太阳能的热利用
太阳能的利用与化学能的转化
太阳能的利用与化学能的转化能源是推动人类社会发展的重要动力之一，而太阳能作为一种可再生能源，具有巨大的潜力和优势。
本文将探讨太阳能的利用方式以及将太阳能转化为化学能的技术。
一、太阳能的利用方式1.1 太阳能热利用太阳能可以通过集热器将太阳辐射能转化为热能。
集热器可以分为平板集热器、真空管集热器和聚光式集热器等。
利用太阳能热利用系统，可以用于供暖、供热水以及产生蒸汽等。
1.2 太阳能光利用太阳能光利用通过光伏发电技术将太阳光转化为电能。
光伏发电系统由光伏组件、逆变器和电网组成。
光伏组件将太阳光直接转化为直流电，通过逆变器转化为交流电以供使用或并网发电。
1.3 太阳能光热联合利用太阳能光热联合利用是将太阳能光利用和热利用相结合，提高能源的综合利用效率。
例如，利用太阳能光伏发电系统产生电能，同时利用光伏组件的余热供暖或提供热水。
二、太阳能与化学能的转化技术2.1 光电化学产氢技术利用太阳能的光伏发电系统产生电能，通过电解水分解得到氢气的过程被称为光电化学产氢技术。
该技术可以将太阳能转化为化学能，实现清洁的氢能储存。
2.2 太阳能光合作用太阳能光合作用是指植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，并储存在有机物中。
这些有机物可以作为生物燃料或其他化学品的原料。
2.3 太阳能光催化技术光催化技术是指利用太阳能的光子激发催化剂的电子，从而促进化学反应的进行。
太阳能光催化技术可以应用于水处理、空气净化和有机废弃物的处理等领域，实现太阳能与化学能的转化。
三、太阳能的应用前景与挑战3.1 应用前景太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有广阔的应用前景。
太阳能热利用可以减少化石燃料的消耗，降低温室气体的排放。
太阳能光利用可以提供电能，满足人们的日常用电需求。
太阳能与化学能的转化技术可以实现能源的储存与利用。
3.2 挑战与解决方案太阳能的利用仍面临一些挑战，如不稳定的天气条件和光照强度的波动等。
太阳能热利用技术的现状与发展趋势
太阳能热利用技术的现状与发展趋势太阳能热利用是目前可持续发展领域最为成熟、广泛应用的技术之一。
随着对环境保护和可再生能源利用的需求逐渐增加，太阳能热利用技术在各种领域的应用也越来越广泛。
太阳能热利用技术的现状太阳能热利用技术指的是利用太阳辐射能将太阳能转化为热能的过程。
这种热能可以被直接运用，也可以转化为其他形式的能量，比如电能。
目前太阳能热利用技术已经广泛应用于以下几个领域：1.太阳能热水器：利用太阳能将水加热后用于洗浴、清洗等用途。
在中国，太阳能热水器是家庭热水的主要来源之一。
2.太阳能海水淡化技术：通过使用太阳能进行海水蒸发和凝结，以得到淡水，这对于缺水的国家来说具有巨大的意义。
3.太阳能空调：利用太阳能将空气加热或制冷后用于空调和空气净化。
4.太阳能发电：利用太阳能带来的热量将水蒸发，产生蒸汽推动涡轮运转，发电。
在这种方式下利用太阳能进行发电的装置称之为太阳能热发电。
5.太阳能热地板采暖：利用太阳能将水加热，然后将热水通过地板散发热能，用于室内采暖。
太阳能热利用技术的发展趋势太阳能热利用技术作为一项环保技术，其发展也被越来越多的国家重视。
未来太阳能热利用技术将更加普及和成熟，主要表现在以下几个方面。
1.技术创新：太阳能热利用技术的发展离不开技术创新。
目前，国内外一些大型能源公司和科研机构正加紧研究新的太阳能热利用技术，这些新技术在效率、成本、可持续性等方面都具有更好的表现。
例如，利用聚光反射器集中太阳能、利用锂离子电池储存太阳能等。
2.应用领域更加广泛：随着太阳能热利用技术的成熟，其应用领域也将更加广泛。
目前，太阳能空调和太阳能发电在一些富裕国家已经得到广泛应用，而在一些发展中国家仍然存在发展的空间。
