可见光区光催化分解水制氢的研究进展_苏暐光
光催化水分解制氢技术的进展
光催化水分解制氢技术的进展氢气作为一种环保、高能量密度的燃料，受到了广泛关注。
目前，国内外学术界和工业界都在不断探索新的制氢技术，其中光催化水分解制氢技术备受瞩目。
本文将介绍光催化水分解制氢技术的原理、材料和设备、研究进展以及前景展望。
一、原理光催化水分解制氢技术利用光能激发半导体材料产生电子-空穴对，进而催化水分子的分解，释放出氢气。
这一过程主要包括光吸收、电子-空穴分离、氧气发生反应和氢气发生反应四个步骤。
在光吸收阶段，半导体材料吸收光能，电子从价带跃迁至导带，产生电子-空穴对。
接下来，电子-空穴对被分离，电子通过导带流动到阳极，而空穴则流向阴极。
在氧气发生反应阶段，电子与水中的氧气发生氧还原反应，产生氧化还原活性位点。
而空穴与水中的氢离子发生氢还原反应，产生氢气。
这两个反应共同推动了水的分解。
二、材料和设备光催化水分解制氢技术的核心在于光催化剂的选择。
常用的光催化剂包括金属氧化物、半导体材料和有机-无机复合材料等。
金属氧化物主要包括二氧化钛、氧化锌等。
半导体材料则包括氮化硅、硫化镉等。
有机-无机复合材料则是将半导体材料与有机分子进行复合。
此外，还需要光源、电解池和电子传输层。
光源提供所需的光能，电解池用于收集产生的氢气，而电子传输层则负责将导电材料和催化剂连接起来，促进电子传输。
三、研究进展光催化水分解制氢技术自提出以来，经历了多年的研究和探索，取得了一系列重要进展。
1. 材料优化研究人员通过调控光催化剂的结构和成分，提高其光吸收能力和光生电子-空穴对的分离效率。
例如，采用纳米结构材料可以增加光吸收表面积，提高光催化效果。
2. 催化剂设计针对氧气发生反应和氢气发生反应，研究人员还设计了不同类型的催化剂。
某些催化剂具有优异的氧还原和氢还原催化活性，能够提高制氢效率。
3. 能源可持续性为了实现对可再生能源的利用，研究人员开始探索使用太阳能、风能等可再生能源作为光源，结合光催化水分解技术实现制氢。
光催化水分解制氢技术的研究进展
光催化水分解制氢技术的研究进展随着全球能源需求的不断增长以及环境问题的日益突显，清洁能源的开发和利用成为了人类关注的焦点。
氢能作为一种清洁、高能量密度的能源媒介，备受研究者的关注。
然而，有效、经济地制备氢气仍然是一个具有挑战性的问题。
光催化水分解制氢技术作为一种可持续、环保的制氢方法，正在获得越来越多的关注和研究。
光催化水分解制氢是利用光催化材料吸收太阳能，并将其转化为化学能的过程。
实现光催化水分解制氢主要涉及两个关键步骤：水溶液中的光生载流子的产生和将光生载流子转化为氢气和氧气的催化反应。
在这个过程中，催化剂起到了至关重要的作用。
当前，以半导体材料为基础的催化剂是光催化水分解制氢技术的主要研究方向之一。
例如，二氧化钛（TiO2）是广泛研究的光催化剂之一。
然而，纯二氧化钛表现出较大的能带间隙，仅能吸收紫外光，限制了其在可见光范围内的应用。
为了拓宽光吸收范围，研究人员进行了多种改性。
例如，通过离子掺杂或负载适量的金属纳米颗粒等方法，改善材料的光催化性能。
此外，一些新型的材料催化剂也受到了广泛研究。
例如，铁基或钼基催化剂在光催化制氢研究中显示出良好的催化活性和稳定性。
这些新型催化剂不仅能够有效地利用可见光，而且其优异的光电催化性能在提高效率和抑制光生电子-空穴对的复合方面具有优势。
除了光催化剂的研究外，反应条件的优化也是光催化水分解制氢领域的重要研究方向之一。
反应的温度、光照强度、溶液酸碱度等都对催化剂的性能和氢气生成速率有着重要影响。
因此，通过合理调控这些反应条件，可以提高光催化水分解制氢的效率。
