【文献综述】光解海水制氢氮化物催化剂的研究
催化光解水制氢技术的研究和应用
催化光解水制氢技术的研究和应用引言随着氢能技术的不断发展，制氢技术也得到了快速的发展。
其中，光解水制氢技术能利用阳光为能源来直接产生氢，因其无需化石燃料、节能环保而备受关注。
而催化光解水制氢技术作为一种高效的技术，在应用上有着重要的作用。
本文将从催化剂的类型、制备方法、研究进展以及应用领域等方面对催化光解水制氢技术进行探讨。
催化剂的类型在催化光解水制氢技术中，催化剂是至关重要的组成部分。
常见的催化剂主要有金属催化剂、半导体光催化剂、复合催化剂等。
金属催化剂通常采用铂等金属，活性高，但成本较高，限制了其在大规模制氢应用中的推广。
因此，大量研究和开发工作也针对金属催化剂的替代品展开了。
半导体光催化剂常见的有TiO2、ZnO、CdS等。
其中TiO2是一种最广泛应用的催化剂，具有稳定性和可重复性优点，但光催化活性较低，需要加入其他催化剂进行改性。
ZnO催化性能较TiO2要高，但相应的稳定性较差。
CdS在吸收窄波长紫外线时显示出了较高的光催化活性，但由于其毒性问题，应用受到了限制。
复合催化剂是指两种或两种以上的材料进行复合制备而得到的催化剂，常见的组合有半导体光催化剂和金属催化剂的组合、生物催化剂和半导体光催化剂的组合等。
复合催化剂能够充分发挥各自的特性，提高氢的产量和选择性，因此被认为是一种有前途的制氢催化剂。
制备方法催化剂的制备方法直接决定了催化剂的性能。
现有的制备方法主要有凝胶法、溶剂热法、水热法、柠檬酸盐凝胶法、微波法等。
凝胶法是一种常见的催化剂制备方法。
它具有相对简单、易于控制形貌和结构等优点，多用于制备金属催化剂。
溶剂热法则是通过高温高压条件下，在溶剂中形成晶体而制备催化剂。
该方法所制备的催化剂结构空间尺度小，通常用于制备半导体光催化剂。
水热法是以水为反应介质，在高温高压条件下，将反应溶液转化为针状、棒状等形态的催化剂。
柠檬酸盐凝胶法将柠檬酸盐作为凝胶化剂，与金属离子形成柠檬酸盐凝胶体系，加热处理后获得所需催化剂。
光催化水分解产氢催化剂的研究与优化
光催化水分解产氢催化剂的研究与优化随着全球能源需求的不断增加以及环境问题的日益突出，寻找可持续且清洁的能源解决方案变得日益重要。
作为一种绿色、高效的能源转化方式，光催化水分解产氢引起了广泛关注。
催化剂作为光催化水分解的核心组成部分，其研究与优化对于提高产氢效率至关重要。
本文将探讨光催化水分解产氢催化剂的研究与优化。
一、光催化水分解产氢催化剂的概述光催化水分解产氢催化剂的主要功能是在光照作用下降低水的能垒，加速水分子的解离，并提供反应活化能，从而实现水分子的分解产氢。
目前常用的催化剂主要有半导体、金属、混合金属氧化物以及有机-无机杂化等。
这些催化剂具有各自的特点和优势，但也存在一些限制，如光吸收能力不足、光生电子-空穴对的复合效应等。
二、光催化水分解产氢催化剂的研究进展1. 半导体催化剂的研究半导体催化剂因其良好的光吸收性能和电子传输特性而备受关注。
例如，二氧化钛（TiO2）在可见光区域内具有较高的吸收率和较低的带隙能量，但其光生电子-空穴对的复合率较高，影响了光催化效率。
因此，许多研究致力于改善半导体催化剂的分解产氢性能，如导引体修饰、偶联剂添加等。
2. 金属催化剂的研究金属催化剂如铂（Pt）、镍（Ni）等，具有优异的电催化性能，在纳米级尺寸下催化效率更高。
然而，金属催化剂在光催化水分解中的应用较少，主要原因是其光吸收率较低。
为解决这一问题，研究人员通过设计合成纳米复合材料、调控表面形貌等手段，提高金属催化剂的光催化活性。
3. 混合金属氧化物催化剂的研究混合金属氧化物催化剂由两种或多种金属元素组成，具有较大的比表面积和丰富的表面活性位点。
例如，钙钛矿氧化物（Perovskite Oxides）类材料具有良好的光催化水分解活性，其晶格结构可以通过改变金属元素的组成进行优化。
此外，有机-无机杂化材料也展示出良好的光催化产氢性能。
三、光催化水分解产氢催化剂的优化方向1. 结构调控通过调控催化剂的晶格结构、表面形貌和孔道结构等，可以提高催化剂的比表面积和光吸收能力，增强光催化水分解的活性。
