10 可见光区光催化分解水制氢的研究进展
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢作者：刘澈来源：《中国科技纵横》2018年第01期摘要：随着人们对光催化剂研究的深入，利用光催化剂将水裂解产生氢气已经成为可以将太阳能转化为化学能的有效手段。
各种氧化物、氮化物和硫化物光催化剂因其各自具有独特的光催化性能而受到广泛的研究。
为进一步提高其在实际应用中的光催化效果，提高可见光利用率，科研学者们尝试了各种方法进行改进，如掺杂改性、复合改性、形貌调整等等。
本文依据前辈专家学者的科研成果，简单的从可见光利用方面阐述了现阶段可见光催化剂的研究和进展。
关键词：光解水制氢；石墨相氮化碳；可见光中图分类号：TQ426 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0210-021 概述随着人类社会的快步发展，人类对能源的需求持续增长，地球储存的能源已经无法满足人类长期的发展需求。
同时化石能源的大量使用造成了环境大面积的破坏，严重威胁了人类的生存健康，寻求一种清洁高效的新能源成为能源发展的新方向。
氢能，作为一种二次能源具有着清洁，高效，热值高，原料广等优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源。
但是，氢在地球上主要是以化合物的形式存在，最广泛的来源就是水。
工业上往往用电解水制氢、煤炭气化制氢等方式制备氢气，都存在着能耗高，会带来污染等问题。
光催化剂是进行光解水制氢的基本要素，半导体光催化剂的催化原理可以用能带理论来解释，半导体存在着不连续的能带结构，价带和导带之间存在着具有一定宽度的禁带，当半导体光催化剂受到等于或高于其禁带宽度的光子能量的太阳光照射时，价带上的电子就会跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子-空穴对。
电子、空穴在一定的作用力下迁移至粒子的表面，因其具有较强的氧化还原能力，从而使附着在粒子表面不能吸收光的物质发生氧化还原反应。
光解水制氢技术的首次提出是在1972年，日本东京大学的Fujishima教授[1]发现二氧化钛单晶电极经过太阳光的照射可以将水分解为氧气和氢气，直接将太阳能转化为化学能。
光催化分解水产氢
H.I.T Dep. Chemistry
第 12 届全国氢能会议暨第 4 届两岸三地氢能研讨会大会报告
新型Bi1.5Zn1-xCuxTa1.5O7 光催化剂: 可 见光分解水性能及电子结构的研究
3
Sun JX, Chen G, etc. Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4052-4060
绪论
H.I.T Dep. Chemistry
能隙宽度 导带组成及位置 价带组成及位置 跃迁类型及杂质能级
Fig. 2 The band structures of common photocatalysts
5
Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253–278.
实验部分
H.I.T Dep. Chemistry
Fig. 4 The crystal structure of Bi1.5ZnTa1.5O7 (α-BZT)showing the Bi1.5Zn0.5O6 sublattice (left) and the Zn0.5Ta1.5O sublattice (right).
4
J. Mater. Chem. 2010, 20, 627-641.
绪论
H.I.T Dep. Chemistry
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
涵盖大多数元素 金属氧化物 烧绿石/钙钛矿结构 钽酸盐催化剂
Fig.3 Elements constructing heterogeneous photocatalysts.