光催化水分解制氢技术的研究进展不仅依赖于催化剂的设计和合成，还需要对光催化机理进行深入研究。
实验和计算相结合的方法被广泛应用于光催化机理的研究。
通过实验手段，研究人员可以发现反应中的中间体和活性物种，并理解光催化反应过程中的能量传递。
同时，计算手段可以对催化剂的结构和性质进行模拟和预测，为催化剂的设计提供指导。
光催化分解水制氢催化剂的研究进展
光催化分解水制氢催化剂的研究进展宋华;汪淑影;李锋【摘要】太阳光光催化分解水制取氢气作为一种环境友好的再生能源制备技术被进行了大量的研究,这种技术被认为是最终的解决能源和环境问题的最佳途径.在可见光照射下光解水制氢的关键是光催化剂的制备.介绍了利用光解水制氢的几种光催化剂:TiO2及钛酸盐光催化剂、铌酸盐光催化剂、钽酸盐光催化剂、钒酸盐光催化剂、钨酸盐光催化剂等的研究进展.综述了提高光催化剂反应活性的途径,其中主要包括光催化剂纳米化法、离子掺杂法、半导体复合法.展望了该领域未来的研究方向.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2010(039)002【总页数】4页(P202-205)【关键词】光催化;光催化剂;氢气【作者】宋华;汪淑影;李锋【作者单位】大庆石油学院化学学工学院,黑龙江,大庆,163318;大庆石油学院化学学工学院,黑龙江,大庆,163318;大庆石油学院化学学工学院,黑龙江,大庆,163318【正文语种】中文【中图分类】TQ031.3化石能源燃烧引起的环境污染和温室效应，促使人们不得不寻找新的能源。
所有能源中氢气作为无污染可再生的能源，无疑是继石油、煤和天然气等非再生能源之后，最有前景的新一代能源。
太阳一秒钟内照到地球上的能量相当于500万t标准煤燃烧所释放的能量。
因此，把太阳能转化为氢能，发展高效、低成本的规模化制氢技术具有重大的社会、经济效益。
利用太阳能光电化学或光催化分解水制氢是最具吸引力的可再生能源制氢途径。
太阳能光催化制氢被认为是最终的解决能源和环境问题的最佳途径。
可见光照射下光解水制氢的关键是光催化剂的制备。
本文介绍了TiO2及钛酸盐催化剂、铌酸盐催化剂、钽酸盐催化剂、铬酸盐和钒酸盐等光催化剂的改性及制氢性能和提高光催化剂性能的途径。
1.1 TiO2及钛酸盐光催化剂TiO2是研究得最多也最深入的光催化剂。
TiO2能吸收较多的紫外光，但对可见光的吸收能力较差。
可以通过对TiO2进行改性、制备条件优化来改善TiO2对可见光的吸收性能。
光催化水分解产氢技术的研究现状及展望
光催化水分解产氢技术的研究现状及展望光催化水分解产氢技术是一种将太阳能转化为化学能的技术，这种技术可以解决能源和环境问题。
目前，光催化水分解产氢技术已经成为一个研究热点，许多研究人员都在进行相关的研究。
光催化水分解是指利用光催化剂，在阳光照射下分解水为氢气和氧气的化学反应。
这种技术可以通过可再生能源直接产生氢气，从而实现能源的转化和储存。
因此，这种技术被认为是未来可持续发展的关键技术之一。
现在，光催化水分解产氢技术存在一些技术难点，如光催化剂的设计与合成、材料表面的修饰、光催化反应机理等。
其中，光催化剂的研发是解决光催化水分解产氢技术的难点之一。
目前已经合成出了多种光催化剂，如纳米晶体材料、金属氧化物和碳材料等。
纳米晶体材料是当前最具应用前景的光催化材料之一。
采用纳米晶体材料制备的催化剂具有大比表面积、高光吸收率和强的光催化活性等特点。
这样的催化剂可以有效地促进光催化反应的进程，从而提高光催化产氢效率。
与此同时，表面修饰也是光催化剂的研究热点之一。
表面修饰可以优化催化剂的结构，从而提高催化剂对阳光的吸收和利用。
