半导体光催化制氢的进展.
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。
α-Fe2O3光电催化分解水制备氢气研究进展
2017年第36卷第2期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·397·化工进展α-Fe2O3光电催化分解水制备氢气研究进展王开放，刘光，高旭升，贺冬莹，李晋平（太原理工大学精细化工研究所，山西太原 030024）摘要：光电化学池可以将太阳能以氢气的形式储存起来，其中稳定、廉价的催化剂是关键。
α-Fe2O3具有合适的禁带宽度，较高的理论光-电转化效率，光稳定性好，在地壳中的储量丰富，被认为是最具有发展前景的光电催化材料之一；但是它的导电性差、光生电荷寿命短、氧化反应过电位高，严重阻碍了其发展。
本文首先介绍了光电催化理论，然后重点综述了近些年α-Fe2O3纳米结构的制备技术，以及针对其不足所采用的改性方法，包括通过元素掺杂来增强α-Fe2O3的导电性，表面处理来降低氧化反应过电势或陷阱浓度，与其他材料复合来增加光生电压或催化剂表面积，最后对α-Fe2O3作为光阳极催化剂分解水制氢未来的发展前景作出展望，指出多种手段的有效结合是提高其光电流密度的重要途径。
关键词：赤铁矿；太阳能；光电催化；水解；氢气中图分类号：O614.81；O644.16；TQ116.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）02–0397–13 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.02.001Hematite photoanodes for solar water splittingWANG Kaifang，LIU Guang，GAO Xusheng，HE dongying，LI Jinping （Research Institute of Fine Chemicals，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi，China）Abstract：Photoelectrochemical cell is able to turn sunlight into stored energy conveniently in the form of hydrogen，and the stable and low-cost photoanode catalyst is crucial in this device. Hematite is considered as one of the most promising photoanode catalysts due to its suitable band gap，high theoretical solar to hydrogen efficiency，chemical stability under illumination and rich storage in earth.However，the poor conductivity，short photo-generated charge carrier lifetime and high turn-on voltage have limited the performance improvement of hematite severely. This review introduces the basic mechanism of photoelectrocatalysis and energy band excitation，then it summarizes the synthesis of nanostructure α-Fe2O3 and the improvements on the photoelectrocatalysis property of hematite in recent years，including conductivity enhancement by element doping，oxygen evolution overpotential or trap concentration reduction by surface treatment，and photo-induced voltage or specific area increase by coupling with other materials. The future developing perspectives of hematite are also presented，and multi-modified technologies are considered as important ways to improve the photocurrent density.Key words：hematite；solar energy；photoelectrocatalysis；hydrolysis；hydrogen随着全球经济的不断发展，人类对能源的需求量持续扩大，全球能源的消耗仍然是以化石能源为主，但是化石燃料储量有限、生成周期长，难以满足持续大量的需求，而且常规能源的广泛应用所引起的环境问题日益凸显。
半导体量子点材料在光催化剂中的应用研究
半导体量子点材料在光催化剂中的应用研究光催化剂作为一种新型的绿色环保材料，可以利用光的能量促进化学反应发生。
半导体量子点材料因其特殊的物理和化学性质，以及对光的高效利用性，在光催化剂领域的应用正日益受到关注和重视。
本文将介绍半导体量子点材料在光催化剂中的应用研究情况。
一、半导体量子点材料的概述半导体量子点材料是一种由数十个到数百个原子构成的薄膜材料。
它具有比普通半导体材料更小的体积和更高的能隙，可以通过调制它们的维度来调节量子限制效应，从而在光电学、光学和磁学方面表现出优异的效果。
半导体量子点材料因其微小的体积和特殊的化学性质，在生物医学、光电器件和光催化剂等领域的研究中表现出了潜在的应用前景。
