最新光催化分解水材料研究总结全解
《2024年MXene基纳米材料的制备及光催化降解水中有机污染物的性能研究》范文
《MXene基纳米材料的制备及光催化降解水中有机污染物的性能研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，水体污染问题日益严重，特别是由于有机污染物的排放。
这些有机污染物往往难以被常规的水处理技术完全去除，因此，寻找高效、环保的污水处理技术成为当前研究的热点。
MXene基纳米材料作为一种新型的二维材料，因其独特的物理化学性质，在光催化领域展现出巨大的应用潜力。
本文将详细介绍MXene基纳米材料的制备方法，并对其在光催化降解水中有机污染物的性能进行研究。
二、MXene基纳米材料的制备MXene是一种新型的二维材料，具有优异的电学、热学和光学性能。
其制备过程主要包括刻蚀MAX相中的A元素，从而得到二维的MXene结构。
制备MXene基纳米材料的方法主要包括化学液相剥离法、热剥离法等。
在本研究中，我们采用化学液相剥离法来制备MXene基纳米材料。
首先，将MAX相粉末分散在酸性溶液中，通过刻蚀A元素得到MXene。
然后，利用超声波细胞破碎仪对MXene进行剥离，得到MXene基纳米材料。
最后，通过离心、洗涤、干燥等步骤得到纯净的MXene基纳米材料。
三、光催化降解水中有机污染物性能研究1. 实验材料与方法本实验选用常见的有机污染物如甲基橙、罗丹明B等作为目标污染物。
将制备得到的MXene基纳米材料作为光催化剂，在模拟太阳光照射下进行光催化降解实验。
通过测定降解过程中有机污染物的浓度变化，评估MXene基纳米材料的光催化性能。
2. 结果与讨论（1）光催化活性实验结果表明，MXene基纳米材料具有优异的光催化活性。
在模拟太阳光照射下，能够有效地降解甲基橙、罗丹明B等有机污染物。
随着光照时间的延长，有机污染物的降解率逐渐提高。
这主要归因于MXene基纳米材料具有较高的比表面积和良好的光吸收性能，能够提供更多的活性位点，并有效地吸收和利用光能。
（2）稳定性与可重复性MXene基纳米材料具有良好的稳定性和可重复性。
在多次光催化降解实验中，其光催化性能没有明显降低。
光催化半解水和全解水
光催化半解水和全解水光催化半解水和全解水：绿色能源的新篇章随着全球能源危机的加剧和环境污染的日益严重，人们对可再生能源的关注度逐渐上升。
其中，光催化技术因其可将太阳能直接转化为化学能，被认为是一种具有广泛应用前景的绿色能源。
本文将简要介绍光催化半解水和全解水的概念、作用、优势及在我国的研究与发展现状，并探讨其可持续性与环保意义。
一、光催化半解水与全解水的概念与区别光催化半解水是指利用光催化剂将水分解为氢气和氧气的一种技术。
半解水过程中，光催化剂只能将水分解为氢气，而不能进一步将氢气氧化为水。
全解水则是指光催化剂在光照条件下，将水分解为氢气和氧气，同时实现氢气的氧化和还原。
二、光催化半解水的作用与优势光催化半解水技术具有以下优势：1.太阳能利用率高：光催化半解水可以直接将太阳能转化为化学能，无需经过其他能量转换过程，从而提高太阳能利用率。
2.环保：光催化半解水过程中无污染物排放，可实现绿色生产。
3.可持续性强：光催化半解水使用的光催化剂具有较长的使用寿命，可实现资源的持续利用。
4.应用领域广泛：光催化半解水技术可应用于氢能源、生物燃料、化学制品等多个领域。
三、光催化全解水的应用领域与前景光催化全解水技术具有以下应用领域：1.氢能源：光催化全解水可大规模生产氢气，为氢能燃料电池等提供清洁能源。
2.生物燃料：光催化全解水生产的氧气可作为生物燃料生产过程中的氧化剂，提高燃料产率。
3.化学制品：光催化全解水可生产一系列高附加值的化学制品，为化工行业提供新的原料来源。
四、我国在光催化水解水技术的研究与发展我国光催化水解水技术在近年来取得了显著的研究成果，包括光催化剂的研发、反应器设计、工艺优化等方面。
我国科研人员已成功研发出多种高效光催化剂，如二氧化钛、硫化镉等，并在实验室条件下实现了较高的水分解效率。
此外，我国还在积极探索新型光催化反应器，以提高光催化全解水的产率。
五、光催化水解水的可持续性与环保意义光催化水解水技术具有显著的可持续性和环保意义。
光催化降解废水技术的研究与优化
光催化降解废水技术的研究与优化随着工业化进程的不断加快和人们生活水平的提高，废水排放问题日益凸显。
