2021年半导体光催化制氢的进展
压电增强光催化研究进展
第38卷第1期苏测科技大学学报(自然科学版)Vol.38No.l 2021年3月Journal of Suzhou University of Science and Technology(Natural Science Edition)Mar.202] doi：10.12084/j.issn.2096-3289.202L0L001压电增强光催化研究进展刘守清，秦超，潘权子，罗莉，孟则达（苏州科技大学化学与生命科学学院，江苏苏州215009）摘要：回顾了近年来压电光催化的最新研究成果，介绍了压电效应的起源、压电催化原理、压电光催化的耦合机理。
综述了近年来压电光催化在利用自然能源制氢、降解有机污染物中的应用。
关键词：压电效应;压电光催化;氢能;有机污染物;降解中图分类号：X592文猷标志码：A文章编号：2096-3289（2021）01-0001-07由于压电光催化能有效利用自然界的太阳能、风能、水波能等，所以压电光催化已经成为近年来人们的研究热点。
压电效应是材料在所受应力改变时产生电势差的效应⑴。
早在1880年,迭国物理学家Pierre和Jacques在石英中就发现了通过施加机械应力于表面上产生电荷的现象凸,从此,压电材料及压电效应引起科学家的广泛兴趣。
根据材料聚集状态分类，压电材料可以分为压电晶体、压电陶瓷（多晶体）和压电聚合物材料。
压电单晶有类钙钛矿结构的晶体，如锯酸锂、程酸锂、氧化锌、硫化镉、神化镣等，压电陶瓷的典型代表有钛酸锁、错钛酸铅等；图1压电材料、热释电材料与铁电材料三者之间的关系聚偏二氟乙烯则是压电聚合物的典型代表物质。
一般而言，具有铁电和热电性质的材料都具有压电性质，但是具有压电性质的材料不一定具有铁电和热电性质。
它们三者之间的关系如图1所示。
由于压电材料能将机械能转化为电信号，因此，基于压电效应的振荡器、换能器、传感器等元器件在航空航天、核工业、声纳系统、人工智能、光学等领域得到了广泛的应用冋。
光催化制氢
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是解决能源和环境问题的一重要途径。
有效地实现可见光催化水解制氢技术的关键在于光催化材料的选择和光催化体系的选择。
本文介绍了光催化制氢原理，以及光催化剂在改性研究、光催化剂催化体系的研究进展和研究方向。
关键词:制氢光催化改性光催化体系 TiO21引言随着人口和经济的迅速增长，世界能源的消耗成倍增长，加速了化石燃料的枯竭，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”。
1.1半导体制氢原理图1所示为半导体光催化制氢反应的基本过程:半导体吸收能量等于或大于禁带宽度的光子，将发生电子由价带向导带的跃迁，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-空穴对具有很强的还原和氧化活性，由其趋动的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+和光生空穴氧化电子给体D-的电子转移反应，这两个反应分别称为光催化还原和光催化氧化。
根据激发态的电子转移反应的热力学限制，光催化还原反应要求导带电位比受体的电位(H+/H2)偏负，光催化氧化反应要求价带电位比给体的电位(D/D-)偏正;换句话说，导带底能级要比受体的电位(H+/H2)能级高，价带顶能级要比给体的电位(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的影响，对禁带宽度的要求往往要比理论值大。
TiO_2光催化分解水制氢研究进展
TiO2光催化分解水制氢研究进展李国防1曹广秀1赵彦保21商丘师范学院化学系河南商丘4760002河南大学化学化工学院河南开封475004国家自然科学基金项目20671029资助2007208221收稿2008202229接受摘要综述了近几年改善TiO2光催化分解水制氢的方法措施。
向水中添加供电子物质可减少光生电子与空穴的复合添加碳酸盐或碘化物有利于光生电子与空穴分离TiO2表面沉积适量的金属颗粒也有利于实现电子和空穴分离但沉积太多的金属颗粒不但降低TiO2对光的吸收而且还可能成为光生电荷复合的中心掺杂合适的金属离子?ü 纬稍又誓芗犊砂裈iO2的吸光范围至拓宽可见光掺杂非金属元素使TiO2的带隙Eg变窄从而使TiO2的吸光红移更明显但掺杂离子有可能成为光生电荷复合的中心染料敏化或半导体复合有利于实现电荷分离提高光电转换效率。
