光催化分解水材料研究总结全解
光催化分解水的研究进展
光催化
光催化分解水 的反应机理
e- +h+
Bulk recombination
O2
h+
Oxidation hν
H2O
Reduction
H+ H2
e-
eh+ e+h+ eCB VB
H+/H2（SHE＝0 V） ＝ ） O2/H2（E＝1.23 V） ＝ ）
Surface recombination
h+ 1.absorption of photons to form electron–hole pairs. 2.charge separation and migration of photogenerated carriers. 3.Construct the active sites for redox reactions.
光催化
层间插入CdS复合物光催化反应的 层间插入CdS复合物光催化反应的 CdS 电子迁移模型
eC B hν V B D D
＋
H2O
2.4eV
CdS
C B
3.2eV
H2 TiO2layer
h+
V B
研究最多的是CdS—T i O 2 体系 研究最多的是 CdS 在激发过程中产生的空穴留在其价带中 而电子则从 在激发过程中产生的空穴留在其价带中, CdS导带转移到 i O 2 导带中 这明显地增大了电荷分离和光 导带转移到T 导带中, 导带转移到 催化反应效率. 催化反应效率
光催化
制 取氢的方法
利 用 天 然气 、石 油 、煤等化石能源通过热化 学法制氢 ；（技术成熟，不经济，不环保） 电解水制氢 ；（能耗大） 通过热化学及生物化学分解生物质制氢； （技术路径复杂） 光催化分解水制氢。（其中半导体光催化法最理 光催化分解水制氢 想）
光催化水分解产氢机理的研究与优化
光催化水分解产氢机理的研究与优化随着能源需求的不断增加，氢燃料作为一种新型、清洁、高效、可再生的能源逐渐引起了人们的关注。
而氢气的主要制备方法为化石燃料煤、油、气的加氢或蒸气重整。
这些方法虽然可以大规模生产氢气，但是随之产生的污染物对环境造成了极大的危害。
因此，寻找一种新型的、经济、环保、高效的氢气制备技术势在必行。
光催化水分解产氢技术作为一种新兴的氢能技术，其能够将太阳能转化为化学能，从水中直接产生氢气，具有很好的前景。
本文将探讨光催化水分解产氢机理的研究与优化。
一、光催化水分解产氢机理光催化水分解产氢机理简单来说就是通过光催化材料吸收阳光能量，高效地催化水分子分解，同时产生氧气和氢气。
在此过程中，催化材料起着重要的作用。
催化材料分为三类：基于金属氧化物的催化剂、基于半导体的催化剂和基于复杂金属体系的催化剂。
其中基于半导体的催化剂是目前研究最为广泛的一种。
基于半导体的光催化材料一般包括锐钛矿型吸光物、氧化物、混合氧化物、多元复合材料等。
这些材料的光响应区域涵盖了紫外-可见-近红外波段，其中狄克斯特（TiO2）和β-Ga2O3两种材料具有较高的光催化活性。
这是由于在激光器照射下，材料表面形成了带正电荷和带负电荷的电子空穴对，进而使得水分子发生光解反应，生成氧气和氢气。
二、光催化水分解产氢机理的优化尽管光催化水分解产氢技术具有很好的前景，但是在实际应用中，其产氢量十分有限，甚至达不到商业应用水平。
因此，对于光催化水分解产氢过程的优化和增效研究十分重要。
主要从以下几个方面来进行优化：1. 催化剂的改良催化剂的优良特性需要满足多种因素，包括光吸收性、光得%，高电导、易被还原、反应物的吸附能力等。
同时，催化剂的表面积、结构、晶体形态、比表面积等也对其光催化反应活性影响巨大。
因此，如何设计和合成出理想的催化剂材料是当前亟待解决的问题。
2. 增加可见光吸收区域目前，阳光中大部分光线是可见光，在太阳能使用和研究中具有极高的利用价值。
光催化材料的化学研究报告
光催化材料的化学研究报告摘要：光催化材料是一类具有广泛应用前景的新型功能材料，其在环境净化、能源转化和有机合成等领域展示出了巨大的潜力。
本研究报告主要探讨了光催化材料的基本原理、制备方法以及应用前景，并对其中一些典型的光催化材料进行了详细的分析和讨论。
1. 引言光催化材料是一类能够利用光能进行化学反应的材料。
其基本原理是通过吸收光能，激发电子从基态跃迁至激发态，从而引发化学反应。
光催化材料具有高效、环境友好、可再生等优点，因此受到了广泛的关注和研究。