废水中含有大量的有机物、重金属、色素等有害物质，对环境和人类健康带来威胁。
因此，如何有效降解废水中的有害物质，一直是环保领域研究的重要课题。
光催化降解废水技术是一种新型的治理废水的方法，其利用半导体光催化原理，通过吸收光子激活催化剂，达到降解废水中有害物质的目的。
该技术具有高效、环保、无二次污染等优点，近年来引起了广泛关注。
光催化降解废水技术的基本原理光催化技术是利用光催化剂吸收太阳光中的光子，进而激发电荷，使其具有氧化还原能力，从而实现有害物质的降解。
半导体是目前光催化剂中应用最广泛的一种，其具有较高的光吸收率和光电转化效率。
光催化降解废水技术的步骤包括废水预处理、光催化反应和废水后处理。
废水预处理主要是为了去除废水中的悬浮固体和杂质，避免对后续的催化反应造成干扰；光催化反应则是将经预处理后的水与光催化剂接触，利用光照使光催化剂激发电荷，通过氧化还原反应从而降解有害物质；废水后处理则是去除催化剂残留和产生的化学产物，保证废水达到国家环保标准。
优化光催化降解废水技术的因素光催化降解废水技术的效果和效率受到多种因素的影响。
光催化剂选择是影响光催化效率的关键因素之一，其中最常用的是二氧化钛。
二氧化钛具有较高的光吸收率和稳定性，被广泛应用于光催化降解废水技术中。
另外，光照强度和光照时间也是影响光催化效率的重要因素之一，针对具体废水的降解需求，可以合理调整这两个参数。
废水的pH值也是光催化效率的重要影响因素之一。
一般来说，废水的pH值在7-9之间时，降解效率最高。
此外，废水中的有机物质种类和浓度、温度和气氛等因素也会影响光催化效果。
因此，在具体操作过程中，需要综合考虑多个因素，并在不同情况下进行光催化效率的优化调整。
未来光催化降解废水技术的发展方向目前，光催化降解废水技术已经得到了广泛应用，并在不断完善优化中。
光催化全分解水
光催化全分解水光催化全分解水是光电催化的水分解过程，是未来提供资源和能源的重要技术。
研究显示，光催化全分解水可以将水分解为氢气和溶氧，可以将水分解为可再利用的元素，从而变废为宝。
光催化全分解水是按照一定的步骤进行的，首先经过水的表面处理，然后将化学物质的能量转化为光能，使水分子受光照射，随后出现水解反应，水分子经吸收光能而分解产生氢气和溶氧，根据所采用的不同技术实现光催化水解分解，如电压、化学水分解技术和催化剂。
光催化全分解水技术具有许多优点，如高效率、减少环境污染、低能耗等优点。
高效率是指它可以将能量转化率提高到９０％以上，这对绿色能源的发展非常重要。
减少环境污染，是由于它不产生任何有害的废气，且实现环境污染物的完全降解。
一方面，它可以节省大量的能源，另一方面，可以缓解对石油的依赖，减少对石油的使用。
光催化全分解水技术的实现还需要通过制备可用的催化剂和采用新的同舍学等方法。
另外，改善传统光电催化过程中出现的各种不足，以及提高新型光电催化过程中产物利用率，是实现光催化全分解水过程的关键技术。
总之，光催化全分解水具有许多优点，是未来营造可持续能源经济的重要技术，这是资源和能源发展的重要支持。
随着光电技术和催化技术的发展，光催化全分解水的应用将有望突破既有的技术限制，得到进一步的发展与应用。
Photocatalytic full water splitting is a photocatalytic water-splittingprocess and is an important technology for providing resources and energy inthe future. Studies have shown that photocatalytic full water splitting cansplit water into hydrogen and dissolved oxygen, which can be converted into reusable elements, thus turning waste into treasure.Photocatalytic full water splitting is carried out in certain steps. Firstly, the surface of the water is processed, and then the energy of the chemical is converted