将多种修饰方法有机结合起来制取氢是目前的一个研究方向最后分析了未来的研究重点。
关键词光催化制氢光催化剂修饰TiO2ProgressofPhotocatalyticWater2splittingUsingTiO2forHydrogenProductionLiGuofa ng1CaoGuangxiu1ZhaoYanbao21DepertermentofChemistryShangqiuNormalCollegeShangqiu4760002Coll egeofChemistryampChemicalEngineeringHenanUniversityKaifeng475004Abstract Theprogressofimprovementtechniquesinphotocatalyticwater2splittingusingTiO2forhydro genproductionisreviewed.Addingelectrondonorscanreducetherecombinationofphoto2gene ratedconductionbandelectronsandvalencebandholes.Additionofcarbonatesaltsoriodidecan enhancethephoto2excitedelectron∏holeseparation.Loadingofappropriatemet alparticlesont hesurfaceofTiO2canimprovephoto2excitedchargeseparation.Howeveranexcessofmetalpar ticlesmightnotonlyreducephotonabsorptionbyTiO2butalsobecomeelectron∏holerecombin ationcenters.AppropriatemetaliondopingonTiO2canexpanditsphoto2responsetovisibleregi onthroughformationofimpurityenergylevels.Aniondopingcausesthenarrowofthebandgapof TiO2andismoreeffectivethanmetaliondopingforredshift.Butdopedionstendtobecomerecom binationcenters.Dyesensitizationorsemiconductorcompositioncanresultinefficientchargese parationandimprovethephotocatalyticefficiency.Couplingdifferenttechniquesisoneofthedir ectionsofthefutureresearchforhydrogenproductionpotentialnewdirectionsrequiredinthisare aofresearcharehighlighted.Keywords PhotocatalysisHydrogenproductionPhotocatalystmodificationTiO2随着石油、煤炭等能源将会趋于枯竭寻找新的替代能源是世界各国关注的重点其中氢能被认为是一种最理想的绿色替代能源。
光电化学制氢技术的应用与发展
光电化学制氢技术的应用与发展第一章：引言随着全球能源需求的不断增长和气候变化问题的日益严重，寻找可替代化石燃料的新型能源成为当今社会亟待解决的问题。
光电化学制氢技术作为一种环境友好、可再生的能源生产方式，得到了广泛关注和研究。
本文将探讨光电化学制氢技术的应用与发展，并展望其未来的前景。
第二章：基本原理2.1 光电化学制氢基本原理光电化学制氢技术利用太阳能驱动电解过程，将水分子分解成氢气和氧气。
这一过程主要由光电化学电池、光催化剂以及电解质等组成。
当光照射到光电化学电池的光催化剂表面时，光生电荷在催化剂表面发生分离，并促使水分子的氧化和还原反应，从而生成氢气和氧气。
2.2 光电转化效率与催化剂选择光电转化效率是评估光电化学制氢技术性能的重要指标。
催化剂的选择是影响光电转化效率的关键因素之一。
传统的光催化剂如二氧化钛(TiO2)具有较高的催化活性，但可见光响应范围较窄，光电转化效率不高。
近年来，一些新型催化剂如钙钛矿材料、金属有机框架材料等被广泛应用于光电化学制氢领域，显著提高了光电转化效率。
第三章：应用领域3.1 氢能源燃料电池光电化学制氢技术产生的氢气可作为燃料电池的原料，通过氧化还原反应产生电能。