光催化研究进展
光催化材料最新研究进展1.简介当今世界正面临着能源短缺和环境污染的严峻挑战,解决这两大问题是人类社会实现可持续发展的迫切需要。
中国既是能源短缺国，又是能源消耗大国。
近年来，伴随社会经济的快速发展，中国石油对外依存度不断攀升,已经严重影响国家经济健康发展和社会稳定，并威胁到国家能源安全。
同时，石油等化石能源的过度消耗导致污染物大量排放，加剧了环境污染，尤其是我国近年来雾霾天气的频繁出现，严重影响了人民的生活和身体健康，开发和利用太阳能是解决这一难题的有效方法之一。
我国太阳能资源十分丰富，每年可供开发利用的太阳能约1.6×1015W，大约是2010年中国能源消耗的500倍。
从长远看，太阳能的有效开发与利用对优化中国能源结构具有重大意义。
然而太阳能存在能量密度低、分布不均匀、昼夜/季节变化大、不易储存等缺点。
如图1所示，光催化技术可以将太阳能转换为氢能。
氢能能量密度高、清洁环保、使用方便，被认为是一种理想的能源载体。
目前氢能的利用技术逐渐趋于成熟，以氢气为燃料的燃料电池已开始实用化，氢气汽车和氢气汽轮机等一些“绿色能源”产品已开始投入市场。
氢利用技术的成熟提高了对制氢技术快速发展的要求。
高效、低成本、大规模制氢技术的开发成为了“氢经济”时代的迫切需求。
自20世纪70年代日本科学家利用TiO2光催化分解水产生氢气和氧气以来，光催化材料一直是国内外研究的热点之一。
光催化太阳能制氢方法是一种成本低廉、集光转换与能量存储于一体的方法，该领域的研究越来越受到各国的广泛关注。
国际上光催化材料研究竞争十分激烈。
光催化材料不仅具有分解水制氢的功能,而且具有环境净化功能。
利用光催化材料净化空气和水已成为当今世界引人注目的高新环境净化技术。
太阳能转换效率是制约光催化技术走向实用化的关键因素之一，光催化材料的光响应范围决定了太阳能转换氢能的最大理论转化效率。
光催化领域经过40余年的发展和积累，正孕育着重大突破，光催化太阳能转换效率不断提高，光催化技术正处于迈向大规模应用的关键阶段，国际竞争十分激烈。
光催化制氢
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。
光催化分解水制氢的基本过程
光催化分解水制氢的基本过程首先，了解光催化分解水的基本过程前，需要知道一些关于光催化的基础知识。
光催化是利用光照激发光敏催化剂产生活性物种，从而加速化学反应的过程。
在光催化分解水的过程中，光敏催化剂被激活后，能够吸收光能，并且将其转化为化学能以驱动水分子分解的反应。
1.吸光：光敏催化剂吸收太阳光的能量，并将其转化为激发态能量。
这些光敏催化剂通常是半导体材料，如二氧化钛（TiO2）、二硫化硒（SeS2）等。
它们具有宽带隙和良好的光吸收特性，可以在紫外光范围内有效地吸收光能。
2.电子-空穴对的生成：吸收光能后，光敏催化剂中的电子被激发到价带中，形成电子-空穴对。
电子从价带跃迁到导带上，形成导电性，而留下的空穴则具有氧化性。
3.迁移和分离：在电子-空穴对生成后，电子和空穴会通过光敏催化剂中的能带结构相应迁移和分离。
电子将迁移到催化剂表面，而空穴则将在催化剂内部扩散。
4.能量传递：电子和空穴分别在催化剂的表面和内部与溶液中的水分子发生反应。
电子在催化剂表面与溶液中的水分子发生还原反应，生成氢气。
空穴在催化剂内部与溶液中的水分子发生氧化反应，生成氧气。
5.电子和空穴回归：经过反应后，电子和空穴会回到各自的初始状态。
一部分电子会回归到催化剂的价带上，而空穴会在催化剂内部等待下一次反应。
然而，光催化分解水制氢仍面临一些挑战。
目前，光敏催化剂的效率仍相对较低，且催化剂的稳定性和寿命也是一个问题。
此外，水分子的分解需要较大的能量，因此目前的研究主要集中在提高光敏催化剂的效率和稳定性，以及寻找更高效的分解水的方法。
总结起来，光催化分解水制氢的基本过程包括吸光、电子-空穴对的生成、迁移和分离、能量传递以及电子和空穴的回归。
这一过程利用光敏催化剂将太阳能转化为化学能，从而实现水分子的分解并产生氢气。
随着对光敏催化剂材料和技术的不断研究和改进，光催化分解水制氢有望成为一种可持续的能源转化方式。
光催化光解水制氢百科_解释说明
光催化光解水制氢百科解释说明引言部分的内容：1.1 概述：光催化光解水制氢是一种利用太阳能将水分子分解成氢气和氧气的现代科学技术。
通过这种方法，不仅可以生产出清洁的燃料氢气，还能同时减少对环境的影响。
光催化光解水制氢被认为是一种可持续发展和环境友好的能源解决方案。
1.2 文章结构：本文主要包含五个部分：引言、光催化光解水制氢的原理与机制、光催化材料在光解水制氢中的应用、光解水制氢过程中面临的挑战和展望以及结论。
文章将从介绍概念开始，然后深入探讨光催化反应的定义与特点、光解水制氢的原理与相关反应以及选择与设计适合于该过程的光催化剂等内容。
随后，会介绍半导体材料在该领域中的应用、复合材料与异质结构设计以及催化剂修饰及载流子传输调控技术等方面。
接下来，我们将重点讨论动力学限制和提高效率的策略、资源与环境可持续性考虑以及商业化应用前景与未来发展方向。
最后，我们将总结本论文的主要研究成果，并展望未来在这一领域的研究方向。
1.3 目的：本文的目的是全面阐述光催化光解水制氢的原理、机制和应用，并分析该过程中所面临的挑战和可能的解决办法。
通过对相关文献和研究成果进行综合整理和分析，希望为读者提供一个深入了解光催化光解水制氢以及其潜在应用价值和发展前景的全面指南。