into light energy, so that the water molecules are irradiated with light. Then hydrolysis reaction occurs, and the water molecules absorb thelight energy and decompose to produce hydrogen and dissolved oxygen. Depending on the different technologies used, photocatalytic hydrolysis can be achieved, such as voltage, chemical hydrolysis technology, and catalysts.Photocatalytic full water splitting technology has many advantages, such as high efficiency, reduced environmental pollution, low energy consumption, etc. High efficiency means that it can increase the energy conversion rate to more than 90%, which is very important for the development of green energy. Reducing environmental pollution is due to the fact that it does not generate any harmful exhaust gas, and complete degradation of pollutants can be achieved. On the one hand, it can save a lot of energy, on the other hand, it can reduce dependence on oil and reduce the use of oil.The realization of photocatalytic full water splitting also requires the preparation of available catalysts and the adoption of new reactions. In。
半导体光催化全分解水的最新研究进展
导体 ， ｅ 基 半导体、 Ｇａ 基半导体 ， 层状金 属氧化物 ， 具有 ｄ ｏ 、 ｄ 电子构型 的半 导体和 Ｚ型反 应体 系， 分析 了光催 化效 率 的影响 因素， 并对未 来做 出了展 望。
关 键 词 半导体 全分解水 ｚ型反应体系 光催化效率
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｂ ３ ４
能 源危 机和 环 境 污染 已成 为 制 约 当代 人 类 发 展 的 主 要
问题 。 自 １ ９世 纪工 业 革命 以来 ， 人 类 赖 以生 存 的 能 源 主要
反应 ， 反 应 中光能 将 转 变 为 化学 能 。在 标 准 状 态下 ， 若 要 把
１ ｍ ｏ ｌ 的水分 解 为氢气 和氧气 ， 需要 ２ ３ ７ ｋ Ｊ 的能量 。
ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ｌ ｉ ｋ ｅ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ，Ｇｅ ｏ ｒ Ｇａ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ，ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｓ ，ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ — ｔ ｏ ｒ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｏ ｏ ｒ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｚ － ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ．ａ ｒ ｅ ｉ ｎ — ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ｏ ｕ ｔ ｌ ｏ ｏ ｋ ｆ ｏ ｒ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ — ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．