3.发展成为市场主流：太阳能热利用技术在很多领域的应用都已经相对成熟，而随着技术的不断推进，其成本将不断降低，失代价优势不断增强。
因此，太阳能热利用技术有望成为可再生能源市场的主流。
结语太阳能热利用技术在当前被广泛应用，而未来随着技术不断创新和应用领域的不断扩大，其将有望成为一个宏大发展的产业。
太阳能的三种主要利用形式
太阳能的三种主要利用形式
太阳能的三种主要利用形式是太阳能热利用、太阳能光电利用和太阳能光化学利用。
1. 太阳能热利用：利用太阳能的热能，通过太阳能热集热器将太阳辐射转化为热能，用于供暖、热水、蒸汽等领域。
太阳能热利用广泛应用于太阳能热水器、太阳能采暖系统、太阳能热泵等设备中。
2. 太阳能光电利用：利用太阳能的光能，通过光电效应将太阳辐射转化为电能，用于发电。
太阳能光电利用主要包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电两种形式。
太阳能光伏发电利用太阳能光能直接转化为电能，通过太阳能光伏电池板将光能转化为电能。
太阳能光热发电则利用太阳能光能产生高温热能，通过热能发电系统将热能转化为电能。
3. 太阳能光化学利用：利用太阳能的光能进行化学反应，将太阳能转化为化学能。
太阳能光化学利用主要包括光催化和人工光合作用两种形式。
光催化通过光催化剂催化剂将太阳能光能转化为化学能，用于环境治理、能源储存等领域。
人工光合作用则是通过模仿植物的光合作用过程，利用太阳能光能将二氧化碳和水转化为有机物质，用于生产燃料、化学品等。
太阳能热利用技术
用户指南农业和农村节能减排十大技术之三———太阳能热利用技术太阳能—热能转换利用技术和太阳能—电能转换利用技术是常见的太阳能利用方式。
其中，太阳能—热能转换利用技术主要包括太阳房、太阳热水器、阳光温室大棚、太阳灶等。
一太阳房（被动式太阳房）太阳房是一种利用太阳能采暖或降温的房子，用于冬季采暖目的的叫做“太阳暖房”，用于夏季降温或制冷目的的叫做“太阳冷房”。
人们常见加之利用的是“太阳暖房”。
按目前国际上的惯用名称，太阳房分为主动式和被动式两大类。
主动式太阳房的一次性投资大，设备利用率低，维修管理工作量大，而且需要耗费一定量的常规能源。
因此，对于居住建筑和中小型公共建筑已经为被动式太阳房所代替。
被动式太阳房具有构造简单，造价低，不需特殊维护管理，节约常规能源和减少空气污染等许多独特的优点。
被动式太阳房作为节能建筑的一种形式，集绝热、集热、蓄热为一体，成为节能建筑中具有广泛推广价值的一种建筑形式。
以下介绍这种太阳房的建造技术概要。
（一）结构类型被动式太阳房的基本结构类型包括直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式、贮热屋顶式和自然对流回路式等五类。
1.直接受益式太阳房这是被动式太阳房中最简单的一种，它是利用南窗直接接受太阳辐射能。
太阳辐射能通过窗户直接照射到室内地面、墙壁及其他物体上，使它们表面温度升高，通过自然对流换热，用部分能量加热室内空气。
另一部分能量则贮存在地面、墙壁等物体内部，当太阳辐射消失或室内温度下降时再向室内释放，使室温维持在一定水平。
2.集热蓄热墙式太阳房这种类型的太阳房是间接受益太阳能采暖系统。
阳光首先照射到置于太阳与房屋之间的一道带透明外罩的深色贮热墙上，加热墙体与盖板之间的空气，然后通过贮热墙上风口将热量导入室内，另一部分是通过墙体的导热向室内供热。
3.附加阳光间式太阳房该类型的太阳房是集热蓄热墙式太阳房系统的一种发展。
主要是将透明盖层与墙之间的空气夹层加一个通道，形成一个可以使用的空间———附加阳光间（也可以称附加温室）。
我国太阳能热利用的方式及发展趋势
太阳能热利用的方式及发展趋势首先我们先看一下什么叫太阳能的热利用。
太阳能热利用就是用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。