例如，合成了表面富含氧功能基团的二氧化钛催化剂，这种催化剂的表面具有更多的氧含量，可增强其与水分子的相互作用，从而增强光催化反应的效率。
此外，对于光催化反应机理的研究也是解决光催化水分解产氢技术的难点之一。
目前，一些实验和计算方法被用来解释光催化反应的机理。
通过这些方法，研究人员可以更好地理解光催化反应的过程，从而指导光催化剂的设计和优化。
值得注意的是，尽管光催化水分解产氢技术具有很大的潜力，但其产氢效率、稳定性和经济性等方面仍然存在着一些问题。
这些问题必须得到有效解决，才能推广和应用这种新型光-化技术。
因此，未来研究方向包括优化催化剂结构与组成、控制催化反应条件、构建高效光催化体系等等。
研究表明，光催化水分解技术是未来发展的趋势之一，它具有很大的应用前景和可持续性。
因此，我们需要加强各种研究和探索，推动光催化水分解产氢技术的发展，并为现代能源的革命做出贡献。
太阳能光催化分解水制氢技术研究进展
太阳能光催化分解水制氢技术研究进展太阳能光催化分解水制氢技术的研究已经成为全球能源领域的一个热点，其目的是通过使用太阳能来驱动水的分解，生产出氢气，这种氢气被认为是未来能源的替代品，在减少碳排放和保护环境方面具有重要的意义。
一、太阳能光催化分解水制氢原理太阳能光催化分解水制氢技术的基本原理是利用光催化剂和太阳能光合作用，将水分子分解成氧气和氢气。
一般而言，光催化剂可以通过吸收太阳光的能量来激发电子，这些电子和空穴对随即在催化剂表面进行一系列的反应，并促进水的光分解，生成氢气和氧气两种气体。
二、太阳能光催化分解水制氢技术的研究进展太阳能光催化分解水制氢技术是一项非常复杂的工程，需要涉及到多个领域的研究，如光学、化学和材料科学等。
目前，全球在这个领域的研究已经取得了很多进展，主要表现在以下几个方面：1. 研究催化剂的种类和性质太阳能光催化分解水制氢技术中催化剂的性质对反应的效率和选择性起着非常重要的作用。
因此，研究人员一直在探索新的催化剂，如二氧化钛、氧化锌、氧化铟等。
此外，人们还试图在催化剂上添加其他元素或化合物，以提高催化剂的光吸收能力和活性。
2. 增加光催化剂的光吸收能力太阳能光催化分解水制氢技术需要的能量来自太阳光，因此催化剂的光吸收能力是非常关键的。
研究人员目前正在进行的工作包括增加催化剂的表面积、制备纳米级别的催化剂以及在催化剂表面上引入量子点等。
3. 提高光催化反应的效率和选择性光催化技术中反应的效率和选择性是非常重要的指标，也是研究人员一直在努力提高的方面。
为了提高效率和选择性，研究人员在催化剂的选择、反应条件的控制以及反应机理的研究上都进行了大量的工作。
4. 开发高效的太阳能收集系统太阳能光催化分解水制氢技术需要大量的太阳能来驱动水的分解。
因此，开发高效的太阳能收集系统也是当前研究的重要方向之一。
研究人员开发的太阳能收集系统包括使用反射器和光学透镜来聚焦太阳能、开发高效的光伏电池等。
光催化分解水制氢研究新进展-分子催化
Ｖ ｏ ｌ ． ２ １ ， Ｎ ｏ ． ６ ㊀ Ｄ ｅ ｃ ． ㊀２ ０ ０ ７ ㊀
光催化分解水制氢研究新进展
， ２ 李秋叶１ ，吕功煊
（ １ ． 中国科学院兰州化学物理研究所 羰基合成与选择氧化国家重点实验室，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ； ２ ． 中国科学院研究生院，北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
［ ４ ６ ］ 道结构的 Ｂ ａ Ｔ ｉ Ｏ ．作为层状复合氧化物的 ４ ９等
．我们重点讨论了近几年来光催化制