光催化降解废水的新型材料开发
光催化降解废水的新型材料开发废水处理是环境保护领域的重要课题之一。
传统的废水处理方法往往耗时费力，且无法完全去除有害物质。
随着科技的进步，一种新型材料在废水处理领域崭露头角——光催化材料。
光催化材料利用光能携带电子，通过激发光子使废水中有害物质发生催化分解，从而达到去除废水污染物的效果。
一、光催化材料的基本原理和应用示例光催化材料是指能够吸收可见光或紫外光，将光能转化为化学能，并加速废水中有害物质的降解。
其中最为常见的是钛酸盐光催化材料。
这种材料具有高度的光吸收和催化活性，可应用于废水中众多有机和无机物质的降解。
以有机物降解为例，当光线照射到光催化材料上时，钛酸盐表面活化氧化剂（如氢氧自由基），通过一系列催化反应将有机物质分解成无害的CO2和H2O。
这一过程利用了光催化材料的催化性能，达到了高效去除有机物的目的。
除了有机物的降解，光催化材料在无机物的处理中也发挥着重要作用。
比如，利用光催化材料降解废水中的重金属离子污染物，可以将其转化为稳定的金属氧化物。
这种方法不仅能够去除废水中的有害物质，还能将其转化为无害且易于回收利用的材料。
二、光催化材料的研究进展光催化材料的研究近年来取得了许多重要进展。
科学家们通过改变材料结构和成分，提高光催化材料的催化活性和稳定性。
一方面，科学家研究了不同材料的光催化性能，并发现某些结构独特的纳米材料具有较高的催化活性。
比如，氧化锌纳米线具有高比表面积和极佳的载流子传输性能，可以提高废水处理效率。
另外，一些研究者采用纳米多孔材料，如金属有机骨架（MOFs）和二维材料（如石墨烯），来增加材料的可见光吸收和光电转化效率。
另一方面，科学家还开发了一些新颖的光催化材料。
例如，一种名为过渡金属氧化物/氧化石墨烯复合材料，其具有高催化活性和稳定性。
此外，一些研究人员还尝试将稀土元素引入材料中，以提高材料的光催化性能。
三、光催化材料在实际废水处理中的应用随着光催化材料研究的深入，其在实际废水处理中的应用也逐渐扩大。
光催化水分解的研究和开发
光催化水分解的研究和开发首先，光催化水分解的原理是利用光催化剂，如二氧化钛（TiO2），吸收光能并将其转化为化学能。
当光能达到一定的能量阈值时，催化剂将水分子分解为氧气和氢气。
其中，氧气是一种清洁的副产物，而氢气可以用作燃料，具有高能量密度和零排放的特点。
光催化水分解具有以下几个优势。
首先，它是一种可再生的能源转换技术，无需外部能源输入，只需太阳光就能实现水分解。
其次，光催化水分解可以利用光能来储存能量。
光能可以通过催化剂转化为化学能，从而在需要时释放出来。
这有助于解决可再生能源的间断性和不稳定性的问题。
最后，光催化水分解产生的氢气是一种清洁的燃料，可以用于替代化石燃料，减少温室气体的排放。
目前，光催化水分解的研究和开发已经取得了一些进展。
研究人员已经开发出了许多高效的光催化剂，如金属氧化物和半导体材料，用于提高水分解效率。
此外，研究还关注提高光吸收和光电转换效率的方法，如结构优化和复合材料的设计。
这些研究有助于提高光催化水分解的效果，并减少能量损失。
然而，光催化水分解仍然面临着一些挑战。
首先是效率问题，目前的光催化剂仍然存在着光吸收和转化效率不高的问题。
此外，水分解的动力学过程也需要进一步研究，以提高分解速率。
其次是催化剂的稳定性问题，光催化剂在长时间的使用过程中容易受到环境因素的影响，导致活性的降低。
因此，需要寻找更稳定的催化剂和提高其耐久性的方法。
总结起来，光催化水分解是一种有潜力的清洁能源转换技术。
它可以利用太阳能实现水分解，产生氧气和氢气作为能源。
目前的研究和开发主要集中在改善光催化剂的效率和稳定性方面。
随着技术的不断发展和进步，相信光催化水分解将成为一种重要的能源转换和储存技术，为可持续能源发展做出贡献。