此外，本文还将探讨存在于该领域中尚未解决问题，并提出未来进一步研究该技术时可能关注的重点方向。
根据以上内容撰写了文章"1. 引言"部分，请您查看并反馈满意度。
2. 光催化光解水制氢的原理与机制2.1 光催化反应的定义与特点光催化反应是指利用光能激发物质中的电子和空穴，在固体表面或溶液中进行化学反应的过程。
相比传统的热催化反应，光催化反应具有以下几个显著特点：首先，光能可以高效提供活性能量，使得部分惰性物质也能够发生反应；其次，光催化反应在温和条件下进行，减少了对环境的热污染；此外，光催化材料具有可再生性和可调控性等优点，在节约资源和环境可持续性方面具有潜力。
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢1 概述随着人类社会的快步发展，人类对能源的需求持续增长，地球储存的能源已经无法满足人类长期的发展需求。
同时化石能源的大量使用造成了环境大面积的破坏，严重威胁了人类的生存健康，寻求一种清洁高效的新能源成为能源发展的新方向。
氢能，作为一种二次能源具有着清洁，高效，热值高，原料广等优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源。
但是，氢在地球上主要是以化合物的形式存在，最广泛的来源就是水。
工业上往往用电解水制氢、煤炭气化制氢等方式制备氢气，都存在着能耗高，会带来污染等问题。
光催化剂是进行光解水制氢的基本要素，半导体光催化剂的催化原理可以用能带理论来解释，半导体存在着不连续的能带结构，价带和导带之间存在着具有一定宽度的禁带，当半导体光催化剂受到等于或高于其禁带宽度的光子能量的太阳光照射时，价带上的电子就会跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子 - 空穴对。
电子、空穴在一定的作用力下迁移至粒子的表面，因其具有较强的氧化还原能力，从而使附着在粒子表面不能吸收光的物质发生氧化还原反应。
光解水制氢技术的首次提出是在 1972 年，日本东京大学的 Fujishima 教授 [1] 发现二氧化钛单晶电极经过太阳光的照射可以将水分解为氧气和氢气，直接将太阳能转化为化学能。
在这样的基础之上，各种各样的光催化剂被科学研究者们发现，本文旨在从光催化剂的角度出发，就现存的一些利用可见光解水制氢的方法进行简单的介绍以及其研究进展。
2 研究现状综述石墨相氮化碳即 g-C3N4 是一种具有优异光催化性能的非金属半导体，其组成元素是地球上含量丰富的C和N,相比于金属半导体而言成本较低。
且 g-C3N4 具有密度低、化学稳定性好、耐磨性强［2］等优点。
由于g-C3N4的禁带带宽合适，在2.7eV左右，可以吸收太阳光谱中波长小于475nm的光波，可见光可激发；且g-C3N4没有毒性，适用范围广，引起了学者们的广泛研究。
光催化水制氢
光催化水制氢何成峰【摘要】通过表面改性的方法，以聚偏氟乙烯( PⅤDF)电纺纤维为基材，制备氟碳聚合物电纺纤维毡(表面含有羧基基团)；在水热条件下，用含有羧基基团的氟碳聚合物电纺纤维毡作为载体，通过羧基基团对金属离子的吸附络合作用，控制半导体粒子在纤维表面的增长和成核，制备2种半导体复合光催化材料；在光化学反应仪中用制得的催化剂催化水产生氢气，初见成效。
%Using poly ( vinylidene fluoride) ( PⅤDF) electrospinning fiber as base material, with the method of the surface modification, fluorocarbon polymer containing carboxyl electrospinning fiber felt was prepared. Under hydrothermal conditions, using fluorocarbon polymer containing carboxyl electrospinning fiber felt as the carrier, through the fluorocarbon polymer electrospinning fiber surface carboxyl complexing adsorption of metal ions in the solution, controlling semiconductor particles’ nucleation and growth on the surface of the fiber, two semiconductor composite photocatalytic materials were prepared. Hydrogen was produced from water used the catalyst produced in the photochemical reaction instrument.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)022【总页数】4页(P75-77,80)【关键词】氟碳聚合物;静电纺丝;半导体光催化剂;制氢【作者】何成峰【作者单位】杭州莱锡检测技术有限公司，浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】O61当今世界开发新能源迫在眉睫，由于现今所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，而且地球上存量有限，但是人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。