按利用的温度不同分为太阳能低温(<100℃)利用、中温(100～500℃)利用和高温(>500℃)利用。
就我们目前来讲，主要包括以下几个方面：太阳能热水器，太阳房，太阳能制冷，太阳能热发电技术等。
其总体原理就是利用太阳能的热效应，来达到人们的某些目的。
太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能并向工质传递热量的装置。
太阳能热水器是太阳能热利用的最广泛的一种利用方式。
太阳能热水器在我国国民的日常生活中已经占有很重要的作用。
太阳能热水器的工作原理很简单，它相当于一个光热转换器，区别于传统的自然利用，如晾晒、采光。
太阳能热水器中热水的升温情况与外界温度关系不大，主要取决于光照。
不过早我国北方的冬季，由于日照不足，太阳能热水器很难发挥它的作用。
这也成为制约太阳能热水器快速发展的一个原因之一。
随着我国能源压力的进一步增大和太阳能技术的进一步成熟，我相信太阳能热水器在今后一定会有更大的发展。
太阳房是利用太阳能采暖和降温的房子。
是一种既可取暖发电，又可去湿降温、通风换气的节能环保住宅。
最简便的一种太阳房叫被动式太阳房，建造容易，不需要安装特殊的动力设备。
比较复杂一点，使用方便舒适的另一种太阳房叫主动式太阳房。
更为讲究高级的一种太阳房，则为空调致冷式太阳房。
所谓太阳能制冷，就是利用太阳能集热器为吸收式制冷机提供其发射器所需要的热媒水。
热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数（亦称COP）越高，这样空调系统的制冷效率越高。
经过十几年的发展，太阳能制冷技术已经迈入实用化阶段。
太阳能热发电技术是先将太阳辐射能转换为热能，然后再按照某种发电方式将热能转换为电能。
太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。
上世纪80年代，在税收优惠政策的鼓励下，美国的太阳能热发电技术发展很快。
太阳能的利用方法
太阳能的利用方法太阳能作为一种清洁、无限可再生的能源，正逐渐成为解决能源危机和环境污染问题的重要途径。
通过合理的利用太阳能资源，不仅可以降低能源消耗和碳排放，还能减轻对化石能源的依赖。
本文将介绍太阳能的利用方法，包括太阳能热利用和太阳能光利用两个方面。
一、太阳能热利用太阳能热利用是指通过太阳能收集器将太阳辐射转化为热能，然后应用于热水供应、采暖、以及工业生产等领域。
太阳能热利用的方法有：1. 太阳能热水系统太阳能热水系统主要由太阳能集热器、热水储存装置和热水供应系统组成。
太阳能集热器通过吸收太阳辐射，将其转化为热能，并传递给储热装置。
热水储存装置可以储存由太阳能提供的热水，供应给家庭或机构使用。
这种系统在热水供应方面具有较高的效率和节能的优势。
2. 太阳能采暖系统太阳能采暖系统利用太阳能集热器将太阳辐射转化为热能，然后供应给室内供暖系统。
太阳能集热器可以安装在屋顶或阳台上，通过循环泵将热能传递至供暖设备中。
这种系统不仅可以提供温暖的室内环境，还可以减少对传统供暖设备的依赖，节约能源开支。
3. 太阳能工业利用太阳能在工业生产中的应用也越来越广泛。
例如，利用太阳能集热器对水或其他介质进行加热，用于生产过程中的加热、干燥和蒸发等工序。
太阳能工业利用不仅可以减少能源成本和碳排放，还可以提高工业生产的可持续性和环保性。
二、太阳能光利用太阳能光利用是指通过太阳能电池板将太阳辐射直接转化为电能，用于电力供应和光伏发电。
太阳能光利用的方法有：1. 光热发电光热发电是利用太阳能热利用技术将太阳能转化为热能，然后通过热机的工作流程将热能转化为电能。
具体的工作原理包括太阳能反射器、热媒介的加热、蒸汽发电、以及蒸汽冷凝和循环等步骤。
光热发电技术具有高效率、长寿命和环保等优点，是未来发电领域的重要方向。
2. 光伏发电光伏发电是利用太阳能电池板将太阳辐射直接转化为电能。
