解槽碱性电解槽是发展时间最长、技术最为成熟的电解槽，具有操作简单、#成本低的优点，其缺点是效率最低，槽体示意图如图1 所示。国外知名的碱性电解水制氢公司有挪威留坎公司、格洛菲奥德公司和冰岛雷克雅维克公司等。电解槽一般采用压滤式复极结构或箱式单极结构，每对电解槽压在1.8~2.0V，循环方式一般采用混合碱液循环方式。

太阳能光伏发电制氢

太阳能光伏发电制氢一、光伏发电图1 太阳能光伏制氢储能-燃料电池发电系统太阳能光伏发电是通过太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电分为独立光伏发电系统和并网发电光伏系统。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。系统工作原理：光照充足时，光伏发电系统独立为负载供电，同时产生的多余电能供给电解槽电解水制氢，并通过压缩机将氢气储存到储氢装置中；当光伏发电系统供电不足时，燃料电池利用储存的氢能补充发电。二、电解水制氢的原理电解水制氢技术有碱性电解水电解制氢、固体聚合物电解水制氢（又称离子交换膜技术）、高温固体氧化物电解水制氢。可用于光伏发电系统的电解水制氢技术主要有：碱性电解水制氢技术和固体聚合物电解水制氢技术。由于光伏发电的装机规模远小于风力发电系统，其制氢规模相对较小，而且光伏发电的电源也存在一定的波动性，而且每天夜间需要停机，要求与其相匹配的电解制氢装置具有良好的变工况运行及频繁起停运行特性。因此，太阳能光伏发电系统的电解水制氢技术宜采用固体聚合物电解水制氢技术（离子交换膜技术）。水电解制氢装置的基本工作原理是利用电能使电解质溶液中的水分解，从而得到所需的氢气，其反应式如下: 阴极：2H2O+2e-→H2+2OH-

阳极：2OH-→1/2O2+ H2O+2e- 总反应: 2H2O→2H2↑+ O2↑。水电解制氢装置所采用的电解液为KOH 溶液。电解槽是电解制氢的核心装置，它由若干电解小室组成。由电解槽所产生的氢气还含有少量的水分等杂质，必须将氢气进行干燥、过滤等处理才能得到满足用户要求的氢气。制氢装置由框架一( 电解槽、氢分离器、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、干燥器、冷却器、汽水分离器、氢过滤器等) 、整流柜、控制柜、配电装置、计算机管理系统、框架二( 氢气分配装置、储氢罐及供氢管) 、框架三( 纯水箱、碱液箱) 组成。制氢系统流程如图2 所示。电解制出的氢气经由电解槽—氢分离器—氢洗涤器—气水分离器—氢气干燥器A—氢冷却器—氢气干燥器B—氢过滤器—汇流排—储氢罐—汇流排—发电机，或不经过储氢罐直接由汇流排补充入发电机内，电解所得氧气经由电解槽—氧分离器—大气排空。图2 制氢系统流程