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。
海水电解制氢气催化剂
海水电解制氢气催化剂引言海水电解制氢气是一种可持续发展的能源生产方式，可以利用海水中的水分解产生氢气，而不需要使用非可再生能源。
然而，这一过程需要高效的催化剂来降低能量消耗和提高氢气产率。
本文将探讨海水电解制氢气催化剂的研究进展，包括其原理、材料选择和性能优化等方面。
催化剂原理海水电解制氢气的关键在于催化剂的选择和设计。
催化剂可以在低温下促进水的分解反应，从而产生氢气和氧气。
常用的海水电解制氢气催化剂有铂、钯和镍等金属催化剂，以及氧化物、硫化物和氮化物等非金属催化剂。
这些催化剂可以通过吸附和催化活化水分子，降低水分解的活化能，提高反应速率。
催化剂材料选择在选择海水电解制氢气催化剂材料时，需要考虑其催化活性、稳定性和成本等因素。
铂和钯等贵金属催化剂具有较高的催化活性，但成本较高。
因此，研究人员正在寻找更经济高效的替代材料。
氧化物催化剂如钨酸盐和钛酸盐具有良好的稳定性和催化活性，但其活性较低。
硫化物和氮化物催化剂具有较高的催化活性，但在长期使用和高温条件下容易失活。
因此，需要综合考虑各种因素，选择合适的催化剂材料。
催化剂性能优化为了提高海水电解制氢气催化剂的性能，研究人员采取了多种方法进行优化。
一方面，可以通过调控催化剂的形貌和结构来提高其催化活性。
例如，可以制备纳米颗粒、薄膜或多孔结构的催化剂，增加其比表面积，提高反应活性。
另一方面，可以通过合金化、掺杂或表面修饰等手段来改善催化剂的稳定性和选择性。
这些方法可以调节催化剂的电子结构和表面活性位点，提高其对水分解反应的催化效率。
催化剂应用前景海水电解制氢气催化剂具有广阔的应用前景。
首先，海水电解制氢气可以利用海水这一丰富的资源，减少对淡水资源的需求。
其次，制备的氢气可以作为清洁能源用于燃料电池、发动机等设备中，实现零排放的能源转换。
此外，海水电解制氢气还可以应用于储能领域，将多余的电能转化为氢气储存起来，以供应急和间歇性能源需求。
结论海水电解制氢气催化剂是一项具有重要意义的研究课题。
《Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及光解水产氢性能研究》范文
《Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及光解水产氢性能研究》篇一摘要：本文着重探讨了Cd1-xZnxS光催化材料中助催化剂的调控及其对光解水产氢性能的影响。
通过系统性的实验设计和理论分析，我们研究了不同助催化剂对光催化材料性能的优化作用，并详细分析了其作用机制。
本研究为光催化材料在光解水产氢领域的应用提供了新的思路和实验依据。
一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的枯竭，寻找可再生能源已成为当务之急。
光解水产氢作为一种清洁、可持续的能源生产方式，近年来受到了广泛关注。
而Cd1-xZnxS作为一种重要的光催化材料，在光解水产氢方面具有巨大潜力。
然而，其光生载流子的快速复合和较低的量子效率等问题限制了其应用范围。
为了解决这些问题，本研究采用助催化剂的调控手段，以优化Cd1-xZnxS光催化材料的光解水产氢性能。
二、材料与方法1. 材料准备本实验所使用的Cd1-xZnxS光催化材料通过共沉淀法制备，助催化剂则选用常见的Pt、Rh、Ir等贵金属以及非贵金属助剂。
2. 助催化剂调控助催化剂的负载量、粒径大小和分布等参数通过不同的实验条件进行调控。
3. 光解水产氢性能测试采用模拟太阳光光源，对负载不同助催化剂的Cd1-xZnxS光催化材料进行光解水产氢性能测试。
三、助催化剂对Cd1-xZnxS光催化性能的影响1. 助催化剂的负载量与光解水产氢性能的关系实验结果表明，适量的助催化剂负载可以显著提高Cd1-xZnxS的光解水产氢性能。