相比传统的化石燃料，氢能源燃料电池具有零污染、高效能的特点。
目前，已有一些汽车制造商开始研发和生产使用氢能源燃料电池的汽车，推动了氢能源燃料电池技术的应用与发展。
3.2 光电分解水制氢光电分解水制氢技术是光电化学制氢技术的重要应用之一。
该技术可通过利用太阳能分解水分子产生氢气，可广泛应用于水资源短缺地区的氢能源生产。
光电分解水制氢技术具有原材料丰富、无污染和低碳等特点，是未来氢能源生产的重要方向。
第四章：发展现状与挑战4.1 发展现状光电化学制氢技术在实验室中已取得了一系列突破性进展，但在工业化规模应用上仍存在许多挑战。
目前，光电化学制氢技术的商业化应用仍处于初级阶段，成本高、稳定性差以及产氢效率低等问题限制了其进一步发展。
制氢的技术路线
制氢的技术路线随着全球能源需求的不断增长和可再生能源的推广应用，制氢作为一种清洁能源具有越来越重要的地位。
制氢的技术路线主要包括化石能源制氢、电解水制氢、光电催化制氢和生物制氢等几种途径。
1. 化石能源制氢化石能源制氢是目前应用最广泛的制氢技术路线之一。
该路线主要通过对天然气、煤炭等化石能源进行加热分解或者气体转化反应，产生氢气。
其中，最常用的方法是甲烷蒸汽重整法，即通过将甲烷与蒸汽反应，生成氢气和二氧化碳。
此外，还可以通过煤炭气化、煤炭燃烧等方式制备氢气。
化石能源制氢技术成熟，但存在着对环境的污染问题。
2. 电解水制氢电解水制氢是一种使用电能将水分解为氢气和氧气的技术路线。
该方法将水置于电解池中，通过加电解离水分子，生成氢气和氧气。
电解水制氢技术具有高纯度氢气产出、无污染排放等优点。
目前，常用的电解水制氢方法有碱性电解法、酸性电解法和固体氧化物电解法。
其中，碱性电解法是应用最广泛的方法，但电解水制氢过程能耗较高，需要大量电能。
3. 光电催化制氢光电催化制氢是一种利用半导体材料的光电化学性质将水分解为氢气和氧气的技术路线。
该方法通过将半导体材料暴露在阳光下，利用光能激发电子，从而促使水分子发生光催化反应，生成氢气。
光电催化制氢技术具有能源效率高、无污染排放等优点，但目前仍面临着催化剂活性低、光电转换效率有限等挑战。
4. 生物制氢生物制氢是一种利用微生物代谢产生氢气的技术路线。
该方法通过利用某些微生物的代谢特性，使其在特定环境下产生氢气。
生物制氢技术具有原料来源广泛、低能耗、无污染等优点。
目前，常用的生物制氢方法有暗发酵法、光合发酵法和光合非硫细菌法等。
生物制氢技术仍处于研究和开发阶段，需要进一步提高产氢效率和催化剂稳定性。
制氢的技术路线主要包括化石能源制氢、电解水制氢、光电催化制氢和生物制氢等几种途径。
每种技术路线都有其优缺点，需要根据实际应用需求和环境因素选择合适的制氢方法。
随着科技的进步和创新，制氢技术将逐渐向更高效、更环保的方向发展，为推动清洁能源产业发展发挥重要作用。
光热蒸发耦合光催化制氢
光热蒸发耦合光催化制氢
1. 原理:
该技术利用太阳能驱动两个并行过程:一是利用太阳能引起液体(如水)蒸发,释放出潜热;二是利用太阳光激发光催化剂(如氧化物半导体)发生光化学反应,将水分解为氢气和氧气。
蒸发釜中水分蒸发释放的蒸汽潜热,被用于提供光催化反应所需的热量。
2. 优势:
(1) 高效利用太阳能,将光能和热能同时转化为化学能(氢气)。
(2) 反应条件温和,无需极端高温或极低温。
(3) 除了制氢外,还可实现海水淡化等功能。
(4) 无污染、可持续,反应产物为氢气和氧气。
3. 关键技术:
(1) 高效太阳能热利用系统设计
(2) 高活性光催化剂及光反应器开发
(3) 蒸发和光催化协同最优化设计
这项技术有望为可再生清洁氢能生产提供新途径,对实现绿色氢能社会具有重要意义。
可见光响应型窄带隙半导体光催化材料的研究及应用进展
可见光响应型窄带隙半导体光催化材料的研究及应用进展张 彤,张悦炜,张世著,陈冠钦,洪樟连(浙江大学材料科学与工程学系,杭州310027)摘要 近年来,窄带隙半导体材料因具有吸收太阳光可见波段能量、可见光催化降解有机物及可见光解水制氢的优异特性而成为新型半导体材料的研发热点。
综述了以TiO 2为代表的传统半导体材料掺杂体系以及全新组成材料体系等两大类具有窄带隙半导体特性的材料种类、光催化性能的影响因素、材料制备工艺以及应用前景,并在此基础上展望了研究与发展方向。
