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
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。
高效可见光光催化分解水制氢催化剂InVO4／CNTs
摘 要 ：以十 六 烷 基 三 甲基 溴 化 铵 （ Ｔ Ｂ） Ｃ Ａ 为模 板 剂 ， 纳 米 管 （ ＮＴ ） 载 体 ， 用 醇热 合成 法 制 备 了 ＩＶ ４Ｃ Ｔ 光 催 化 剂 ， 碳 Ｃ ｓ为 采 ｎ ０／Ｎ ｓ 利用 透 射 电镜 、 分 辨 扫 描 电镜 、 射 线 衍 射 、 高 ｘ 吸 附 和 紫 外 一 见 光 谱 等 技 术 对 样 品 的 表 面 形 貌 、 相 组 成 、 表 面 积 和 吸 可 晶 比 光性 等物 理 性 质 进 行 了 表征 ， 考 察 了其 在 可 见 光 （ ３ ０Ｗ 氙 灯 为 光源 ） 射 下 分 解 水 制 氢 的 催 化 活 性 ．结 果 表 明 ，ＩＶ 并 以 ０ 照 ｎＯ
ｃ ｔ ｌ ｉ ｔ ｙａ ｅｙｔ ｍｅｈ ｌｍｍｏ ｉｍ ｒｍｉｅ（ ＴＡＢ）ａ ｈ ｅ ｌｔ ｎ ａｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ｓ（ ｒ ｎｕ ｂｏ ｄ Ｃ ｓｔ ｅｔｍｐａｅａ ｄ ｃｒ ｏ ａ ｏｕ ｅ ＣＮＴｓ ｓｔ ｅｓ ｐ ｏ ｔ ）ａ ｈ ｕ ｐ ｒ ．Ｔｈ ｅ
ｍ ｏ ｐ ｏｌｇ ｒ ｈ ｏ ｙ，ｃ ｙ ｔ ｌｓ ｒ ｔ ｒ ， ｓ ｒａ ｅ ａ ｅ ｒ ｓａ ｔｕｃ ｕ ｅ ｕ ｆ ｃ ｒ ａ，ａ ｄ ｐ ｔ ｎ ａ ｓ ｒ ｔｏ ｏ ｅ ｔｅ ｆｔ ｅ ｓ ｎｔ ｓｚ ｄ Ｉ （ ／ ｎ ｈｏ ｏ ｂ ｏ ｐ ｉ ｎ ｐｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｈ ｙ ｈｅ ｉｅ ｎＶ ＣＮＴ ｓ ｗ ｅ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｚ ｄ ｙ ｔ ａ ｍ ｉｓｏ ｅｅ ｔｏ ｉｒ ｓ ｏ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｅ ｂ ｒ ｎｓ ｓ ｉ ｎ ｌｃ ｒ ｎ ｍ ｃ ｏ ｃ ｐｙ， ｈ ｇ ｒ ｓ ｌ ｔｏ ｓａ ｉ ｇ ｅｅ ｔｏ ｉｒ ｓ ｏ ｙ ｉ ｈ—ｅ ｏ ｕ ｉｎ ｃ ｎｎ ｎ ｌｃ ｒ ｎ ｍ ｃ ｏ ｃ ｐ
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。
光电催化水解制氢的研究进展
光电催化水解制氢的研究进展随着全球对可再生能源需求的增加，研究人员们致力于寻找新的制氢技术，以提高氢能源的生产效率和环境友好性。
光电催化水解制氢作为一种潜在的绿色制氢方法，近年来备受关注。
本文将探讨光电催化水解制氢的研究进展，并讨论其在可持续能源领域的应用前景。
一、光电催化水解制氢的原理光电催化水解制氢利用光催化剂在太阳光的作用下，将水分解成氢气和氧气。
常见的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化铋（Bi2O3）等，它们能够吸收太阳光的能量，带动水的分解反应。
在光电催化水解制氢过程中，光源的选取、催化剂的优化以及反应条件的控制是关键的因素。
二、光电催化水解制氢的研究进展1. 光催化剂的开发与改进为了提高光电催化水解制氢的效率，研究人员们致力于开发和改进光催化剂。
目前，许多新型光催化材料，如金属有机框架（MOFs）、半导体量子点（QDs）等被用于光电催化水解制氢。
这些新型材料具有较高的光吸收能力和电子传输性能，能够提高制氢效率。
2. 光电催化剂的表面修饰与调控为了提高光催化剂的光吸收能力和电子传输效率，研究人员们通过表面修饰和调控来改进催化剂的性质。