氢的研究进展，包括钽酸盐和钙钛矿结构的复合氧
０ １ ０ 化物在紫外光下光催化分解水制氢，具有 ｄ ，ｄ 电
子构型的氮氧化物和固溶体催化剂、 以及染料敏化 光催化剂在可见光下光催化制氢的新进展．
bae等报道了联吡啶钌敏化pt在可见光下光催化制氢但是产氢率较低仅有50dhanalakshmi等对rudcpy催化剂在可见光下光催化产氢进行了系统的研究发现担载贵金属以及吸附染料之后光催化活性明显提高并且考察了金属的最佳担载量以及染料的最佳吸附量超过此值后效果明显下28mlh腈水溶液中光催化制氢量子效率达到5他还研究了曙红敏化的pt在520nm处最高的量子效率达到1043li等以pt为催化剂将染料罗丹明的降解与可见光催化产氢巧妙地结合起来为污染物的降解和新能源的制备另辟蹊径可以说是一种很独特的方法46除了以上介绍的常见染料敏化体系还有一些比较特殊的如du等制备了三吡啶铂炔化物用甲基紫精作为淬灭剂和电子转移介质在牺牲体系三乙醇胺中考察了其还原水制氢的活性47常见染料的最大吸收波长tabelabsorptionwavelengthmaximawidelyuseddyesdyeclassmaxnmthionineththiazines596toluidinebluetbhiazines630methylenebluembthiazines665newmethylenebluethiazines650azurethiazines635azurethiazines647azurethiazines620phenosafraninpsfphenazines520safraninosafosophenazines520safranintsaftstphenazines520neutralrednrphenazines534fluoresceinxanthenes490erythrosinxanthenes530erythrosinxanthenes525rhodaminbrhxanthenes551rosebengalxanthenes550pyronineypyxanthenes545eosinxanthenes514rhodamin6gxanthenes524acridineorangeaoacridines492proflavinpfacridines444acridineyellowayacridines442fusiontriphenylmethanederivatives545crystalviolettriphenylmethanederivatives578malachitegreentriphenylmet
光电催化水解制氢的研究进展
光电催化水解制氢的研究进展随着全球对可再生能源需求的增加，研究人员们致力于寻找新的制氢技术，以提高氢能源的生产效率和环境友好性。
光电催化水解制氢作为一种潜在的绿色制氢方法，近年来备受关注。
本文将探讨光电催化水解制氢的研究进展，并讨论其在可持续能源领域的应用前景。
一、光电催化水解制氢的原理光电催化水解制氢利用光催化剂在太阳光的作用下，将水分解成氢气和氧气。
常见的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化铋（Bi2O3）等，它们能够吸收太阳光的能量，带动水的分解反应。
在光电催化水解制氢过程中，光源的选取、催化剂的优化以及反应条件的控制是关键的因素。
二、光电催化水解制氢的研究进展1. 光催化剂的开发与改进为了提高光电催化水解制氢的效率，研究人员们致力于开发和改进光催化剂。
目前，许多新型光催化材料，如金属有机框架（MOFs）、半导体量子点（QDs）等被用于光电催化水解制氢。