当助催化剂负载量过大时，可能会引起光的散射和反射，反而降低光利用率。
2. 不同助催化剂的作用机制贵金属助催化剂如Pt、Rh、Ir等通过降低光生载流子的复合率，提高量子效率；非贵金属助剂则通过改善材料的电子结构，提高光的吸收效率。
3. 助催化剂的粒径与分布对性能的影响较小的助催化剂粒径有助于提高光的吸收效率，但过大或过小的粒径都会影响助催化剂与Cd1-xZnxS之间的相互作用，从而影响其光解水产氢性能。
《2024年Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及光解水产氢性能研究》范文
《Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及光解水产氢性能研究》篇一摘要：本研究致力于Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及其在光解水产氢方面的性能研究。
通过系统性的实验设计和理论分析，我们探讨了助催化剂的种类、含量对光催化性能的影响，并深入研究了其光解水产氢的机理。
本文首先介绍了研究背景与意义，接着详细描述了实验材料与方法，随后分析了实验结果，并进行了讨论与结论总结。
一、引言随着能源危机的日益加剧，寻找可持续、清洁的能源已成为科研领域的重点。
光催化技术因其能够将太阳能转化为氢能等清洁能源而备受关注。
Cd1-xZnxS作为一种重要的光催化材料，具有优异的光吸收性能和良好的化学稳定性，被广泛应用于光解水产氢的研究中。
然而，其光生载流子的复合率高、量子效率低等问题限制了其实际应用。
因此，对Cd1-xZnxS光催化材料进行助催化剂调控，提高其光解水产氢性能成为研究的重点。
二、实验材料与方法1. 材料准备本实验采用化学气相沉积法制备Cd1-xZnxS光催化材料，并选用不同种类的助催化剂进行调控。
2. 助催化剂调控通过改变助催化剂的种类和含量，对Cd1-xZnxS材料进行表面修饰，以优化其光解水产氢的性能。
3. 性能测试利用光电化学工作站等设备，对材料的光解水产氢性能进行测试与评价。
三、实验结果与分析1. 助催化剂种类对性能的影响实验结果表明，不同种类的助催化剂对Cd1-xZnxS光催化材料的性能有不同的影响。
经过某种助催化剂的修饰后，材料的光吸收能力增强，光生载流子的分离效率提高，从而提高了光解水产氢的效率。
2. 助催化剂含量对性能的影响随着助催化剂含量的增加，Cd1-xZnxS材料的光解水产氢性能呈现先增后减的趋势。
适量的助催化剂能够有效地促进光生载流子的分离和传输，但过多或过少的助催化剂都会对性能产生不利影响。
3. 光解水产氢性能评价通过光电化学工作站的测试，我们发现经过助催化剂调控的Cd1-xZnxS材料具有更高的光解水产氢速率和量子效率。
光解水制氢催化剂的研究进展
２０１５年１１月第２３卷第１１期 工业催化ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＣＡＴＡＬＹＳＩＳ Ｎｏｖ．２０１５Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．１１综述与展望收稿日期：２０１５－０４－２１ 作者简介：李光炎，１９９０年生，男，在读硕士研究生，研究方向为金属配合物合成。
通讯联系人：蔡秀兰，博士，副教授，硕士研究生导师，广东省千百十培养对象，主要从事精细化工及清洁能源转化的研究。
光解水制氢催化剂的研究进展李光炎，蔡秀兰（广东药学院，广东广州５１０００６）摘 要：面对人类对能源的需求持续增长以及化石能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题，开发太阳能对于解决能源问题具有非常重要的意义。
利用太阳能分解水制氢是一种将太阳能转换为氢能的有效方式。
根据近年来国内外太阳能分解水制氢催化剂的研究现状，分别对半导体光催化剂和金属配合物光催化剂进行综述，并且从可持续发展和实际应用的角度出发，针对各自的优缺点，提出今后应该开发具有高效且成本低廉的非贵金属配合物光催化剂，或尝试与半导体光催化剂结合应用，提高制氢效率。