二、半导体量子点材料在光催化剂中的应用光催化剂是利用光能促进化学反应的一种材料。
半导体量子点材料因其独特的物理和化学性质，可以作为光催化剂的催化材料，实现吸收光能的同时，对污染物进行光解降解，从而达到净化空气、水等环境的目的。
目前，半导体量子点材料在光催化剂中的应用主要集中在以下方面。
1. 光解水制氢光解水制氢是一种利用光能将水分解为氢气和氧气的技术。
半导体量子点材料由于具有较高的电子斑点和束缚能量，能够在可见光谱范围内吸收光能，而将其转化为电荷对从而进行光解水制氢反应。
半导体量子点材料的狄拉克质量在研究中也被认为是实现高效光解水制氢的关键之一。
2. 空气净化半导体量子点材料还可以用于空气净化。
在有机污染物的存在下，半导体量子点材料吸收紫外线照射后，形成具有致活性的电子空穴对，降解空气中有害物质，从而实现对空气的净化。
其中，半导体量子点材料与其他光催化剂相比，在吸光谱范围、光学吸收截面和光响应时间等方面表现出了显著的优势。
3. 水污染治理水污染治理中，半导体量子点材料主要可以用于控制水中有害物质的生成和去除。
例如，在水中添加半导体量子点材料后，它可以通过反应形成自由基，从而去除水中的重金属、有机物等污染物，实现对水的净化。
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。
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就是解决能源与环境问题得一重要途径。
有效地实现可见光催化水解制氢技术得关键在于光催化材料得选择与光催化体系得选择.本文介绍了光催化制氢原理，以及光催化剂在改性研究、光催化剂催化体系得研究进展与研究方向。
关键词:制氢光催化改性光催化体系ＴiO21引言随着人口与经济得迅速增长,世界能源得消耗成倍增长，加速了化石燃料得枯竭,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,氢能已普遍被认为就是一种最理想得新世纪无污染得绿色能源，这就是因为氢燃烧,水就是它得唯一产物。
氢就是自然界中最丰富得元素，它广泛地存在于水、矿物燃料与各类碳水化合物中。
然而，传统得制氢方法，需要消耗巨大得常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能得推广应用。
于就是科学家们很快想到利用取之不尽、廉价得太阳能作为氢能形成过程中得一次能源，使氢能开发展现出更加广阔得前景。
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得氧与氢，科学家称这种仅用阳光与水生产出氢与氧得技术为“人类得理想技术之一”.１、１半导体制氢原理图1所示为半导体光催化制氢反应得基本过程:半导体吸收能量等于或大于禁带宽度得光子,将发生电子由价带向导带得跃迁,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－空穴对具有很强得还原与氧化活性，由其趋动得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+与光生空穴氧化电子给体D—得电子转移反应，这两个反应分别称为光催化还原与光催化氧化。
根据激发态得电子转移反应得热力学限制,光催化还原反应要求导带电位比受体得电位（H+/H２）偏负，光催化氧化反应要求价带电位比给体得电位(D/D—）偏正；换句话说，导带底能级要比受体得电位(H＋/H２)能级高,价带顶能级要比给体得电位(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得影响，对禁带宽度得要求往往要比理论值大.也就就是说,能够实现完全分解水得到氢气与氧气光催化材料得带隙必须大于１、２3eＶ,并且导带与价带得位置相对氢标准电极电位得位置合适。
粉体光催化全水分解技术研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 4 期粉体光催化全水分解技术研究进展吴晨赫1，刘彧旻1，杨昕旻1，崔记伟1，姜韶堃2，叶金花1，刘乐全1（1 天津大学材料科学与工程学院，天津300072；2 邯郸净化设备研究所，河北 邯郸 056000）摘要：光催化全水分解制氢可以直接将太阳能转变为绿色氢能，该技术具有过程简单、成本低等优势，受到广泛关注的同时展现出了良好的应用前景。
半导体光催化剂的性能是光催化全水分解技术发展的核心因素，目前该领域主要围绕光催化反应的三个基本步骤对其性能进行提升：光吸收、载流子分离与迁移以及表面反应。
本文从光催化基本原理出发，围绕以上三方面概述了应对相应挑战的有效策略与近年来的研究进展，在此基础上总结了设计、制备高效光催化全水分解材料的重要方法，分析了当前影响该水分解制氢技术工业化应用的难点，指出该领域的核心问题是开发高效的窄带隙光催化材料，同时未来需着重解决逆反应严重、催化剂稳定性不足以及大规模实施过程中的氢氧混合气体分离等技术问题。
关键词：太阳能；光催化；全水分解；制氢；催化剂；可再生能源中图分类号：TQ116.2 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）04-1810-13Particulate photocatalysts for light-driven overall water splittingWU Chenhe 1，LIU Yumin 1，YANG Xinmin 1，CUI Jiwei 1，JIANG Shaokun 2，YE Jinhua 1，LIU Lequan 1(1 School of Materials Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2 Purification EquipmentResearch Institute of Handan, Handan 056000, Hebei, China)Abstract: Photocatalytic overall water