光催化分解水综述..
缺点
光激发在同一个半导体微粒上产生的电子-空穴对极易复合 不但降低了光电转换效率，同时也影响光解水同时放氢放氧
MADE BY EAST6Biblioteka 2. 半导体光催化水解制氢
2.1 半导体光解水制氢的反应历程
半导体光催化剂吸收光子,形成电子-空穴对
电荷分离并转移到表面的反应活性点上
在表面进行化学反应,从而析出氢气和氧气
MADE BY EAST
7
半导体光解水制氢的原理
以TiO2（负载Pt和RuO2）为例。TiO2为n型半导体，其 价带(VB)和导带(CB)之间的禁带宽度为3.0eV左右。当它受 到其能量相当或高于该禁带宽度的光辐照时，半导体内的电 子受激发从价带跃迁到导带，从而在导带和价带分别产生自 由电子和空穴。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离， 生成H2和O2。 表面所负载的Pt和RuO2分别能加速自由电子 向外部的迁移,促进氢气的产生和加速空穴的迁移有利于氧 气的生成
MADE BY EAST
27
Ni掺杂改性的作用
由于层间的K＋具有较好的交换特性，所以层状铌酸盐比 较容易进行改性。例如Domen等将Ni 离子引入K4Nb6O17 的 层Ⅰ中,经还原- 氧化处理后,形成的新型催化剂具有较高的 催化活性
机理 在光的作用下,Ni-O 层中生成的自由电子(e - ) 移向
BaTa2O6(Ortho) *
4.1
126
59
*水中加入少量的Ba(OH)2
MADE BY EAST
22
3.1.3 过渡金属钽酸盐
可以看出，在没有共催化剂的条件下， Activity/μmol h-1 只有 NiTa O 可以分解纯水为氢和氧；在 Catalyst 2 7 Band gap/eV 负载NiO后，ZnTa2O7也具有了光催化分 H2 O2 解水活性。而其他过渡金属钽酸盐均不 CrTaO4 2.7 2 0 能产生氧气（CuTa2O7尽管可以分解水产 MnTa2O6 3.3 0.2 0 生氧气和氢气，但产生的量太少）
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光催化分解水材料研究总结班级：xxxxx 学号：xxxxx 姓名：xxx一·研究小组简介彭绍琴：1985年毕业于南昌大学（原江西大学）无机化学专业，获理学学士学位。
1993,2-1994，6北京大学访问学者；1999年7月研究生毕业于南昌大学物理化学专业，获理学硕士学位；2005年7月研究生毕业于南昌大学材料物理与化学专业，获工学博士学位。
目前是江西省高校骨干教师，南昌大学无机化学和应用化学，长期从事无机化学、材料化学的教学和科研工作。
在无机功能材料、纳米材料、光催化领域有较长时间的工作积累，在国内外重要学术刊物上发表论文30余篇。
参与完成国家自然科学基金和“973”项目2项，主持和完成江西省自然科学基金各1项。
主持和完成江西省教育厅项目各1项。
上官文峰：日本国立长崎大学工学博士，原日本国工业技术院科学技术特别研究员，曾先后任北京大学、东京大学高级访问学者。
现任上海交通大学教授、博士生导师，机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心副主任。
主要从事环境催化与材料、光催化、太阳能制氢、燃烧排放及柴油机尾气催化净化、纳米材料制备及其功能开发等领域的研究。
主要负责承担了国家863计划、国家973计划、国家自然科学基金、上海市重点发展基金、海外合作等项目。
在Chem Commun, J Phys Chem B, Appl Catal A & B,《科学通报》等国际国内权威期刊上发表了一系列学术论文，取得日本国发明专利 4 项，并获日本政府“注目发明”奖 1 项。
获国家发明专利10 余项，获省部级科学技术进步奖 2 项。
教育部“跨世纪优秀人才”培养计划入选者，中国化学会催化专业委员会委员，中国太阳能学会氢能专业委员会委员，中国仪表材料学会理事，973计划“太阳能规模制氢的基础研究”项目专家组成员，《环境污染与防治》杂志编委，亚太纳米科技论坛ISNEPP2006、2007学术委员会委员。
李越湘：男，博士，教授，博士生导师，南昌大学科技处副处长。
南昌大学材料物理与化学重点学科光催化方向学术带头人，江西省高校中青年学科带头人，2004年获江西省科学技术协会“江西青年科学家提名”称号。