太阳能电池板通过电子的光生电效应实现太阳能到电能的转化。
太阳能热利用技术的现状与挑战
太阳能热利用技术的现状与挑战在当今世界，随着能源需求的不断增长和对环境保护的日益重视，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其热利用技术正逐渐成为能源领域的研究热点。
太阳能热利用技术是指将太阳能转化为热能并加以利用的技术，它具有广泛的应用前景，如太阳能热水器、太阳能采暖、太阳能工业热利用等。
然而，尽管太阳能热利用技术取得了显著的进展，但仍面临着一系列的挑战。
一、太阳能热利用技术的现状（一）太阳能热水器太阳能热水器是目前太阳能热利用技术中最为普及的应用之一。
它通过集热器吸收太阳能，将水加热后供家庭使用。
在我国，太阳能热水器的市场份额逐年增加，尤其是在农村地区和一些太阳能资源丰富的地区，太阳能热水器已经成为家庭热水供应的主要方式之一。
目前，太阳能热水器主要分为平板型和真空管型两种。
平板型太阳能热水器结构简单，成本较低，但集热效率相对较低；真空管型太阳能热水器集热效率高，但成本相对较高，且在寒冷地区容易出现真空管冻裂的问题。
为了提高太阳能热水器的性能和可靠性，近年来，一些新技术不断涌现，如采用高效的吸热涂层、优化集热器的结构设计、增加保温措施等。
（二）太阳能采暖太阳能采暖是利用太阳能为建筑物提供冬季采暖的技术。
它可以分为主动式和被动式两种。
主动式太阳能采暖系统通过太阳能集热器、储热器、循环泵等设备将太阳能转化为热能，并通过热水或热风的形式输送到建筑物内部；被动式太阳能采暖系统则主要依靠建筑物的朝向、窗户的设计、墙体的保温等因素，充分利用太阳能来提高室内温度。
在一些地区，太阳能采暖已经得到了一定程度的应用。
例如，在一些农村地区，采用太阳能炕、太阳能暖房等方式为居民提供冬季采暖；在一些城市的公共建筑中，也开始尝试采用太阳能采暖系统来降低能源消耗。
然而，太阳能采暖技术仍存在一些问题，如太阳能的间歇性和不稳定性导致采暖效果受天气影响较大，系统的初投资较高，运行维护成本较高等。
（三）太阳能工业热利用太阳能工业热利用是将太阳能应用于工业生产过程中的加热环节，如纺织、印染、食品加工等行业。
太阳能热能利用技术分析
太阳能热能利用技术分析随着能源消耗和污染问题不断加剧，寻求替代能源成为全球共同关注的问题。
太阳能作为一种清洁且永续的可再生能源备受推崇。
在太阳能的利用中，太阳能热能技术是其中具有广泛实际应用前景的一种技术。
本文将着重探讨太阳能热能利用技术的原理及其应用情况。
太阳能热能利用技术的原理太阳能热能利用技术是将太阳产生的热量转换为可供人类使用的能量。
其原理就是利用太阳光辐射照射到地球上时，会产生热量。
热量转换分为三个步骤：光的吸收、热的传导和储存。
太阳能热能利用技术就是将这三个步骤融合在一起，实现太阳光能直接转换为热能，再通过热能转换为电能或其他能源。
太阳能热能利用技术的分类太阳能热能利用技术可分为两大类：太阳能热集热器和太阳能热发电系统。
其中，太阳能热集热器是太阳能热能利用技术中最简单和常见的形式之一；太阳能热发电系统则用于转化太阳能热量为电力，并有望成为未来清洁能源的最主要来源之一。
太阳能热集热器太阳能热集热器是一种将太阳能转换为热能的器具。
其主要工作原理是利用太阳能热集中器将阳光集中到集热器中心的管路上，并利用其制热的特性将其转换为热能，再通过与热寄存器的衔接，转化为蒸汽或热水等形式的能量。
太阳能热集热器技术优点在于不需要额外的燃料，且低维护成本，缺点为夜晚无法利用。
太阳能热发电系统太阳能热发电系统属于集热和光伏两种技术的结合型产品。
该系统由太阳能集热器、发电器、储能设备和电气控制系统等组成。
太阳能热发电系统的基本原理是，通过太阳能集热器将太阳热量集中，达到高温使水转化为蒸汽，再通过高温、高压的蒸汽驱动涡轮机，使发电机转动并产生电能，最终储存到电池组。