splitting (POWS) is a simple and cost-effective approach to directly transforming solar energy into green hydrogen, which attracts great attention and demonstrates a bright prospect. The performance of photocatalyst is recognized as the key factor in the development of POWS. The strategies for improving the performance mainly focus on the three fundamental steps of photocatalysis, i.e., light absorption, carrier separation and migration and surface reaction. This paper reviews the recent achievements from the perspectives of valid strategies in coping with the challenges in these steps. Based on this, we summarize the important strategies of designing and preparing efficient photocatalysts for POWS and analyze the remaining obstacles to the industrial application of POWS. It is pointed out that the main challenge at present is to develop efficient narrow-gap photocatalysts. Meanwhile, the problems of serious backward reaction, the instability of the materials, and the technological problems like the separation of H 2-O 2 mixture during large-scale operations should also be addressed in the future.Keywords: solar energy; photocatalysis; overall water splitting; hydrogen production; catalyst; renewable energy综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0603收稿日期：2023-04-14；修改稿日期：2023-05-28。
半导体光催化剂研究进展简介
半导体光催化剂研究进展简介摘要：光催化技术是一种纳米技术。
光催化作用是有光催化剂参加的光化学过程。
因为有能够利用清洁能源、且反应条件简单、无二次污染的优点，光催化技术已经被广泛的应用到污水治理、空气净化、抗菌杀菌等生产生活的各个领域，被认为是最具开发前途的环保型光催化材料。
本文分别从光催化剂、半导体光催化、可见光响应光催化剂的研究进展三方面对半导体光催化剂做了简要的阐述，说明研究其的重要性。
关键词：光催化剂；半导体光催化；新型可见光响应1.引言光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。
典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促动空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。
总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。
联合国将光触媒开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。
世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2 ),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2 ),二氧化锆(ZrO2 )，硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化水平强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。
2.半导体光催化作用2.1 半导体光催化机理广泛的说,在光的作用下发生的化学过程,都属于光化学过程。
光催化作用也是光化学过程,其突出的特点在于这类光化学过程中,除了光的作用外,还要有光催化剂参加。
反应过程中光催化剂被光激发,加速反应的实行,而光催化剂本身的性质不会发生改变。
因为光催化剂为固体半导体,而反应介质通常为气相或液相,所以常将光催化称之为多相光催化或半导体光催化。
半导体在受到光子能量等于或大于其禁带宽度的光照射后载流子产生、迁移/复合和转化[1]。
2.2 半导体光催化活性的影响因素2.2.1 能带结构的影响因为光激发是半导体光催化反应的第一步骤，所以能否充分吸收利用太阳光并激发产生光生载流子是半导体光催化剂考虑的首要因素之一。
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。
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《能源材料》课程论文题目：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。
而太阳能及混合动力半导体光催化电解水制氢技术研究将成为主要技术路线之一。