2. 光催化材料的基本原理光催化反应的基本原理包括光吸收、电子激发、电子传输和表面反应等过程。
光催化材料通常由光敏剂、载体和协同催化剂组成。
光敏剂能够吸收特定波长的光能，并将其转化为电子能量。
载体则用于传输和储存电子能量，而协同催化剂则参与催化反应，提高反应效率。
3. 光催化材料的制备方法光催化材料的制备方法多种多样，常见的包括溶液法、固相法、气相法和水热法等。
溶液法是最常用的制备方法之一，通过溶剂中的化学反应来形成光催化材料。
固相法则是将反应物质固定在载体上，形成光催化材料。
气相法和水热法则分别通过气相和高温高压水环境中的反应来制备光催化材料。
4. 光催化材料的应用前景光催化材料在环境净化、能源转化和有机合成等领域具有广泛的应用前景。
在环境净化方面，光催化材料可以通过光催化降解有机污染物来净化水和空气。
在能源转化方面，光催化材料可以用于光电化学水分解制氢、光催化还原二氧化碳等能源转化反应。
在有机合成方面，光催化材料可以作为催化剂用于有机合成反应，实现高效、环境友好的有机合成过程。
5. 典型光催化材料的分析和讨论本报告还对一些典型的光催化材料进行了详细的分析和讨论，包括二氧化钛、半导体量子点和金属有机骨架材料等。
通过对这些光催化材料的分析，我们可以深入了解它们的结构特点、光催化性能以及在不同应用领域的潜在应用价值。
结论：光催化材料作为一类具有广泛应用前景的新型功能材料，其基本原理、制备方法和应用前景已经取得了显著的研究进展。
2021光催化分解水综述PPT优秀资料
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2.4.2 氢和氧结合逆反响的抑制
参加电子给体或受体 添加高浓度碳酸根离子 其他途径
通以状方光通过提抑促对结法催过向高制进于构阻化除体放在了典催止分去系氢P氧型化逆t解反中反上的的剂反水应加应发释P（应可生t入的生-放T使的以成电效的iO氢发分的子率逆2催和生为气给；反化氧水相体通应剂在的产不过，，不还物可加同高同原、逆入时浓位和在的电通度置水反消子过的的的顶耗受形碳反氧 部反体成酸应化照应不过根点两射产可碳离产个、生逆酸子生反设的的根可）应计空结也以等。层穴合， 产生的电子，以促进放氧反应的效率
氢和氧的逆反应结合
半导体负载的Pt等金属上产生的氢原子， 通过“溢流”作用和表面的氧原子反应
在半导体表面已形成的分子氢和氧，以气泡形式留在催化剂上， 当它们脱离时，气泡相互结合产生逆反应
已进入气相的氢和氧，在催化剂表面上再吸附并反应
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2.4 提高光催化反响效率的途径
2.4.1 电子-空穴再结合的抑制
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
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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。 外表所负载的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
光催化材料在水处理中的应用研究
光催化材料在水处理中的应用研究嘿，朋友们！今天咱们来聊聊一个挺有意思的话题——光催化材料在水处理中的应用。
先来讲讲我自己的一个小经历吧。
前阵子我去一个小镇旅游，那地方风景优美，可就是河水有点浑浊。
我当时就想，如果能有一种神奇的材料，把这水快速变干净，那该多好呀！没想到，还真就有这样的材料，那就是光催化材料。
咱们先来了解一下啥是光催化材料。
简单说，它就像是水的“超级清洁工”。
比如说常见的二氧化钛，这东西在光照下就能产生神奇的反应，把水里的污染物给分解掉。
光催化材料处理水的原理其实也不复杂。
当光照射到这些材料上时，它们会产生一些特别活跃的粒子，就像一群充满能量的小战士。
这些小战士会冲上去和水里的污染物打架，把它们打得落花流水，变成无害的物质。
那光催化材料在水处理中到底有啥厉害的应用呢？比如说处理印染废水。
大家都知道，印染厂排出来的水颜色花花绿绿的，里面有各种难搞的化学物质。
但是用光催化材料就能很好地解决这个问题。
它能把那些让水变色的染料分子分解掉，让水重新变得清澈透明。