太阳能热发电系统技术优点在于发电成本低、资源充分、使用寿命长、环保性强等。
但其缺点在于需要足够的太阳能供应和占地面积较为宽敞，其技术需要成熟，SM1分靠前的沙漠天气特征为其适应的区域。
太阳能热能利用技术的应用情况太阳能热能利用技术的应用领域逐渐拓宽，主要应用于太阳能温泉、太阳能空调、工业生产的热水供给和暖房设备等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
太阳能的热利用专业：热能与动力工程成员：指导教师：贾力摘要：太阳能是一种清洁的可再生能源，对于人类社会来说，太阳能是万物生长的源泉，是取之不尽，用之不竭的。
太阳能热利用是指将太阳辐射直接转换为热能供人类使用，它是目前无论在理论上还是在实践中都是最成熟，成本最低，应用最广的一种太阳能利用模式。
本文从热辐射特性、太阳能的热辐射以及太阳能热利用的几种技术方法介绍了太阳能的热利用。
并分析了利用光化作用产生新能源的研究。
关键词：热辐射特性、太阳辐射、太阳能利用1、热辐射特性1.1 热辐射的概念热辐射(thermal radiation )，物体由于具有温度而辐射的现象。
的3种方式之一。
一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，成分也愈多。
热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和传播。
由于电磁波的传播无需任何，所以热辐射是在中唯一的传热方式[1]。
1.2 热辐射的特点热辐射有如下特点：（1）不需要物体直接接触。
热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。
（2）在辐射传热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。
辐射：辐射体内热能→辐射能吸收：辐射能→受射体内热能（3）只要温度大于零就有能量辐射。
不仅高温物体向低温物体辐射热能，低温物体也能向高温物体辐射热能。
（4）物体的辐射能力与其温度性质有关，与绝对温度的四次方成正比。
1.3 热辐射定律关于热辐射，其重要规律有4个：辐射定律、辐射分布定律斯蒂藩-玻耳兹曼定律、。
这4 个定律，有时统称为热辐射定律。
物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的。
物体辐射或吸收的能量与它的、、等因素有关。
但是，在状态下，辐射体的（见辐射度学和光度学）r（λ，T）与其a（λ，T）的比值则只是辐射波长和温度的，而与辐射体本身性质无关。
上述规律称为，由G.R.基尔霍夫于1859年建立。
式中吸收比a 的定义是：被物体吸收的单位波长间隔内的与入射到该物体的辐射通量之比。
该定律表明，热辐射大的物体其吸收比也大，反之亦然。
是一种特殊的辐射体，它对所有波长的吸收比恒为1。
黑体在自然条件下并不存在，它只是一种理想化模型，但可用人工制作接近于黑体的模拟物。
即在一封闭空腔壁上开一小孔，任何波长的光穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了大部分能量。
对外的观察者而言，小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于1，故可看作是黑体。
将基尔霍夫辐射定律应用于黑体，由此可见，基尔霍夫辐射定律中的f（λ，T）即黑体的光谱辐射出射度。
2、太阳辐射2.1 太阳辐射简介太阳辐射(英语：Solar radiation)指太阳从核融合所产生的能量，经由电磁波传递到各地的辐射能（Radiant energy）。
太阳辐射的光学频谱接近温度5800K的黑体辐射。
大约有一半的频谱是电磁波谱中的可见光，而另一半有红外线与紫外线等频谱。
如果紫外线没有被大气层或是其他的保护装置吸收，它会影响人体皮肤的色素的变化。