关键词 窄带隙半导体 可见光催化 可见光解水 带隙 制备工艺R esearch and Applications of Visible Light R esponsive N arrow B andG ap Semiconductor Photocatalytic MaterialsZHAN G Tong ,ZHAN G Yuewei ,ZHAN G Shizhu ,C H EN Guanqin ,HON G Zhanglian(Department of Materials Science and Engineering ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027)Abstract In recent years ,narrow band gap semiconductors have attracted extensive attention and become the research focus of the novel semiconductor materials because they are capable of absorbing the visible light ,degrading the organic pollutants and producing clean energy by splitting the water into hydrogen and oxygen under visible light irradiation.In this paper the material classification ,factors controlling the photocatalytic performance ,material syn 2thesis technique and f uture application of two kinds of materials with narrow band gap characters ,the modified titania and new narrow band gap semiconductor are summarized.Finally ,the development trend of their research and applica 2tion is also discussed.K ey w ords narrow band gap semiconductor ,visible 2light catalysis ,water spiltting ,band gap ,synthesis me 2thod 张彤:女,硕士研究生 洪樟连:通讯联系人,男,1968年生,副教授 Tel :0571287951234 E 2mail :hong_zhanglian @0 引言人类社会与经济可持续发展日益面临能源短缺和环境恶化两大问题,正处在工业化和城镇化加速发展阶段的中国,对有效利用太阳光能量的清洁能源及环境保护技术的研发需求尤为紧迫。
gC3N4光催化性能的研究进展
gC3N4光催化性能的研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，光催化技术作为一种绿色、环保的能源转化和环境污染治理手段，受到了广泛关注。
g-C3N4，作为一种非金属半导体光催化剂，因其独特的电子结构和良好的化学稳定性，在光催化领域展现出了广阔的应用前景。
本文旨在对g-C3N4光催化性能的研究进展进行全面的概述，从g-C3N4的基本性质出发，探讨其光催化机理，分析影响光催化性能的关键因素，总结当前的研究热点和未来的发展趋势，以期为g-C3N4光催化性能的优化和应用提供有益的参考。
本文将介绍g-C3N4的基本性质，包括其晶体结构、电子结构和光学性质等，为后续的光催化性能研究奠定基础。
接着，从光催化机理出发，阐述g-C3N4在光催化过程中的电子传递和能量转换过程，揭示其光催化活性的本质。
在此基础上，分析影响g-C3N4光催化性能的关键因素，如制备方法、形貌结构、表面性质等，为后续的性能优化提供指导。
然后，本文将重点介绍g-C3N4在光催化领域的应用研究进展，包括光催化分解水制氢、光催化还原二氧化碳、光催化降解有机污染物等方面。
通过综述这些应用领域的研究现状和发展趋势，展示g-C3N4光催化技术的实际应用价值和潜力。
本文将对g-C3N4光催化性能的研究前景进行展望，探讨未来可能的研究方向和挑战。
通过本文的概述，希望能为g-C3N4光催化性能的研究和应用提供有益的参考和启示。
二、gC3N4的基本性质与合成方法gC3N4，也被称为石墨相氮化碳，是一种非金属二维半导体材料，因其独特的电子结构和出色的物理化学性质，近年来在光催化领域引起了广泛关注。