关键词：催化化学；太阳能；水分解；制氢；光催化剂ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ １１４３．２０１５．１１．００２中图分类号：Ｏ６４３．３６；ＴＱ４２６．９９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ １１４３（２０１５）１１ ０８５４ ０６ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｗａｔｅｒＬｉＧｕａｎｇｙａｎ，ＣａｉＸｉｕｌａｎ（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｓｔｅａｄｙｇｒｏｗｔｈｏｆｅｎｅｒｇｙｄｅｍａｎｄ，ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｃａｕｓｅｄｂｙｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙ，ｉｔｈａｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｐｒｏｂｌｅｍｂｙｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ．Ｉｔｉｓａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｙｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｔｏｈｙｄｒｏｇｅｎｅｎｅｒｇｙｂｙｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇｗａｔｅｒｔｏｈｙｄｒｏｇｅｎｏｎｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｔｏｈｙｄｒｏｇｅｎｂｙｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓａｎｄｍｅｔａｌｃｏｍｐｌｅｘｅｓｃａｔａｌｙｓｔｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｉｔｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈａｔｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｏｆｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｏｎ ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌｃａｔａｌｙｓｔｓｗｉｔｈｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｓｈｏｕｌｄｂｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｒｔｈｅｎｏｎ ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌｃａｔａｌｙｓｔｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔｒｉｅｄｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｔａｌｙｔｉｃｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ；ｗａｔｅｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ １１４３．２０１５．１１．００２ＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：Ｏ６４３．３６；ＴＱ４２６．９９ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｃｏｄｅ：Ａ ＡｒｔｉｃｌｅＩＤ：１００８ １１４３（２０１５）１１ ０８５４ ０６ 氢气具有高效、清洁和能效高的特点，成为重要的新能源。