例如，通过修饰金属催化剂的表面，可以调控其光电荷分离和传输过程，进而提高光催化制氢的效率。
3. 反应条件的控制与优化反应条件的控制与优化对于光电催化水解制氢的效率和选择性具有重要影响。
研究人员们通过调节反应温度、光照强度、溶液酸碱度等条件，来提高制氢的产率和选择性。
此外，利用半导体异质结构、载流子传输等技术，也可实现对反应条件的优化。
三、光电催化水解制氢的应用前景光电催化水解制氢在可持续能源领域具有广阔的应用前景。
首先，该技术可以利用太阳能进行氢能源的高效转换，减少对传统能源的依赖。
其次，光电催化制氢是一种清洁的制氢方法，不产生CO2等有害气体，对环境友好。
而且，光电催化制氢具有可调控性强、响应速度快的特点，适用于小规模和大规模的制氢需求。
结论光电催化水解制氢作为一种新型绿色制氢技术，具有潜在的应用前景。
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。
高压下TiSi_2可见光光热催化分解水制氢的研究
Ｋｅ ｒ ｓ Ｈｉ ｈ Ｐ ｅ ｓ ｒ ； ｈ ｔｔ ｅ ｍａｃ ｔｌｔ ；Ｗ ａｅ ｔ ａ Ｓ ｌ ｔ ｇ；Ｔ ｔ ｎｕ Ｄ ｓｌ ｉｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｇ ｒ ｓ ｕ Ｐ ｏｏ ｈ ｒ ｌ ａａｙ ｉ ｅ ｃ ｔ ｒＳ ｒ ｍ ｐ ｉ ｉ ｅ ｔｎ ｉ ｉ ｍ ｉｉ ｃｄ ａ ｉ
显 著提 高了 Ｔ ｉ ｉ： Ｓ 催化剂光催化分 解水制氢速率 。添加 ＮＯ ａ Ｈ和 Ｎ２ Ｏ 有利 于水分解制 氢的反应 进行 ， ａＣ ， 在一 定 范围内 ，ａ Ｈ和 Ｎ＝ Ｏ 浓度 增加 ， 速率增加 。研 究还发 现 ， 载贵 金属 Ｐ 或 Ｒ 对反应 速率没有 显 ＮＯ ａ ， Ｃ 放氢 担 ｔ ｕ
ｗ ｓ ｐ ｏ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｌ ａ ｏ ｓ Ｗ ｌ ｒ ｐ ｓ ｃ ｏ ｄ ｎ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｚ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｆＵＶ－ ｉ ＤＢ ＸＲＤ ａ ｄ ＸＰ ｎ ａ ｒ ｂ ｄ， ｎ ｈ ｏ ｓｂ ｅｒ ｓ ｎ ａ ａｓ ｐ ｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｔｅ ｃ ａ ａ ｔｒ ａ ｉ ｕ ｔ ｏ ｅ Ｓ ｏ ｏ ｄ ｏ ｉ ｏ ｅ ｓ ｖｓ Ｓ， ｎ Ｓ ｉ
高压 下 ＴＳ２ 见 光 光 热催 化 分 解 水 制 氢 的研 化学物理研究所 羰基合成与选择氧化 国家重点实验室， 甘肃 兰州 ７ ００ ） ３００
摘要 ： 系统地 研究 了高压下一 系列 ＴＳ ｉｉ 催化剂 的可见 光光 热催 化分解水制氢 行为。研究 结果表 明 ， 压力增加
７３ １
给体的种类和浓度 刮等诸多 因素的制约 ， 循环光 催化分解水 的效率也还比较低 ； 并且催化剂对可见 光吸收、 阳能转化效率和催化剂稳定性等重要问 太 题同样未得 到明显改善 。而气 固相光催化反应受 到的制约条件则 比较少 ， 主要受温度和压力影响。 迄今为止 ， 关于气固相光催化分解水反应制氢的报 道还不多见 。如 Ｄ ｍ ｅ ａ ｍ 等人利用质谱在紫外光照 射流过 Ｔ ： ｉ 表面的潮湿氩气流中检测到痕量的 Ｈ Ｏ ： 和足量的 Ｏ ， ：认为催化剂表面 Ｔ ｉ 的存在对光催化 分解水而言是必要 的 ；ｏ ｏ ａ ａ等人也报道 ， Ｔ ｍ ｊＫ ｗ ｉ ｉ 汞灯照射含有 Ｒ Ｏ 的 ＴＯ 催化剂粉末 时， ｕ ： ｉ 水蒸气 分解会连续产生氢气和氧气 。 Ｊ 作为一种新型的非氧化物半导体材料光催 化 剂 ，ｉ ： ＴＳ 不仅价格相对 低廉 ， ｉ 而且储 量丰富。