2020年太阳能的利用及发展前景

作者：败转头作品编号44122544：GL568877444633106633215458 时间：2020.12.13 太阳能的利用及发展前景 (广东工业大学机电工程学院广州) 摘要：：介绍了太阳能的特点、利用的方式、利用优缺点及当前的发展状况，讨论了太阳能利用的发展趋势，及太阳能的利用及发展给人类的生产、生活和社会发展带来的意义。关键词：太阳能资源；光电转换；利用方式；优缺点 0引言能源是人类社会活动的物质基础。新能源的开发利用是人类的共识。随着世界经济的飞速发展，对能源需求逐年增长。而地球上以石油和煤为主的矿物资源日渐枯竭-能源已成为制约各国经济发展的瓶颈。同时，随着化石燃料的燃烧，所产生的二氧化碳在大气中的浓度急剧增加，生态环境逐渐恶化．使地球逐渐变暖．酸雨同样是由化石燃料燃烧废气中所含的So 、No 等造成的。随着人类社会的发展，改善生态环境的呼声越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会文明与进步，发展经济，改善人民生活具有重大的意义。太阳能是一种清洁的自然再生能源，取之不尽，用之不竭。开发和利用太阳能，既不会出现大气的污染，亦不会影响自然界的生态平衡，而且阳光所及的地方，都有太阳能可以利用，太阳能以其长久性、再生性、无污染等优点备受人们的青睐。同时，在当今世界，常规能源逐渐减少，而世界人口却逐年增长，科学技术迅速发展，不久的将来．现有的能源转换系统，不可避免地会发生巨大变革，无疑，将会利用一些新能源，这里，太阳能会起重要作用。可以预见，在本世纪末，下世纪初，太阳能将会成为较为重要的动力源。开发利用太阳能是人类社会长期追求的目标。 1太阳能的利用 1.1太阳能的特点现在，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨轨道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量。人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展田蒙奎1 ,2 ,上官文峰2 ,欧阳自远1 ,王世杰1 (1. 中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002 ; 2. 上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心,上海200030) 摘要: 自从Fujishima2Honda 效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的学能———氢能。近一二十年来,光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料。本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性,阐述了该课题的意和今后的研究方向。关键词: 光解水;氢能;半导体光催化剂中图分号: X13 文献标识码:A文章编号:100129731 (2005) 1021489204 1 引言在能源危机和环境问题的双重压力下,氢能因其燃烧值高、储量丰富、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源,因而氢能的开发成了能源领域的研究热点。自从Fujishima 和Honda 于1972 年发现了TiO2 光电化学能分解水产生H2 和O2 以来[1 ] ,科学研究者实现太阳能光解水制氢一直在作不懈的努力。普遍接受的光解水制氢原理是:半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时,电子从最高电子占据分子轨道( HOMO ,即价带) 受激跃迁至最低电子占据分子轨道(LUMO ,即导带) ,从而在价带留下了光生空穴( h + ) , 导带中引入了光生电子(e - ) 。光生空穴和光生电子分别具有氧化和还

原能力。要实现太阳能光解水制氢和氧,光生电子的还原能力必须能还原H2O 产生H2 ,而光生空穴的氧化能力必须能氧化H2O 产生O2 ,即半导体光催化剂的导带底要在H2O/ H2 电位( E0 = 0V ,p H = 0) 的上面(导带位置越高,电位越负,还原能力越强) ;而价带顶在O2 / H2O 电位( ENHE = + 1. 23V ,p H = 0) 的下面(价带位置越低,电位越正,氧化能力越强) 。近一二十年来, TiO2 以外的光催化剂的相继发现,特别是能响应可见光的光催化材料的出现,使得光解水制氢研究进入了非常活跃时期。本文就近期太阳能光解水制氢研究进展中的半导体光催化材料作一综述。 2 简单半导体氧化物,硫化物系光催化剂目前广泛研究的简单化合物半导体材料的能带结构如图1 所示：图1 部分半导体材料的能带结构示意图 Fig 1 Schematic diagram of band st ructure for some semiconductor s TiO2 光催化剂由于光照不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、来源丰富等优点而被广为利用。具有代表性的

光催化制氢

光催化制备氢气进展报告中文摘要太阳光光催化水解制氢就是解决能源与环境问题得一重要途径。有效地实现可见光催化水解制氢技术得关键在于光催化材料得选择与光催化体系得选择.本文介绍了光催化制氢原理，以及光催化剂在改性研究、光催化剂催化体系得研究进展与研究方向。关键词:制氢光催化改性光催化体系ＴiO2 1引言随着人口与经济得迅速增长,世界能源得消耗成倍增长，加速了化石燃料得枯竭,因而寻找新能源代替化石燃料已刻不容缓.在新能源领域中,氢能已普遍被认为就是一种最理想得新世纪无污染得绿色能源，这就是因为氢燃烧,水就是它得唯一产物。氢就是自然界中最丰富得元素，它广泛地存在于水、矿物燃料与各类碳水化合物中。然而，传统得制氢方法，需要消耗巨大得常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能得推广应用。于就是科学家们很快想到利用取之不尽、廉价得太阳能作为氢能形成过程中得一次能源，使氢能开发展现出更加广阔得前景。科学家们发现了以光催化材料为“媒介"，能利用太阳能把水裂解为燃料电池所必需得氧与氢，科学家称这种仅用阳光与水生产出氢与氧得技术为“人类得理想技术之一”. １、１半导体制氢原理图1所示为半导体光催化制氢反应得基本过程:半导体吸收能量等于或大于禁带宽度得光子,将发生电子由价带向导带得跃迁,这种光吸收称为本征吸收.本征吸收在价带生成空穴,在导带生成电子，这种光生电子－空穴对具有很强得还原与氧化活性，由其趋动得还原氧化反应称为光催化反应。如图1所示，光催化反应包括，光生电子还原电子受体H+与光生空穴氧化电子给体D—得电子转移反应，这两个反应分别称为光催化还原与光催化氧化。根据激发态得电子转移反应得热力学限制,光催化还原反应要求导带电位比受体得电位（H+/H２）偏负，光催化氧化反应要求价带电位比给体得电位(D/D—）偏正；换句话说，导带底能级要比受体得电位(H＋/H２)能级高,价带顶能级要比给体得电位(D/D－）能级低.在实际反应过程中，由于半导体能带弯曲及表面过电位等因素得影响，对禁带宽度得要求往往要比理论值大.也就就是说,能够实现完全分解水得到氢气与氧气光催化材料得带隙必须大于１、２3eＶ,并且导带与价带得位置相对氢标准电极电位得位置合适。