《2024年Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及光解水产氢性能研究》范文
《Cd1-xZnxS光催化材料的助催化剂调控及光解水产氢性能研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，寻找清洁、可再生的能源已成为科研领域的重要课题。
光催化技术作为一种高效、环保的能源转换手段，具有巨大的应用潜力。
Cd1-xZnxS光催化材料因其在可见光范围内的良好光吸收性能和较高的光催化活性，近年来受到了广泛关注。
然而，其光生载流子的快速复合和表面反应动力学较慢等问题限制了其光解水产氢的性能。
为了解决这些问题，助催化剂的调控成为提高Cd1-xZnxS光催化材料性能的关键手段。
本文旨在研究助催化剂调控对Cd1-xZnxS光催化材料的光解水产氢性能的影响，为进一步优化光催化材料的性能提供理论依据。
二、文献综述近年来，众多学者对Cd1-xZnxS光催化材料进行了广泛研究。
研究表明，通过调控Cd与Zn的比例、改变材料形貌、引入缺陷等方法可以优化其光吸收性能和光催化活性。
同时，助催化剂的引入能够有效促进光生载流子的分离和传输，提高表面反应速率。
目前，常用的助催化剂包括贵金属（如Pt、Au）和非贵金属（如Ni、Co等）。
这些助催化剂通过降低反应能垒、提供反应活性位点等方式，显著提高了Cd1-xZnxS光催化材料的光解水产氢性能。
三、实验方法本文采用化学共沉淀法制备了不同助催化剂含量的Cd1-xZnxS光催化材料。
首先，通过调整前驱体的比例，制备出不同Cd/Zn比例的Cd1-xZnxS纳米颗粒。
然后，在制备过程中引入不同含量的助催化剂（如Ni、Co等），并通过热处理和退火等工艺优化材料的结晶性能。
最后，通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的样品进行表征分析。
四、助催化剂调控4.1 助催化剂的选择选择合适的助催化剂是提高Cd1-xZnxS光催化材料性能的关键。
除了常用的贵金属和非贵金属外，本文还尝试了其他新型助催化剂，如氧化物、硫化物等。
通过对比不同助催化剂对光催化性能的影响，确定了最佳的助催化剂种类和含量。
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文献综述
化学工程与工艺
光解海水制氢氮化物催化剂的研究
前言：
随着能源问题的出现，寻找一种可持续发展的能源，是当前许多研究者的探索目标。
而氢能源是一种良好的能源，如果能从谁中提取，将是人类的财富。
利用光催化分解水制氢是当前研究的一个热点，但是光自然分解水的反应很难进行，于是研究催化剂就成了重中之重。
主题：
近几十年来，随着世界经济的不断发展,全球对能源需求的也持续增长。
而作为现代文明社会使用的主要能源—煤、石油、天然气，由于其贮量日益枯竭且不可再生，所以近年来能源价格出现不断上涨趋势。
而燃烧这些化石能源会排放大量的温室气体，造成全球变暖，气候异常，环境恶化，造成诸多不良影响。
随着近年国际能源价格不断上扬，人们环保意识的不断加强，寻找新的廉价清洁的化石能源替代品的研究越来越受到重视。
氢能源已经被普遍认为是一种理想的新世纪无污染的二次能源，这是因为氢气燃烧后，水是唯一的产物，另外氢能作为二次能源具有能量密度高、再转化效率高、成本低是最具竞争力的能源[1]。
氢在大自然中并不存在，虽然可以通过电解、天然气裂解等方法制备氢气，但是这些方法制备氢气成本过高，直接限制了它的使用范围。
氢大量存在于水中，如果能够有效的直接利用太阳能制备氢，就可以大幅度的降低它的制造成本，使其得到广泛的应用。