gC3N4具有适中的禁带宽度（约7 eV），能吸收可见光，且其能带结构、电子态密度等性质使其具备成为高效光催化剂的潜力。
在合成gC3N4的方法上，研究者们已经探索出多种途径。
其中，热缩聚法是最常见的一种方法，通过将富含氮的前驱体（如尿素、硫脲、双氰胺等）在高温下进行热解，可以制得gC3N4。
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《能源材料》课程论文欧阳光明（2021.03.07）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些新的研究和进展。
摘要: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。
利用太阳能直接从水中获得的氢气,氢气又可作为能源燃料,燃烧产物是水,它以最清洁环保的形态回到自然生态循环中,这是一种完全的可持续开发的能源利用的途径。
背景:光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。
利用太阳能分解水制氢或将太阳能直接转化为化学能逐渐成为能源领域的研究热点之一。
近年来,太阳能利用的研究、特别是利用太阳能光催化分解水制氢研究正处于一个十分活跃的发展时期,尤其在新型光催化剂研制方面比较活跃。
但是，就目前来说，采用半导体光敏催化剂分解水制氢的方法，由于缺乏可见光敏和宽谱线光敏催化剂，光-氢转换效率还比较低。
近几年太阳能光解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破，有可能在未来二三十年内逐步走向实用化，使太阳能光解水制氢产业化成为现实。
一、半导体光催化水解制氢的研究进展半导体光催化太阳能电解水制氢技术是将太阳能电解水制氢技术与半导体光催化太阳能光解水制氢技术相结合的一种复合光电分解水制氢技术。
该技术具有光氢转换效率高、节省常规能源、保护环境和便于氢氧分离等优点，一旦发展成熟并投入使用将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益，并可能带给人类使用能源的革命性变革。
自1972 年日本东京大学教授首次报导TiO2 单晶电极光催化降解水从而产生氢气这一现象后，半导体光催化水解制氢的研究开始兴起，并得到了较快的发展，主要经历了以TiO2等金属氧化物、染料负载金属与复合有机半导体、杂多酸盐和金属硫化物、层状金属氧化物和复合层状物为光催化剂水解制氢等发展阶段，并在半导体光催化剂的制备、改性和光催化相关理论方面取得了较多成果，如对TiO2进行掺杂、表面贵金属（Pt、Pd、Ru、Au）淀积和光敏化等。
下面就介绍几类光催化剂以及它们的研究进展。
1，二氧化钛类光催化剂二氧化钛(TiO2)是研究最早、最具代表性的光催化剂,它稳定、耐腐蚀性、来源丰富、廉价无毒等特点, 相关研究也较多,已经商业化的有DegussaP-25TiO2等。
还有以钛酸四丁酯,乙丙醇钛,四氯化钛或硫酸钛为钛源,利用水热溶胶-凝胶法、气相爆轰法、等离子喷雾热解、模板法、醇热溶胶-凝胶法等各种方法合成纳米TiO2粉末或形貌光催化剂。
成胶过程对催化剂结构及性能有显著影响。
在醋酸介质中得到的催化剂样品具有最高的比表面积、最小的晶粒尺寸、最好的结晶度、最清洁的催化剂表面等特点,从而具有最好的光催化活性。
同时，水热法可获得稳定多孔TiO2粉末光催化剂,也可以制备出极小尺寸和高比表面积的TiO2粉末剂。
气相爆轰法也被用来制备纳米TiO2粉末光催化剂, 所得TiO2粉末是锐钛矿和金红石型的混合晶相,平均粒子尺寸20～40nm。
离子喷雾热解也可得到纳米TiO2粉末光催化剂,产物是以锐钛矿为主的锐钛矿和金红石型的混合晶相粉末光催化剂,这些催化剂在光降解甲基橙实验中都表现出较高的光催化活性。
可以说，二氧化钛类催化剂得到了极大的发展，相信未来在光催化制氢方面能得到巨大的应用。
2，钛酸盐类MxTiyOz光催化剂钛酸盐及其修饰或改性光催化剂非常多,如La2Ti3O9，La2Ti2O7、La2TiO5、Sr3Ti2O7、PbTiO3、Sm2Ti2O7、M2La2Ti3O10，其中研究最早最具代表性的是SrTiO3。
经过一段时间的研究，人们对SrTiO3催化剂进行了各种修饰和改性,如Cr掺杂,Fe掺杂,S/N共掺杂,Zr掺杂 ,N掺杂,La掺杂,N/La共掺杂 ,有些改性后的催化剂对可见光有了较好的响应能力。
3，掺杂改性TiO2光催化剂单纯的使用TiO2作为催化剂,电子-空穴对的复合几率会比较高,而且其禁带宽度又较宽,限制了其对可见光范围的响应.因此,目前研究最多的是对TiO2光催化剂的掺杂修饰等改性光催化剂。