- 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)。
SOLAR ENERGY 09/2013太阳能SOLAR ENERGY21一 引言能源和环境是人类社会可持续发展中所面临的两个重大战略问题。随着传统能源煤、石油、天然气等的日益枯竭以及环境恶化，人们迫切需要寻找新的清洁能源。氢能是一种清洁、高效、可贮可见光区光催化分解水制氢的研究进展介绍了光催化分解水的基本原理，综述了近年来各种类型的半导体光催化剂在可见光区分解水制氢的研究进展，并对未来的发展方向进行了展望。可见光；光催化；分解水制氢；半导体；太阳能摘 要：关键词：宁夏大学 天然气转化国家重点实验室培育基地 ■ 苏光 马保军存、可运输的能源，被誉为“未来的石油”。因此以太阳能为原料通过光催化的方法分解水制氢是一种极具发展潜力的能源利用方式，是“人类的理想技术之一”。1972年日本东京大学的Fujishima和Honda首次发现了在TiO2电极上光电催化分解水
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。(2) 光伏发电对电网稳定运行问题：由于光伏发电过度依赖天气状况，所产生的电量很不稳定，因此需要保证光伏电站和水电、火电等电站的配
合发电，最大程度地减小由于光伏电站发电量波动对电网的影响。
参考文献[1] IEEE STD 929-2000 IEEE Recommended Practice for UtilityInterface of Photovoltaic(PV)Systems[S]．[2] 张海林，杨勇．自动化系统中的串行通信协议的设计[J]．计算机工程与应用，2003，39(31)：159—160．[3] 王飞，余世杰，苏建徽，等．太阳能光伏并网发电系统的研究[J]．电工技术学报，2005，20(5)：72—74．[4] 周德佳，赵争鸣，吴理博，等．基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析[J]．清华大学学报 (自然科学版)，2007，47(7)：1109—1112，1117．[5] Masters G M．Renewable and efficient electric power systems[M]．Hoboken，NJ：Wiley，2004．[6]郑诗程，夏伟．三相光伏并网系统的控制策略研究[J]．电力电子，2007，(3)：43—46．
(接上页)
技术产品与工程SOLAR ENERGY 09/2013
太阳能SOLAR ENERGY22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。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。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Sm2InNbO7，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。2 氮氧化物光催化体系TiO2具有廉价、无毒、稳定性高等优点，在光催化领域受到了人们的广泛关注，是一种模型催化剂，但是由于TiO2的禁带宽度为3.2eV，只在紫外光区有响应。2001年日本的Asahi研究小组[10]
通过理论计算发现，将N、C、F、P、S等元素引入到TiO2的晶格，取代部分O原子后，TiO2的禁带宽度有不同程度的减少。综合考虑离子半径、离子修饰效果等因素后，他们认为N掺杂会对TiO2
能带修饰起到最佳效果。随后作者制备了氮掺杂
技术产品与工程SOLAR ENERGY 09/2013
太阳能SOLAR ENERGY23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。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，420～440nm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(Ga1-xZnx)(N1-xOx)得到了5.9%的分解纯水的量子效率[18]。该工作是可见光光催化分解水制氢研究中的突破性进展，进一步证实了太阳能光催化分解水制氢的应用前景。李灿研究小组[19]采用高温氮化的方法制备了Y2Ta2O5N2钽基氮氧化物，YTaO4光催化剂的带宽为3.8eV，只能吸收紫外光。但是经过氮化后，Y2Ta2O5N2的吸收边红移到了2.2eV，在可见光区具有很强的吸收。当以乙醇为牺牲剂，研究发现共担载Pt和Ru的Y2Ta2O5N2催化剂的产氢活性比单独担载Pt和Ru的催化剂的活性要高很多，这可能是Pt和Ru的协同效应造成的。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