现为中国太阳学会氢能专业委员会委员,《功能材料》通讯编委。
1984年大学本科毕业于江西大学化学系，获学士学位；1996，10-1997，12国家公派到德国科隆大学（(Universitaet zu Koeln)）做访问学者，期间得到德国学术交流中心(DAAD)短期奖学金资助；2002年研究生毕业于中国科学院研究生院（兰州化学物理所），获理学博士学位；2006年6月-11月国家公派到德国汉诺威大学(Leibniz Universitaet Hannover)做高级研究学者。
长期从事光催化、无机材料、环境化学等方向的研究，已在国内外重要学术刊物上发表了学术论文50余篇，其中18篇为SCI论文，4篇为EI。
作为主要承担者完成省科技厅攻关项目一项和多项横向项目，主持和参与（排名第二）完成江西省自然科学基金各一项。
目前承担973计划（国家重点规划基础研究项目）二级子项目和省自然科学基金项目各一项。
尚世通(1985一)：男，山东省成武县人，东北电力大学硕士研究生，主要从事水质科学与技术研究工作。
宋华(1963-)：女，工学博士，教授、博导，现系大庆石油学院化学化工学院副院长，从事绿色化学及催化理论等方面的研究。
胡蕊(1985一)：女，陕西咸阳人，西北大学在读硕士研究生，师从樊君教授，从事光催化分解水制氢方面的研究。
田蒙奎（1978—）：男，贵州翁安县人，中国科学院地球化学研究所和上海交通大学联合培养博士研究生，从事光触媒材料及太阳能光解水制氢的研究。
潘商峰(1983--)：男。
河北沧县人．在读硕士，师承李越湘教授．从事光催化材料研究．其他：烟台大学教授徐爱琴、大庆石油学院化学学工学院教授李锋、化工学院教授樊君、中国科学院教授田蒙奎、上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心欧阳自远、扬州工业职业技术学院张伟，沈发治，杜彬、中国科学院潘高峰、湘潭大学化学学院朱启安，王树峰，王先友，宋方平，陈万平等（以上研究人员排名不分前后）。
二．研究内容概括2.1概述：煤和石油等化石燃料消耗量的日益增加。
其储量日益减少．终有一天这些资源将会枯竭。
这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新型能源。
氢能正是人们所期待的这种二次能源之一。
氢是自然界存在最广泛的元素。
大量存在于水中．据统计它构成了宇宙的75％。
氢作为能源有以下特点：(1)发热值很高，是汽油的3倍；(2)易储运，适应各种环境的要求；(3)本身无毒，且燃烧时只产生水，没有其他污染。
以方便而廉价的方法制备氢成为能源和环境工作者梦寐以求的愿望。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源。
1972年。
El本学者Fujishima和Honda对光照Ti02电极导致水分解产生氢的发现，揭示了太阳能制氢的可能性。
目前。
利用太阳能光解制氢的研究主要集中于光电化学法和光催化法嘲，其中以半导体光解水制氢方法经济、清洁、实用，是一种比较有前途的方法。
太阳光谱中分布最强的成分集中在可见光区，因此设计在可见光区内具有高量子产率的催化剂是充分利用太阳能、降低光催化制氢成本的关键。
本文主要介绍几种具有可见光响应的光催化剂在光解水制氢方面的应用。
2.2光催化分解水制氢的原理：水是一种非常稳定的化合物。
从水这一反应物到氢气和氧气产物的变化．是一个自由能增大的非自发反应过程。
在标准状态下若要把l mol的水分解为氢气和氧气．则需237 kJ的能量。
光催化反应可以被分为2类。
上坡反应和下坡反应，如图1所示川。
把水分解成氢气和氧气伴随的是吉布斯自由能的增加(AGo=237 kJ／m01)，该反应是一个上坡反应．把光能转化成化学能。
而光催化降解有机物是一个下坡的反应。
是不可逆的。
图2显示了在光和半导体光催化剂(以Ti02为例)的共同作用下，上述反应的实现过程。
TiO：为N型半导体，有非常好的光稳定性，因而在光催化剂的研究中有着广泛的应用前景。
Ti02的禁带宽度为3．2 eV。
能够利用太阳光中400 nm以下波长的光。
水的分解电解电压为1．23 eV，加上超电位。
最适宜的分解电压为1．8 eV左右。
当它受到其能量相当或高于该禁带宽度的光辐照时．半导体内的电子受激发从价带跃迁到导带。