一般会在催化剂的表面担载贵金属、金属氧化物或者掺杂外来金属和非金属来构建新的光催化剂反应中心或新的掺杂能级,以提高光催化的效率和光响应范围。
贵金属的担载和修饰Pt/TiO2可以说是研究的最早最透彻的催化剂,现在新研制的催化剂一般会以Pt/TiO2的催化活性为标准进行对比.最初的Pt/TiO2常以浸渍和光还原的方法制备.最近用超声化学法制备了贵金属(Pt,Au,Pd)担载的TiO2,考察了不同贵金属的功函以及金属颗粒的尺寸对光催化产氢活性的影响.该方法制备的催化剂比浸渍法制备的催化活性明显提高,并且贵金属的尺寸较小,限制了光生载流子的复合,提高了光催化产氢的速率。
金属离子的掺杂近年来金属离子掺杂TiO2系列光催化剂研究进展迅速,一般有单一离子掺杂和两种或多种离子共掺杂两种情况，掺杂离子以取代或填隙等方式进入半导体的晶格后,除引起材料的光谱响应范围变化外,还同时对材料的晶态结构、化学稳定性、光催化活性及物理性能等多方面有影响.在设计可见光响应催化剂时,必须围绕拓展光响应范围和提高光催化活性两个主要方面的要求,综合考虑掺杂离子的电位、价态、掺杂浓度和分散度、电子构型等多种因素,确定合理的光催化剂制备工艺。
非金属原子的掺杂最常用的掺杂元素为B,C,N,S,P,F,Cl,I,Br等,通过对TiO2光催化剂的掺杂,形成新的杂化价带,从而达到调控光催化剂禁带宽度,光吸收带红移的目的。
非金属原子掺杂TiO2之后形成了杂化轨道,价带上移,导带位置则保持基本不变。
非金属掺杂TiO2既可以实现光催化分解水制氢,又达到了利用可见光的目的，但是价带的上移会使光生空穴的氧化能力下降,这也是非金属掺杂的一个缺点。
硫掺杂S掺杂不仅使TiO2光催化剂吸收范围扩展到可见光区域,而且能够提高锐钛矿向金红石转变温度(未掺杂时为650～700℃,S掺杂后的转变温度为750℃),也就意味着S掺杂有抑制TiO2晶粒烧结和团聚的作用，起到了极大的促进催化作用。
碳掺杂研究结果表明,碳掺杂有助于稳定锐钛矿晶相,掺杂的薄膜C-TiO2光催化剂禁带宽度随着C掺杂量的增加而增大。
Wang等人采用一种简单的两步模板法制备了介孔空心微球C-TiO2光催化剂。
所得催化剂在光催化降解苯实验中同样表现出了较高的光催化活性。
硼掺杂经过硼的掺杂,发现TiO2纳米管高度有序的组织结构已经被破坏,但增强了在可见和紫外光区的光吸收能力,并且能够抑制高温下晶相从锐钛矿向金红石转变。
所得改性催化剂在光电催化降解甲基橙实验中表现出了较高的活性和稳定性。
以上介绍的均为单一金属或非金属原子掺杂,为了进一步提高可见光吸收的性能和光催化活性,二元非金属掺杂、金属-非金属共掺杂、以及非金属掺杂与表面贵金属担载同时使用等方法成为研究的一个新动态。
4，铌酸盐光催化剂许多铌酸盐作为光催化剂在紫外照射下能够分解水析氢，研究最多的是K4Nb6O17，研究发现该催化剂在有助剂NiO存在的条件下能将纯水光催化分解成氢和氧,无助剂时也能从甲醇水溶液中光催化析氢。
随后许多有关铌酸盐及其改性催化剂的研制相继展开,并逐渐活跃起来。
5，主族金属氧化物光催化剂采用固态反应法制备了In类新组成铬掺杂Ba2In2O5/In2O3复合氧化物半导体光催化剂 ,能够有效地提高光催化分解水。
在有Pt或NiO助剂存在的条件下,分别在可见光和紫外光下考察了光催化分解甲醇水溶液或纯水析氢的性能，研究发现,这种复合组分光催化剂表现出了比单一组分高的析氢活性,这些光物理和光催化性能与这种复合材料的能带结构、载流的激发-分离-迁移密切相关。
用同样的方法他们合成了另一种锌掺杂的Ga类多组分复合材料，这种新颖的光催化剂能够在紫外光下以化学计量比将水分解成氢和氧。
6，其它过渡金属氧化物光催化剂除前面提到的这些光催化剂外,一些其它过渡金属氧化物光催化剂的研究也比较活跃，对于双钙钛矿结构的Ca2NiWO6复合光催化剂的合成、能带结构和光催化活性的研究发现,该催化剂虽然在可见光有吸收,但可见光条件下并不能从甲醇水溶液中析氢。
上面介绍了几种半导体光催化剂，其实还有很多，但由于篇幅有限不能一一叙述，可以说，经过了几十年的发展，半导体光催化剂有了长足的进步，有些甚至已经得到了商业化的应用，相信半导体光催化剂还有更大的进步空间。
二、发展趋势和前景展望半导体光催化剂的研制经过长期的发展,长期围绕高效稳定的总目标,从简单半导体光催化剂的研制逐步向多元化、功能化发展。
可以说，今后若干年，探索可见光区宽谱高效光电解水半导体光催化剂和电解液的研究仍将是不变的主题之一，主要研究方法仍然是掺杂改性或者结构改性。