这些新型材料具有较高的光吸收能力和电子传输性能，能够提高制氢效率。
2. 光电催化剂的表面修饰与调控为了提高光催化剂的光吸收能力和电子传输效率，研究人员们通过表面修饰和调控来改进催化剂的性质。
例如，通过修饰金属催化剂的表面，可以调控其光电荷分离和传输过程，进而提高光催化制氢的效率。
3. 反应条件的控制与优化反应条件的控制与优化对于光电催化水解制氢的效率和选择性具有重要影响。
研究人员们通过调节反应温度、光照强度、溶液酸碱度等条件，来提高制氢的产率和选择性。
此外，利用半导体异质结构、载流子传输等技术，也可实现对反应条件的优化。
三、光电催化水解制氢的应用前景光电催化水解制氢在可持续能源领域具有广阔的应用前景。
首先，该技术可以利用太阳能进行氢能源的高效转换，减少对传统能源的依赖。
其次，光电催化制氢是一种清洁的制氢方法，不产生CO2等有害气体，对环境友好。
而且，光电催化制氢具有可调控性强、响应速度快的特点，适用于小规模和大规模的制氢需求。
结论光电催化水解制氢作为一种新型绿色制氢技术，具有潜在的应用前景。
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。
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21 SOLAR ENERGY 09/2013
SOLAR ENERGY
太 阳 能 技术产品与工程
制氢的现象[1]，该领域迅速成为国际前沿和研究热 点。在这项研究工作之后，世界各国的科学家除了 对 TiO2 光催化剂进行大量系统的研究外，还合成 了大量新型的半导体光催化剂材料[2～5]。但到目前 为止，大部分光催化剂半导体只在紫外光区有响 应，而紫外光在太阳光能量中的比例不足 5%，可 见光则约占太阳光总能量的 43%，因此研究和开 发高效、稳定、廉价的可见光光催化剂是提高太阳 能利用效率的关键。本文综述了近年来可见光区 光催化分解水制氢的研究进展。
Domen 等[13]用 NH3 高温氮化 Ta2O5 制备了 N 原子部分或完全取代 O 原子的钽基氮氧化物 TaON 和 Ta3N5。Ta2O5 的带宽为 3.9eV，仅仅能吸 收紫外光，但是TaON 及Ta3N5的吸收边分别红移 到了 2.4 eV 和 2.1eV，对可见光有很强的吸收，而 且TaON和Ta3N5满足光催化分解水同时产氢和产 氧的条件[14]。作者通过高温高压氨气对合成的 Ta3N5 催化剂进行后处理，经处理的催化剂产氢活 性比未处理的催化剂活性提高了 5 倍[15]。
2005 年 Domen 研究小组[16]将 Ga2O3 和 ZnO 的 混合物进行高温氮化制备了 (Ga1-xZnx)(N1-xOx)固溶 体催化剂，XRD 显示(Ga1-xZnx)(N1-xOx)具有与 GaN 和 ZnO 相同的纤维锌矿结构，可认为是 GaN 和 ZnO 形成的固溶体。GaN和ZnO的禁带宽度分别为3.4eV 和 3.2eV，均只能吸收紫外光，但形成的固溶体 (Ga1-xZnx)(N1-xOx)却在可见光区有明显的吸收。该 固溶体光催化剂在300～480nm波长范围内的平均 量子效率为 0.14%。在随后的工作中，该研究组[17] 通过添加助剂 Rh和 Cr 的混合氧化物后，显著提高 了该固溶体催化剂的光催化产氢活性，4 20 ～ 440nm可见光区的平均量子效率达到了2.5%。通过 对光催化剂进行加热后处理，该研究组在固溶体