还有含重金属的废水。
重金属这玩意儿可不好惹，对人体危害特别大。
光催化材料能把重金属离子转化成容易沉淀的形式，然后把它们从水里分离出来。
在实际应用中，光催化材料也有一些挑战。
比如说，它的效率有时候还不够高，就像一个有点偷懒的清洁工，干活不够卖力。
还有，它在复杂的水质环境里可能会受到干扰，不能完全发挥作用。
为了让光催化材料更好地为我们服务，科学家们可没少下功夫。
他们在不断地改进材料的性能，让它变得更强大、更高效。
比如说，把不同的材料组合在一起，就像给小战士们配备更厉害的武器。
想象一下，未来我们的江河湖泊都能用上这种神奇的材料，水变得清澈见底，鱼儿欢快地游来游去。
我们再也不用担心水污染的问题，能尽情享受大自然的美好。
总的来说，光催化材料在水处理中的应用前景那是相当广阔。
虽然现在还有一些问题需要解决，但我相信，随着科技的不断进步，它一定会成为我们保护水资源的得力助手。
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是光催化技术的两种不同应用方式。
光催化半解水是通过利用光催化材料吸收紫外光或可见光的能量，激发催化剂表面的电子，从而使水中的污染物发生部分降解的过程。
光催化半解水主要利用催化剂吸收光能，在光催化材料表面激发电子，形成活性氧物种（如羟基自由基、超氧自由基等），从而使污染物分子发生部分氧化分解。
这种方法通常不能将污染物完全分解为无害物质，只能将其转化为较小分子的有机物或无机物。
而光催化全解水是指通过光催化材料将水中的污染物完全分解为无害物质的过程。
光催化全解水需要选择适合的催化剂和光源，使其能够在光催化材料的表面上产生足够高能量的活性物种，对污染物进行有效分解。
相比于光催化半解水，光催化全解水需要更高的光强和更高的催化剂活性，以实现将污染物完全分解为无害物质的效果。
总的来说，光催化半解水和光催化全解水是利用光催化材料催化降解水中污染物的两种不同应用方式。
光催化半解水只能部分降解污染物，而光催化全解水可以将污染物完全分解为无害物质。
光催化分解水综述
Catalyst
Band gap/eV
*水中加入少量的Ba(OH)2
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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NiTa2O7可以分解纯水为氢和氧；在 Catalyst 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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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
氢和氧的逆反应结合
半导体负载的Pt等金属上产生的氢原子， 通过“溢流”作用和表面的氧原子反应 在半导体表面已形成的分子氢和氧，以气泡形式留在催化剂上， 当它们脱离时，气泡相互结合产生逆反应 已进入气相的氢和氧，在催化剂表面上再吸附并反应
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2.4 提高光催化反应效率的途径
2.4.1 电子-空穴再结合的抑制
碱金属钽酸盐光催化分解水活性
Catalyst LiTaO3 NaTaO3 KTaO3
Band gap/eV 4.7 4.0 3.6
Activity/µmol h-1 H2 6 4 29 O2 2 1 13
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光催化水分解制氢技术研究
光催化水分解制氢技术研究随着能源危机的日益严重和环境问题的不断恶化，清洁、可持续的能源形式备受研究者的关注。
氢能作为一种理想的能源源，被广泛认为是解决能源短缺和减少温室气体排放的可行途径之一。
而光催化水分解技术作为一种高效、环保的制氢方法，近年来备受关注。
光催化水分解技术是指利用特定的光催化剂，在光照下将水分子分解为氢气和氧气的过程。
相对于传统的热解和电解水制氢技术，光催化水分解技术具有能源效率高、无污染、可持续性好等优点。
因此，光催化水分解技术成为了当前研究的热点之一。