从而在导带和价带分别产生自由电子和电子空穴。
水在这种电子一空穴对的作用下发生电离，生成H：和O：。
由于存在电子和空穴再结合和光解水的效率取决于2个因素：(1)光生电子一空穴对的多少；(2)电子一空穴对与受体或给体的反应速度要大于电子和空穴的复合速度。
必须指出的是．并非所有的半导体都能够分解水。
除了其禁带宽度要大于水的电解电压(理论值1．23 eV)外，还有来自于电化学方面的要求，价带和导带的位置必须要分别同OJH：0和HJH：0的电极电位相适应。
具体地说，半导体价带的位置应比O／H20的电位更正，而导带的位置应比H2／H20更负。
图3列出了一些半导体材料的能带结构和光解水所要求的位置关系嗍。
由于目前研究的大部分半导体催化剂具有比较宽的禁带宽度．只能够吸收紫外光。
而太阳光谱中分布最强的成分集中在可见光区，紫外光只占太阳光中很小的部分。
设计在可见光区内具有高量子产率的催化剂是充分利用太阳能、降低光催化制氢成本的关键。
具有可见光响应的催化剂必须有合适的能带结构。
三.具有可见光响应的光催化剂总的来说．半导体的带宽要大于分解水需要的最小带宽。
需要在半导体的价带和导带之间引入一个能级，使半导体的带宽减小从而具有可见光响应。
近几年．光催化分解水制氢的研究主要集中在利用可见光反应体系的研究中．所报道的光催化剂大概有CdS，Bi2MNb07(M=AI，Ga，In，Y)，Pt／SrTi03：Cr，Sb，Pt／SrTi03：Cr，Ta，Pt／SrTi03：Rh等。
3.1 CdS光催化剂CdS的带隙宽度为2．4 eV．对可见光有很好的吸收。
当能量大于或等于禁带宽度的光子被CdS吸收后，价带上的电子跃迁到导带，而空穴则留在价带。
e-cb和h+vb能够把水分解成氢和氧。
如下所示：然而，下面的副反应与第3步反应同时存在：这个副反应使CdS发生光腐蚀．从而限制它的应用。
虽然硫化物作为光催化剂容易产生光腐蚀。
但是在利用可见光的研究中仍是一个重要的切入点，而且光腐蚀的问题可以通过加入牺牲剂来克服。
人们采取了许多措施来抑制光腐蚀的发生。
CdS上担载Pt可以有效的降低光腐蚀。
Thewissen等将CdS上负载RuO2在可见光下将H2S分解成氢气和S。
Matsumara等报道了Pt／CdS 悬浮在亚硫酸钠溶液中。
在可见光下高效制氢的同时能够将亚硫酸根离子氧化成硫酸根离子和连二硫酸根．产氢速率为0．61 mmol／h。
CdS和其他化合物或金属组成复合材料可以有效的减少电子和空穴的复合．从而提高光催化的效率。
上官文峰等合成了具有层间复合结构的CdS—KTiNb05，CdS—K2Ti3.9Nb0.109等纳米复合材料，其光催化活性高于单一的Cds光催化剂。
Takayuki Hirai等人研究了纳米CdS—Ti02复合材料。
在CdS纳米粒子表面浸渍巯基乙酸(MAA)可以从2一丙醇水溶液中光催化制氢。
量子产率较高。
这可能是由于CdS被激发了的电子注入到TiO：空的导带中(图4)，从而增加了电子和空穴的有效分离，提高了光催化效率。
3.2过渡金属掺杂的光催化剂适当的离子掺杂可以在半导体的导带和价带之间引入杂质能级，从而使带宽变小。
离子掺杂的光催化剂引起研究者比较广泛的关注。
由锑或钽与铬共掺杂的SrTiO3，在可见光(A>420 nm)下具有从甲醇水溶液中制氢的活性．产氢速率分别达到了0．078和0．07 mmol。
Cr3+形成的施主能级位于半导体禁带中。
从而使光催化剂具有可见光响应；而Sb“或Ta“能够维持体系的电荷平衡，抑制Cr6+，和氧缺陷的形成。
Rh掺杂的SrTiO，在甲醇水溶液中产氢的量子产率为5．2％(420 nm)。
可见光的响应是由于电子从Rh形成的施主能级跃迁到Ti3d 材轨道形成的导带。
3.3具有连续价带的光催化剂利用O2p轨道与其他轨道杂化形成连续能级的价带有利于光催化活性的提高。
BiVO4。
和AgNbO3，等催化剂在可见光下都具有较好的活性。
BiVO4和AgNbO3对分解4一壬基苯氧基乙酸也有比较好的活性。
BiV04的合成是把K3V50l4。
与Bi(N03)3·5H20水溶液在室温下搅拌。
采用液相法合成的BiVO4。
活性高于传统固相法合成的BiV04。
这类催化剂对可见光的吸收是带一带跃迁引起的。
由于Bi6l和Ag4d轨道与02p轨道耦合，使得半导体价带的位置提高，降低了带隙宽度。