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的TiO2−xNx催化剂薄膜，该薄膜在可见光区具有一 定的吸收，并且在可见光下能降解亚甲基蓝和甲 醛气体。在此工作之后，Khan 研究小组[11]将金属 钛片在天然气气氛中煅烧制备了C掺杂的TiO2−xCx 碳化物催化剂，由于碳的掺杂，TiO2−xCx 可吸收波 长小于 535nm 的部分可见光。在施加 0.3V 的偏压 后，该催化剂分解水产氢的最大光转换效率达到 了 8.35%。这两个工作开创了可见光 TiO2 光催化 剂研究的先河，并且将其理念扩展到了其他光催 化体系，极大地促进了可见光光催化剂研究的发 展。2010 年 Zuo F 等人[12]通过一步燃烧法制备了 部分还原态 TiO2，EPR 证实 TiO2 的体相存在 Ti3+ 离子，UV-Vis 吸收光谱表明 Ti3+ 离子将 TiO2 的吸 收边扩展到了可见区，使得该 TiO2 催化剂具有较 高的可见光光催化产氢活性。
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太 阳 能 技术产品与工程
要低，光生空穴会从 CdS 转移到 LaMnO3 上，然后 发生氧化反应；质子的还原反应则在 CdS 表面发 生。同样光生电子－空穴的分离效率得到了提高， 光催化活性也有了很大的改善。周鹏等人[27]以 Na2S 为硫源，通过共沉淀法制备了 ZnS-CdS/SiO2 复合光催化剂，并且形成了以ZnS 为外层，以CdS 为壳的包覆型结构，提高了电子－空穴对的分离 效率和对光能的利用效率，从而增加了光催化产 氢活性。Li 等[28]采用溶剂热的方法合成了石墨烯 修饰的 CdS 复合材料，此纳米复合催化剂在可见 光照射下光催化产氢速率达到了 1.12mmol/h，是 纯 CdS 纳米粒子产氢活性的 6 倍，420nm 波长处 的表观产氢量子效率高达 22.5%。作者认为石墨 烯作为电子收集器延长了CdS中光生载流子的寿 命是该复合体系高活性的主要原因。Ge等人[29]用 化学浸渍法合成了 CdS 量子点耦合石墨状 C3N4 形成的复合光催化剂，研究发现C3N4与 CdS的协 同作用促进了光生载流子的高效分离，该复合光 催化剂在可见光区的产氢速率是纯 C3N4 催化剂 的 9 倍。
3 硫化物光催化体系 CdS半导体是人们研究最多的具有可见光响应 的硫化物光催化剂，它的禁带宽度为 2.4eV，可吸 收波长小于 510nm的太阳光。1981 年，Gratzel[20]报 道了 Pt 和 RuO2 共担载的 CdS 光催化体系可等化学 计量比的分解纯水为氢气和氧气，但是否能采用 CdS 光催化产氧目前还存在着很大的争议。影响 CdS的光催化产氢活性的因素有很多，例如CdS的 晶体结构和制备方法[21, 22]、CdS的助催化剂结构和 类型[23]、反应所用牺牲剂、反应温度、反应液 pH 值等[24]。 Jang 等[25]利用 TiO2 来修饰 CdS 纳米线，制备 出了 TiO2/CdS 复合可见光催化剂。当用可见光照 射该复合体系时，CdS 吸收可见光产生光生电子 －空穴对。由于 CdS 的导带位置比 TiO2 更高，光 生电子就从 CdS 的导带转移到 TiO2 的导带上，在 TiO2 表面上发生还原反应；空穴则继续留在 CdS 的价带中，在 CdS 的表面发生氧化反应，这样就 实现了光生电子－空穴在空间上的分离，大大提 高了其分离效率，进而提高了光催化活性。日本的 Kida 研究组[26]开发了 CdS-LaMnO3 复合光催化体 系，在该体系中单独的 CdS 仅有少量的产氢活性， 单独的LaMnO3没有产氢活性。但是将两者耦合以 后 CdS-LaMnO3 复合光催化剂的产氢活性有了很 大的提高。作者认为 CdS 的价带比 LaMnO3 的价带