测量上通常都用全天日射计（Pyranometer）与银盘日射计（Silver-disk pyrheliometer）等仪器来测量太阳辐射。
2.2太阳辐射光谱和太阳常数2.2.1辐射光谱太阳是个炽热的大火球，它的表面温度可达6000°K，它以辐射的方式不断地把巨大的能量传送到地球上来，哺育着万物的生长。
太阳辐射的波长范围，大约在0.15-4微米之间。
在这段波长范围内，又可分为三个主要区域，即波长较短的紫外光区、波长较长的红外光区和介于二者之间的可见光区。
太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总量的50％，后者占43％。
紫外区只占能量的7％。
在波长0.48微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值，数值约为3.0卡/cm2.分以上。
2.2.2太阳辐射强度和太阳常数太阳辐射强度就是太阳在垂直照射情况下在单位时间(一分钟、一天、一个月或者一年)内，一平方厘米的面积上所得到的辐射能量。
如果在特定的情况下测量太阳辐射强度，就叫做太阳常数。
也就是说，必须是在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米的面积上，在1分钟内所接受的太阳辐射能量，就称为太阳常数。
它是用来表达太阳辐射能量的一个物理量。
大气上界水平面上的太阳辐射强度，随太阳高度角的增大而增强。
当太阳高度角为90°时，太阳辐射强度就等于太阳常数。
因此，太阳常数就是到达水平面上的太阳辐射强度的最大值。
到达大气上界的太阳辐射，就是太阳常数。
但是因为到达大气上界的太阳辐射与日地距离的平方成反比，因此，在远日点和在近日点的太阳辐射强度与太阳常数就有一定差异。
在近日点垂直于大气上界的太阳辐射强度比太阳常数大3.4％；而在远日点则比太阳常数小3.5％[2]。
根据上述太阳辐射强度和太阳常数的关系公式，到达大气上界的太阳辐射与太阳高度角的正弦成正比。
太阳高度角随纬度和时间而变化。
因此，在不同纬度上不同时间的太阳辐射强度都不同。
由于南、北回归线之间地区的太阳高度角较大，而北回归线以北和南回归线以南地区的太阳高度角随纬度增高而减小，所以，到达地球大气上界的太阳辐射沿纬度的分布是不均匀的，低纬度多，随纬度的增高而减少；由于南、北回归线之间地区的太阳高度角在一年中的变化较小，而中、高纬度地区的太阳高度角在一年中的变化较大，因而，低纬地区太阳辐射强度的年变化小，高纬地区太阳辐射强度的年变化大。
3、太阳能利用技术太阳能热利用技术包括太阳能热水器、太阳能建筑(太阳能采暖空调)、太阳能热发电等。
其中热水器是太阳能热利用技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术。
其他技术还包括利用热箱原理（也称温室效应）或者聚焦原理制造的集热器[4]，直接利用太阳能进行采暖和空气调节产生冬暖夏凉功能的环保节能建筑太阳房[5]，利用太阳能辐射，通过聚光获取的热能进行烹饪食物的太阳灶，直接利用热能驱动制冷机得太阳能空调，将太阳能转换成其他形式能量进行储存的太阳能储存[6]手段等等。
4、利用光化作用产生新能源的研究光化作用是物质在光的照射下产生化学变化的作用，包括光合作用和光解作用。
绿色植物的叶绿素在可见光的作用下将c02和H20转换成碳水化合物就是光合作用的结果。
在产生碳水化合物的同时还产生氧、自由的质子和电子。
石油、煤、天然气等化石燃料就是自然界留给我们的光合作用的产物。
在光合作用中，叶绿素吸收太阳光后把光能转化为电能——失去两个电子，产生了电子转移过程，在这过程中H20被分解(光解水)成可作为燃料的氢气和氧气。
因此说，光化作用可以产生能源物质，而且近几十年来人们已进行了利用光化作用制取能源的研究，光解水制氢就是一个典型的例子。