太阳能制氢技术展望

太阳能制氢技术展望摘要：综述了国内外制氢研究现状。对常用的太阳能制氢方法：热分解法、电解法、光化学分解法以及光解法等进行了分析，指出了各种方法的研究难点和重点。并结合我国的现状提出目前我国应该把热分解法和光化学分解法作为研究的重点。 Abstract: Reviewed the research status of hydrogen production in domestic and foreign countries. On the common solar hydrogen production methods: Thermal decomposition methods,Electrolytic methods, Photochemical decomposition methods and Photodissociation methods were analyzed, the difficulties and importances of these methods were also pointed out. Combining the current situation of our country , should put forward Thermal decomposition methods and Photochemical decomposition methods as the key point. 关键词：太阳能；制氢；热分解；电解；光化学分解；光解 Key words：Solar; Hydrogen production; Thermal decomposition; Electrolytic; Photochemical decomposition; Photodissociation 前言氢，在常温常压下是气体状态，在超低温高压下又可成为液态。作为能源，氢能具有重量轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品质纯洁、能量形式多、储运便捷等优点，赢得了人们的青睐。一致认为，用氢能取代碳氢化合物能源，将是一个重要的发展趋势。这种新能源已开始逐步形成，通过太阳能制得的氢，将成为普遍使用的一种高级能源，二三十年后，氢，必将是众多领域的重要能源。1．氢能源简介氢，在常温常压下是气体状态，在超低温高压下又可成为液态。作为能源，氢有七大特点：（1）重量最轻，在所有元素中，它的原子序数为1，就是说其余元素都比它重；（2）热值高，除核燃料外，它的燃烧热值，在所有的矿物燃料、生物燃料、化工燃料中名居榜首，每千克高达28900千卡，是汽油热值的3倍；（3）“爆发力”强，它非常易于燃烧，且燃烧速度非常快；（4）来源广，除空气中含有的氢气外，它主要是以化合物的形态贮存于水中，在水分子中，氢的重量占11％，而地球是“二山七水一分田”，水是大量存在的。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比世界上所有矿物燃料放出的热量还要大9000倍；

天然气制氢的基本原理及工业技术经验进展

天然气制氢的基本原理及工业技术进展一、天然气蒸汽转化的基本原理 1.蒸汽转化反应的基本原理天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。主反应： CH4+H2O===CO+3H2 CH4+2H2O===CO2+4H2 CH4+CO2===2CO+2H2 CH4+2CO2===3CO+H2+H2O CH4+3CO2===4CO+2H2O CO+H2O===CO2+H2 副反应： CH4===C+2H2 2CO===C+CO2 CO+H2===C+H2O 副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。转化反应的特点如下： 1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO和H2，称为正反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向左进行，生成甲烷和水蒸气，

称为逆反应。因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。 2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以生成一分子CO 和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。 3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使正反应进行的更快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。 4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的参与的条件下，反应的速度缓慢。只有在找到了合适的催化剂镍，才使得转化的反应实现工业化称为可能，因此转化反应属于气-固相催化反应。 2.化学平衡及影响因素 3.反应速率及影响速率在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率也是很慢的。当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。 4.影响析炭反应的因素副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的活性，增加床层阻力，影响生产力。在甲烷蒸汽转化反应中影响析炭的主要因素如下： a.转化反应温度越高，烃类裂解析炭的可能性越大。 b.水蒸气用量增加，析炭的可能性越小，并且已经析出的炭黑也会与过量的水蒸气反应而除去，在一定的条件下，水碳比降低则容易发生析炭现象。