二 光催化分解水的基本原理 当用一束光子能量高于半导体禁带宽度的光
照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁， 从价带跃迁至导带，在导带产生电子e-，在价带生 成空穴 h+。光生电子和空穴因库仑相互作用被束 缚形成电子－空穴对，这种电子－空穴对根据其 能量具有一定的还原和氧化能力。光生电子和空 穴对产生后会向催化剂表面迁移，在迁移过程中， 大部分光生电子和空穴会发生体相和表面复合过 程，导致光催化剂效率低下。当光生电子迁移到光 催化剂表面被捕获后，在适合的条件下会与吸附 物种 H+ 发生还原反应生成 H2，而空穴则会与吸附 物种 OH- 发生氧化反应生成 O2。由于分解纯水的 艷 值为 237.2kJ/mol，因此从热力学的角度考虑， 分解水的反应非常难以进行，需要提供一定的外 界能量，理论上半导体的禁带宽度要大于 1.23eV 才可能实现水的分解反应。但实际上还存在光能 损失、电化学中的过电位、反应物吸附、产物脱附 等多方面的要求，一般认为最合适的禁带宽度约 为 1.8eV。
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五 结论 本文对天津大学 10kWp 非晶硅光伏直接并网
系统进行了介绍。随着光伏器件价格的不断下降和 国家对光伏产业的政策扶持，光伏发电必将会成为 能源结构中的重要组成因素。通过对其一部分时间 的监测，目前仍需进一步研究的光伏并网问题为：
(1) 选址问题：光伏直接并网系统选址需考虑 到当地的气候因素、负荷情况以及并入电网的等 级和容量问题，而光伏组件往往对占地面积需求 较大，建议推广光伏屋顶并网系统。
三 可见光半导体光催化材料 1 氧化物光催化体系 由于 O2p轨道能量较高导致氧化物半导体带
宽较大，一般只能吸收紫外光，在可见光下能分 解水产氢的氧化物半导体数量非常少，但是通过
对催化剂的金属组分进行适当的调变，人们设计 合成了多种在可见光下可分解水产氢的光催化剂。 韩国的 Lee 小组[6]合成了一种新型的 PbBi2Nb2O9 光催化剂，其禁带宽度为 2.88eV，对可见光有很 好的吸收。以甲醇为牺牲剂，用 λ>420nm 的可见 光照射含有 1wt%Pt/PbBi2Nb2O9 光催化剂的反应 溶液时，产氢速率为7.6µmol/h，量子效率为0.95%， 而且该催化剂在光照条件下能够保持稳定。2001 年邹志刚等[7]报道了 Ni 掺杂的 InTaO4 光催化材 料，在世界范围内首次实现了可见光照射下纯水 分解，虽然量子产率很低，但是该研究为太阳能 分解水制氢这一关键技术的突破奠定了基础。 2008 年，上官文峰研究组和日本 Teroaka 小组合 作制备了BiYWO6氧化物固溶体光催化体系[8]。该 催化剂可认为是 Bi2WO6 和 Y2WO6 两种半导体组 成的固溶体，它的导带由 Y4d+W5p+Bi6p 共同组 成，其价带由 Bi6s+O2p 组成，由于 Bi6s 的参与 使得催化剂价带位置提高，禁带宽度为 2.71eV， 在可见光区具有很好的吸收。担载贵金属助剂的 BiYWO6 可在可见光照射下分解纯水同时产生氢 气和氧气。唐新德等人[9]采用固相法制备了 Cr 掺 杂的光催化剂 Sm2InN b O 7，研究表明 Cr 对 Sm2InNbO7 的适量掺杂不会改变原晶体的结构， 而且 Cr 的掺杂使得 Sm2InNbO7 在可见光区的光吸 收呈明显增加趋势，当 Cr 的掺杂量为 2% 时，可 见光催化分解水析氢速率为掺杂改性前析氢速率 的 3.9 倍。