20世纪70年代中期发明TiO2为光催化剂，直接利用太阳能制备氢，从而解决了设备价格和使用寿命的问题。
但是TiO2催化效率偏低，造成能量大量浪费，同时制氢能力低下，阻碍了它进一步的推广使用。
因此，提高TiO2光催化剂的性能一直是太阳能制氢研究的领域热点和难点，也是将其实用化和商业化的关键。
综上所述，研究和改良现有TiO2光解水催化剂的性能，对提高太阳能制氢转化效率，
降低氢能源的制造成本具有重要意义。
1．1 光解水催化剂的原理
在标准状态下若要把1mol H2O分解为氢气和氧气，需237kJ的能量。
TiO2它的禁带宽度为3.2eV，在波长小于370nm的光照下，TiO2的价带电子被激发到导带上，产生高活性的电子-空穴对。
绘出了受光源照射时半导体内载流子的变化。
电子和空穴被光激发后，经历多个变化途径，主要存在俘获和复合两个相互竞争的过程。
光致空穴具有很强的氧化能力，可夺取半导体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子，使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的物质，通过光催化剂被活化氧化。
光致电子具有很强的还原能力，能使半导体表面的电子受体被还原，这两个过程均为光激活过程。
同时迁移到体内和表面的光致电子和空穴又存在复合的可能，此为去激活过程，对光催化反应无效。
水在这种电子-空穴对的作用下发生电离，生成H2和O2。
1．2半导体光解水的原理[2]
当光的能量大于半导体禁带宽度能量时，半导体价带上的电子吸收能量跃迁到导带上，从而在半导体内产生了电子和空穴，电子和空穴从半导体内部迁移至表面，价带上的电子和水中氢离子的结合能将水还原产生氢气，导带上的空穴极易与氧负离子结合使水分解产生氧气。
电子和空穴还能与表面存在的氧气或水反应产生各种强氧化性的自由基。
光催化反应效率的高低是用光催化反应的量子效率来衡量的。
对于简化的理想体系，光催化分解水反应的效率可用每吸收2个光子产生氢分子数的量子效率来衡量。
从机理中可以看出，电子和空穴的再结合对半导体光催化分解水十分不利，所以为了在光催化剂表面上能有效地转移电荷引发光解水反应，必须抑制或消除光激发电子和空穴的再结合。
2． TiO2的发展历史
1972年，日本东京大学的Fujishima和A.Honda首次描述了第一支TiO2半导体电极所组成的光电化学电解槽，它通过电解的方法把光能转化为氢和氧的化学能[3]。
在他们研究之后，很多人对其他半导体进行了研究，如掺杂铂的KTaO3和SrTiO3，但是光电转化效率明显低于TiO2[4]。
M.A.Butter等人[5]研究了WO3半导体，表明它在没有电荷转移时所必须的耗尽层，在不施加额外电压的情况下，WO3单独作为光阳极进行光解水是不可能的。
N。
Giordano等人[6]报道了使用Fe2O3作为光催化剂材料，它和TiO2相比，需要消耗更多的能
量。
Khaselev和Turner等[7]研究了GaAs为催化剂，在钨卤灯模拟光照下光转化率达到12.4%，Licht等[8]使用AlGaAs/SiRuO2为催化剂，在钨卤灯模拟光照下光转化率高达
18.3%，但是这两种半导体造价昂贵，而且在水环境下氧化腐蚀非常严重，寿命仅仅只能持续短短几个h。
经过对多种半导体特性的研究之后，TiO2又再次为人们所关注。
3．半导体光催化分解水制氢反应体系
目前研究最多的光催化剂是金属氧化物。
绝大部分氧化物主要集中在d区元素。
主要是含Ti，Nb，Ta的氧化物或复合氧化物。
其中TiO2因其不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、成本低、可循环利用等优点成为目前应用最广泛的光催化材料。
但TiO2的禁带宽度较大，仅对太阳光中的紫外区有响应，利用率低；其次，它的导带电势 (负极电势)太低不利于氢气的产生，所以研究人员对其进行了许多改性。
主要有贵金属沉积、金属离子掺杂，阴离子掺杂、染料光敏化、半导体复合、粒子尺寸修饰以及离子注入。