半导体光催化太阳能电解水制氢的研究与进展(精)

https://www.360docs.net/doc/a07173727.html, 半导体光催化太阳能电解水制氢的研究与进展张海鹏，陈卫军，徐军明，林弥，杨柳，李文钧杭州电子科技大学电子信息学院，杭州（310018） E-mail：摘要：首先概述了主要的太阳能制氢技术，然后依次分别综述了半导体光催化水解制氢技术、太阳能光伏电解水制氢技术、半导体光催化电解水制氢技术发展障碍的研究现状，总结了近年来这几方面技术研究的发展规律，指出了太阳能及混合动力半导体光催化电解水制氢将成为氢能产业的主要技术路线之一。最后预测了这几方面技术研究可能的主要发展趋势。关键词：半导体；光催化；太阳能；电解水；制氢；改性中图分类号：TN304.91+TB34+TE624.9+TK511+.4+TE09 文献标识码：A 0 引言氢能具有高效、清洁、无污染、易于产生、便于输运和可再生等特点,是最理想的能源载体。因此，氢能将会成为未来化石能源的主要替代能源之一，利用可再生能源制取氢气是未来能源发展的必然趋势[1]。水和阳光可称是取之不尽的资源。从水中获得的氢作为能源使用后又回到了水的形态，是一种完全的可持续开发和利用。水在化学热力学上是一种十分稳定的化合物，很难分解。但是水作为一种电解质又是不稳定的，其电解电压仅为1.229eV。因此把太阳能先转化为电能，通过电化学过程可实现光电分解水制取氢气的目的。随着光伏电池效率的提高和成本的降低以及电解槽技术的成熟，利用太阳能转化的电能进行电解水制氢将成为氢能源开发的重要途径之一。今仍难以与传统电解水制氢竞争。在太阳能电解水制氢的装置中，多采用硅电极，用磷渗渍成负极，硼渗渍成正极。或采用氧化铁作电极，用镁渗渍及硅渗渍分别形成正负极。当阳光照射在光伏转换装置上时，便会产生氢和氧。但是光-氢转换效率低。太阳能热化学制氢技术较成熟、产量大、成本低，但是需要复杂的机电设备、强电辅助、高温条件和耐高温材料，常规耗能高，效率较低且伴有环境污染。太阳能光化学制氢利用乙醇、光敏剂和催化剂实现光化学分解实现，目前还不够成熟，光-氢转换效率还很低。太阳能热解水制氢需要2000℃以上的超高温，装置结构复杂、造价昂贵，光-氢转换效率很低，制氢技术不够实用。利用光合作用制氢技术还处于探索阶段，微生物产氮化酶、氢化酶效率低，氮化酶、氢化酶的热稳定性不好、寿命太短，因而还有待进一步研究。