4.1 光解水制氢研究概况氢能是一种最理想的绿色能源，大量存在于各种水中。
虽然可通过电解等方法从水中获取氢气，但需很大的能量供给，成本极高，因而，实现方便、廉价的制氢方法，则成为能源和环境科学工作者梦寐以求的愿望。
自1972年日本东京大学Fujishima和Honda教授首次报导光照Ti02单晶电极导致水分解从而产生氢气这一现象后，光解水制氢得到了较快的发展，主要经历了光电化学池，光助络合催化、半导体光催化及光热化学多步循环等发展阶段，并在光催化剂制备、改性和光催化理论方面取得了不少成果，但距实际应用仍存在较大差距，原因主要是大多数光催化剂仅能吸收仅占太阳光3％左右的紫外光，光电转化效率低；高温下氢氧分离较难实现；催化剂成本居高不下，因此，仍需要寻找切实可行的途径。
4.2 半导体光催化制氢原理图3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禁带宽度( Eg ) 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h+VB ,在导带生成电子e-CB , 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3所示，光催化反应包括，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E(H+/H2) 偏负，光催化氧化反应要求价带电位比给体的E(D/D-) 偏正；换句话说，导带底能级要比受体的E ( H+/H2 ) 能级高，价带顶能级要比给体的E(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[7 ]。
图3 半导体光催化制氢反应过程示意图[8]4.3 光解水制氢的催化剂由TiO2-Pt电极对的光解水模式演变形成了固体粉末光催化剂Pt/TiO2（TiO2表面负载Pt体系），并成为光催化剂的典型代表。
但最初人们只能从水的分解中检测到氢气而未有氧气。
最初报道由水的完全分解而同时产生氢气和氧气的是Pt/TiO2在硫酸水溶液系统中。
1980年Sato等将Pt/TiO2表面覆置NaOH，在水蒸汽中进行光分解实验，发现了氢气和氧气的同时产生。
几乎同时，报道了利用TiO2表面同时负载Pt和RuO2的光催化剂得到了水的完全分解。
表面负载Rh、NiO x以及在水中添加Na2CO3将明显提高水的分解速度。
继TiO2后，具有钙钛矿型结构的SrTiO3也被广泛的研究。
Domen等发现了NiO/SrTiO3具有较高的光催化活性，并能完全分解水。
Lehn等研究了SrTiO3负载各种贵金属后的光解水特性，结果表明Rh/SrTiO3具有更高的光催化效率。
同属钙钛矿型KTaO3的光解水性能也被证实，并且Zr、Hf等的掺入将促进光催化反应。
至今的光解水反应一般是采用内部光照射法，其光源为紫外线较强的高压汞灯或比较接近太阳光的氙灯。
各研究者所使用的光源、光反应器以及所用的催化剂和水的量等都不一样，因此各个结果之间无法进行比较。
另外，催化剂-水悬浊液在磁力搅拌下受光照进行反应，更加增大了体系的复杂性。
笔者及共同合作者考虑到研究系统能更接近于今后的实际应用状态，采取了无外加动力搅拌的外部垂直照射法，以高压汞灯和太阳光为光源，对一系列半导体氧化物进行了光解水研究。
为便于比较和判断，将分别以水银灯下的反应活性和太阳光下的反应活性为横坐标和纵坐标，所得结果如图4所示。
可以看出：（1）根据其活性的大小，这些光催化剂大致可分为两组。
表面负载Pt、RuO2的K2Ti6O13、Na2Ti6O13以及BaTi4O9等具有较高的光催化活性，负载催化剂的效果明显。
这是因为K2Ti6O13、BaTi4O9等属于网状结构，其表面的凹凸不平、均匀分布的纳米级“雀巢”，使负载物同其表面的接触更为紧密，从而加速了自由电子或正孔的迁移速度。