起初的光解水实验只能检测到氢气。
后来发现表面涂有 NaOH的 Pt/TiO2和 Ru/TiO2在水蒸汽中进行光分解，有氢气和氧气同时产生，且负载钌后活性更强。
TiO2表面同时负载了Pt和RuO2的光催化剂，在TiO2表面负载Rh、NiO x，并在水溶液中加入适量的Na2CO3时均表现出较高的水光解速度。
Finlayson等人研究了一系列钨的氧化物在可见光照下的催化活性，Bi-W-oxides，Bi2WO6和Bi6WO12，其中Bi6WO12在440nm下显示出特别高的光活性。
3．1 金属修饰半导体光催化分解水制氢
传统的半导体光催化分解水是围绕氧化物半导体主要是以TiO2及其表面修饰改性粒子而展开的，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 并成为光催化剂的典型代表[9]。
1980年Sato等[10]将PtTiO2表面覆盖NaOH 在水蒸气中进行光分解得到了氢气，与此同时有人利用TiO2表面同时负载Pt和RuO2 的光催化剂也实现了分解水的目的[11]。
表面负载Rh、NiO x[12]以及在水中添加Na2CO3[13]也将明显提高水的分解速度。
3．2负载贵金属
通过浸渍还原、表面溅射等方法可以把贵金属形成分散颗粒沉积负载在TiO2表面上。
负载在TiO2表面的贵金属能在金属—半导体表面形成Schottky能垒，贵金属的费米能级
比TiO2的低，使得TiO2导带上的电子汇集到贵金属上，加强了氢的还原，同时空穴留在TiO2上，减少了电子—空穴的复合。
贵金属的越小，效果就越显著。
研究表明,贵金属Pt、Au、Pd、Rh、Ni、Cu、Ag等都可以提高TiO2光催化剂活性，Pt负载效果最好，Au其次[14][15]。
李越湘等[16]以草酸作为电子给体光催化分解水制氢，Pt的最佳负载量为0。
5%，草酸浓度(0。
001~0。
01mol/L)对产氢反应速率影响较小。
Miyao等[17]将担载Pt的TiO2悬浮于水乳液中制备出氢气。
TiO2负载贵金属有最佳量，负载过多会阻碍催化剂对光子的吸收，同时成为电子-空穴对复合中心，影响催化效率。
3．3掺杂金属离子
金属离子掺杂作为复合半导体的特殊形式[18]，具有使禁带宽度Eg变窄，阻止电子—空穴结合，且通常掺杂离子浓度不高。
W6+，Ta5+，Nb5+，Zn2+，In3+，Li1+，Ge4+，Pb4+，
Mo5+，Cr3+等离子[19]~[21]的掺杂都能使禁带宽度变窄，从而使TiO2吸收光谱红移，提高TiO2的光敏度和光的吸收率。
这些离子中以Mo5+和Cr3+的效果最好，Mo5+可以把进带宽度从3.2eV降到2.8eV，Cr3+可以把宽度降到2.0eV，但是它们所带的高电荷造成阻碍了电子和空穴的自由移动，造成了其光转化率不高。
3．4掺杂非金属阴离子
阴离子的掺杂也可以使禁带宽度变窄，从而扩展TiO2的光响应到可见光范围。
Asahi 等[22]得到氮离子掺杂的TiO2-xNx，因为N的2p能级与O的2p能级相杂化，使得禁带宽度变窄，导致小于500nm的可见光范围吸收明显加强。
掺杂S离子有类似效果，但S离子半径过大，进入TiO2晶格不易。
C和P离子形成深度捕获陷阱，过强的束缚载流子迁移，效果大大折扣。
Khan等[23]用天然气在约827℃下灼烧厚度为0.25mm的钛金属片13min，得到掺杂C4+的TiO2–xCx薄膜，在150W氙灯为光源进行光解水制取氢气，光转化效率高达8.3%，引起业内轰动，但Barnes等[24]在相同试验条件下无法重现试验结果。
3．5染料敏化
半导体光敏化是将光敏化合物以物理吸附或化学吸附于TiO2表面。
这些光敏化剂可以吸收可见光波长的光子而产生电子，只要光敏化剂激发态的电势比TiO2导带电势更负，就有可能使激发电子注入TiO2导带中，产生出光催化制氢的活性。
光活性物质有赤藓红
B(Erythrosine B)、藻红、硫堇(Thionine)、曙红(Eosin)、叶绿酸(chlorophyllin)、紫。