太阳能裂解水制氢

太阳能裂解水制氢链接：https://www.360docs.net/doc/a07173727.html,/baike/1719.html 太阳能裂解水制氢在新能源领域中，氢能已普遍被认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，这是因为氢燃烧，水是它的唯一产物。氢是自然界中最丰富的元素，它广泛地存在于水、矿物燃料和各类碳水化合物中。然而，传统的制氢方法，需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能的推广应用。于是科学家们很快想到利用取之不尽、廉价的太阳能作为氢能形成过程中的一次能源，使氢能开发展现出更加广阔的前景。科学家们发现了以光催化材料为“媒介”，能利用太阳能把水裂解为燃料电池所必需的氧和氢，科学家称这种仅用阳光和水生产出氢和氧的技术为“人类的理想技术之一”。太阳能光催化制氢技术的原理我们知道，在标准状态下把1mol水（18克）分解成氢气和氧气需要约285kJ的能量，太阳能辐射的波长范围是2 00~2600nm，对应的光子能量范围是400~45kJ/mol。但是水对于可见光至紫外线是透明的，并不能直接吸收太阳光能。因此，想用光裂解水就必须使用光催化材料，科学家们往水中加入一些半导体光催化材料，通过这些物质吸收太阳光能并有效地传给水分子，使水发生光解。以二氧化碳钛半导体光催化材料为例，当太阳光照射二氧化化钛时，其价带上的电子（e-）就会受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴（h＋）,形成了电子空穴对。产生的电子（e -）、空穴(h＋)在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离生成氢气和氧气。太阳能光催化制氢技术的研究现状技术研究的关键主要集成电路中在光催化材料的研究方面，光催化材料要满足以下几个条件：（1）光催化材料裂解水效率较高；（3）光催化材料最好要可能利用太阳所有波段中的能量。光裂解水制氢以半导体为催化材料，一般为金属氧化物和金属硫化物，然而，目前研究者一般均选用二氧化钛作为光催化氧化的稳定性好，但是由于二氧化钛无臭、无毒，化学稳定性好，但是由于二氧化钛的禁带宽度较宽，只能利用太阳光中的紫外光部分，而紫外光只占太阳光总能量的4%，如何减低光催化材料的禁带宽度，使之能利用太阳光中可见光部分（占太阳能总能量的43%），是太阳能裂解水制氢技术的关键。国内研究现状国内研究太阳能裂解水不是很多，但是近几年来有明显增加趋势。最近，这项研究又有了新的大突破。大连物理化学研究所李灿研究组在2003年7月《化学通讯》上报道，发现了一种新的光催化材料，它由铟锌的硫化物组成，能在太阳可见光照射下裂解水，连续产生氢气和氧气，并且效率保持稳定。 2003年9月南京大学环境材料与再生能源研究中心主任邹志刚通过与日本产业技术综合研究所的合作研究，向社会公布了"可见光响应型水全分解光催化剂"这一重大科研成果，研制出一种新型的光催化材料，它由铟钽氧化物组成，表面有一层镍氧化物。这种催化材料在可见光波段起作用，它的催化效率和使用寿命都高于现有的同类催化剂。在实验中，该所科学家采用阳光中波长为402nm的可见光对水进行分解，结果氧和氢的生成率为0.66%。据介绍，如果应用纳米技术改进催化材料的结构特别是表面结构，可把水的分解率提高百倍。并首次完成了在户外太阳光下光催化分解水制氢的实验，这是国内开展新型环境材料和可再生能源研究取得的重要阶段性成果。通过近几年来押内外的研究，开发出的光催化材料已接近实用化了。太阳能光催化制氢技术的发展应用前景水和阳光可称是取之不尽的物质。从水中获得的氢作为能源使用后又回到了水的形态，是一种完全的可持续开发和利用。考虑到近几年太阳能光解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破，有可能在未来的二三十年内就走向实用化，使太阳能光解水制氢产业化成为现实。该技术的应用将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益，并带给人类使用能源的革命性变革原文地址：https://www.360docs.net/doc/a07173727.html,/baike/1719.html 页面 1 / 1

近期关于光催化水解制氢气研究报告综述

以二氧化钛为基质的催化剂的研究综述温邻君杨晓奕 <北京航空航天大学，北京，100191）摘要：本文系统地介绍了关于光致水解制氢气的催化剂的近期研究进展。从以下几个提高催化活性的方向：贵金属负载、离子掺混、染色光敏化处理、复合半导体及化学牺牲剂等，结合最新的研究成果，总结各种改善高催化活性思路的科研进展，系统地比较各个方法的特点，提出自己的看法。并展望该领域未来的发展。关键词：TiO2、光催化水解制氢、催化剂改性技术、电子-空穴、牺牲剂、量子效率 Abstract：This paper reports the recent developments in photocatalytic water-splitting for hydrogen production. Basing on the following methods to improve the catalytic activity: noble metal loading, ion doping, dye sensitization, composite semiconductors andchemical additives. Combines with the recent research results to summarize the developments in those methods.Systematically comparesthe characteristics of the various methods and gives my own opinions. At last, look forward to the future in this area. Key words: TiO2, photocatalytic water-splitting for hydrogen production,photocatalyst modification techniques, electron -role, sacrificial reagents, quantum efficiency

半导体光催化制氢的进展.