光催化水分解技术的基本原理是利用特定光催化剂对光的吸收和利用能力，将光能转化为化学能，从而促使水分子发生氢气和氧气的解离反应。
常用的光催化剂包括钛酸钡（BaTiO3）、二氧化钛（TiO2）等。
这些光催化剂通常具有良好的光吸收能力和较高的还原能力，能够有效地催化水分子的分解。
除了光催化剂的选择，光催化水分解技术的研究还需要解决其他关键问题。
首先是光能的利用效率，即光催化剂对光能的吸收和利用能力。
通过优化光催化剂的结构和性能，可以提高光能的利用效率，从而提高制氢的效率。
其次是催化剂的稳定性和寿命，光催化剂在长时间的使用过程中容易受到光照、水分子和氧气的腐蚀，导致活性降低，因此需要寻找更稳定的光催化剂。
最后是光催化水分解技术的应用和规模化生产问题，需要进一步研究技术的商业化可行性，以推动光催化水分解技术的实际应用。
目前，光催化水分解技术在实验室中已取得一些重要进展，但距离实际应用还存在一定的差距。
因此，需要进一步加强研究，解决技术上的难题，并探索更高效、更稳定的光催化剂。
此外，政府和企业应加大对光催化水分解技术的支持力度，提供更多的资金和技术支持，促进该技术的市场化和规模化应用。
综上所述，光催化水分解技术作为一种制氢的新兴技术备受研究者的关注。
通过光催化剂的选择和结构优化，提高光能的利用效率，解决催化剂的稳定性和寿命等问题，光催化水分解技术有望实现可持续、清洁的氢能制备，为解决能源和环境问题提供新的解决方案。
利用光催化技术实现高效水分解
利用光催化技术实现高效水分解光催化技术是一种利用光能促进化学反应的方法，近年来受到越来越多的关注。
其中，利用光催化技术实现高效水分解成为一个具有重要应用前景的领域。
本文将重点介绍光催化技术实现高效水分解的原理、方法和研究进展。
一、光催化技术概述光催化技术是利用光能激发催化剂从基态跃迁到激发态，产生高效的催化作用。
在光催化反应中，光能被吸收并转化为电子激发、空穴生成或活化吸附分子，从而促进化学反应的进行。
二、水光催化原理利用光催化技术实现高效水分解，主要基于光催化剂对水分子的光吸收、光生电子和光生空穴的产生及其相互作用。
光吸收使光催化剂激发到激发态，光生电子和空穴的产生使得水分子发生解离反应，并生成氧气和氢气。
三、光催化剂类型及特点为实现高效水分解，研究人员已经合成和开发了许多光催化剂。
常用的光催化剂包括二氧化钛、金属氧化物、锡基化合物等。
这些光催化剂具有优异的光吸收和光生电子、空穴分离的特点，可以高效地促进水分解反应。
1. 二氧化钛光催化剂：具有良好的化学稳定性和光稳定性，吸收范围广泛，但光生电子和空穴的分离效率相对较低。
2. 金属氧化物光催化剂：如铁氧体、锌氧化物等，常常以纳米材料形式应用。
具有较高的光生电子和空穴分离效率，但吸收范围较窄。
3. 锡基化合物光催化剂：如二硫化锡、氧化锡等，具有良好的光吸收和光生电子、空穴分离效果。
其带隙调节能力和催化活性较好，可用于实现高效水分解。
四、光催化水分解方法实现高效水分解的光催化方法主要包括光解电池、光解电极以及光解对照等。
光解电池是通过将光催化剂负载在电极上，利用外部电源进行电解反应，产生氧气和氢气。
光解电极则是利用光催化剂涂覆在电极上，光生电子和空穴进一步参与催化反应，从而实现水分解。
五、光催化实验及应用进展近年来，研究人员进行了大量的实验和应用研究，以提高光催化技术在水分解中的效率和稳定性。
例如，通过合成纳米结构光催化剂，优化催化条件和载流子传输等方面的研究，取得了显著的进展。
光催化分解水的原理
光催化分解水的原理
光催化分解水的原理是利用太阳能将水分解成氢气和氧气。
当太阳光照射到一种特殊的光催化剂上时，光催化剂会将太阳能转化为化学能，从而将水分解成氢气和氧气。
这个过程可以理解为一种人工光合作用，其科学原理是半导体材料的光电效应。
当入射光的能量大于等于半导体的能带（Band Gap）时，光能被吸收，价带（VB）电子跃迁到导带（CB），产生光生电子（e-）和空穴（h+）。
电子和空穴迁移到材料表面，与水发生氧化还原反应，产
生氧气和氢气。
光分解水制氢主要包括3个过程，即光吸收、光生电荷迁移和表面氧化还原反应。
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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