《能源材料》课程论文题目：半导体光催化水解制氢的进展指导教师：毛景学生姓名：朱永坤学号：20130800830 专业：建筑结构及功能材料院（系）：材料科学与工程 2016年6月8 日

关键词：半导体；光催化；太阳能；电解水；制氢；改性。引言：在上课过程中老师讲到的新能源汽车当中的氢燃料池汽车让我对氢能的开发利用产生了浓厚的兴趣，就想着写一篇关于氢能方面的文章。结合老师上课过程提到的太阳能制氢，就定位在了半导体光催化制氢这个主题了。目前，氢气在氢燃料电池汽车当中得到了广泛的应用，氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车。氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排放，且一次加氢续驶里程长，加氢时间短，相当于汽油车，一直以来被作为新能源汽车技术路线之一。但是，到目前为止，氢燃料电池汽车，并没有得到大范围的普及，因为一些技术条件的短板暂时限制了它的应用。其中最大的问题就是氢气来源问题，世界上很多国家的氢燃料的生产并不是以水为原料，而是以天然气作为生产原料，先前讲到了，如果要电解水取得氢气，那需要很大的能量消耗，而且要生产出能量值与普通汽油燃料相当的氢燃料，我们就需要大量的水资源，水同样也是我们这个星球稀缺的资源。同时，氢气的储存和运输过程又要耗费很大的能量，所以到目前为止，要驱动一辆氢燃料电池汽车，所需能耗太大，还不能达到节能环保的目的。麻省理工学院的一些能源专家则提出，氢燃料电池车真正要“跑起来”，至少还需要15年的时间。那么，如何低能耗，效率高地制备氢气成为了氢燃料汽车的一个瓶颈，目前制备氢气有也有很多方法，包括热化学法制氢，光电化学分解法制氢，光催化法制氢，人工光合作用制氢，生物制氢等，在这里重点介绍一下光催化制氢的一

太阳能光催化制氢技术

太阳能光催化制氢技术摘要光催化技术作为一种新型的处理技术，具有很强的氧化还原功能。在杀菌、分解有机污染物氧化无机物，净化空气等方面具有很广阔的应用前景。本文重点讨论光催化制氢技术的进展，由于目前的国内外研究光催化领域在紫外线方面成果比较突出，然而为了使该技术产业化生产，使氢能源成为未来可利用的清洁能源，以后在研究可见光光催化势必成为国际上竞争的热点，其最为重要的是如何研发出高效稳定并能利用太阳能的催化剂，这将成为该门技术用以使用化的重要标志。关键词：太阳能；光催化；氢气 1 前言随着经济的发展，能源危机日趋严重：石化能源的消耗，空气、水资源的污染等等已经成为可持续发展的瓶颈。据有关报道记载全世界煤的贮藏量约为9.1 ×1011t,石油贮存量约1.6 ×1014L。按现在的消耗速度,不足100年,石油将耗尽,煤也只能维持200年左右。故开发出能够替代石油等石化能源的新型能源具有广阔的社会效益与经济效益。同时，以煤、石油、天然气为主的化石资源的燃烧释放大量的CO2、SO2 等有害气体，使我们共同生活的地球面临着其带来的温室效应、酸雨等诸多环境污染问题。因此,为了实现人类的可持续发展, 开发清洁的可再生能源已迫在眉睫。而氢作为一种无污染高热量的能源，同时地球上水资源丰富，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然资源，利用太阳能制氢是一种具有广阔前景的技术。然而直接用太阳能分解水制氢显然是不可能的，研究开发出光解水的催化剂正是该种技术的核心。然而以二氧化钛为代表的传统催化剂只能利用紫外光，催化效率低，其应用到太阳能制氢中受到很大的限制，为了在可见光下催化制氢，亟需发展新型的催化剂材料。本文就围绕光催化剂的研究进展，综述一下太阳能光催化制氢技术的发展，并简要提出该技术的发展前景。 2 光催化氧化综述 20世纪70年代，日本学者Fujishima A和Honda K在Nature上首次报道了光照射条件下，TiO2 电极可分解水产生氢气，掀起了一股研究热潮。然而在20世纪后期该技术并没有得到很大的关注，随着进入21世纪以后光催化制氢技术得到了重新的重视，现在有关该报道络绎不绝，可以说是百花齐放。光催化氧化利用范围相当的广阔，在污染物处理，大气净化等方面都有作用，现