但其 在光催化分解水方 面的应用 却很少 。Ｌ ｉ Ｙ等人 ｎ 曾合成 了具有核壳结构 的 ＴＯ／ ｉｉ 并用于光电 ｉ：ＴＳ ， 分解水制氢 。该催化体 系中 ， 有较高 比表 面积 具 的 Ｔｓ 纳 米 网 被 用 作 支 撑 结 构 ， 大 地 提 高 了 ｉｉ 极 ＴＯ 的光吸收性能 ； ｉ２ 同时 ，ｉ ＴＳ 的高导 电性也增强 ｉ 了电荷的传输 ， 使得单 色紫外光 的可利用率 高达 １．％ 。Ｐｔ ｉｅ ｋｍ 等人研究发现 ， ６７ ｅ ｒ ｔｒ ａ ｐ ｅ Ｒ ｔｓ 可见 光光照下在非金属氧化物 ＴＳ： ｉ 表面可 以分别形成 ｉ 水 的氧化 （ 生成 氧气 ） 和质子 的还原 （ 形成 氢气 ） 两个催化 中心 ， 该过程包含光致发光作用 ； 而且在 水 中生成 的稳定纳米级氧化物薄膜有效地抑制 了 硅化物表层的进一 步氧化 Ｊ 。ｕ 等 人也在 高压 下对 ＴＳ 催化剂上水蒸气的光热催化放氢反应进 ｉ： ｉ 行 了初步研究 ， 发现反应压力 对光催化制 氢反应 有 重 要 作 用 ，高 压 下 量 子 利 用 效 率 可 达 ２．ｌ ］ ２ ０ ％ 。这些文献结果表 明，ｉ ２ ＴＳ 是一种较有 ｉ 潜力 的新型 光催 化材 料 。 本文主要 以 ＴＳ 为光催化分 解水催化剂 ， ｉ： ｉ 比 较了常压和高压条件下 ＴＳ 催化剂上光解水蒸气 ｉ： ｉ 放氢 的差异 ， 并考 察 了高压下 在气 固相反 应 中碱 的添加对光催化分解 水蒸气制 氢反应 的影 响 ， 还 探讨 了负载贵金属后 ＴＳ 催化剂对光催化分解水 ｉ： ｉ 制氢 行 为 的影 响 。
光催化分解水制氢ppt课件
纳米材料
Si, GaAs, GaP, CdS,ZnO(unstable） AMWO6(A=Rb,Cs;M=Nb,Ta) SrTiO3, BaTi4O9 K4Nb6O17, K2La2Ti3O10,MTaO3, ZrO2, Ta2O5, TiO2(3.2eV), SnO2(3.6eV), Fe2O3(2.1-
Energy diagram of a PEC cell for the photoelectrolysis of water. The cell is based on
an n-type semiconducting photo-anode.
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Institute of Nanoscience
In a•dTdrainstitiioonnm,etal the high rate of electron–
hole• Nobrleemceotaml bination on resul• Ntosn-metalin a low photo• Sceamti-acolnydsucitosr combination
Doping atoms Ru,Eu,
2021年4月5日星期一
氢的主要来源
电解水制氢（商业化电解水的效率~85%） 热化学法分解水制氢 石油产品催化重整制氢 生物质原料催化重整制氢 生物制氢 硫化氢裂解制氢 光催化分解水制氢
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Institute of Nanoscience
可见光分解水制氢催化剂的研究进展
关 键词 ：光催化 ；分解 水 ；可见 光 ；氢
中 图分类 号 ：０ ３３ ４ ６ ．６
文献标 识码 ：Ａ
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 ，据统计它构成 了宇宙的 ７ ％。大量存在于水中。氢作为能源，有以下 ５ 特点：发热值很高 ， 是汽油的 ３ ； 倍 易储运 ， 适应各种环境 的要求；本身无毒，且燃烧时只产生水，没
导体 上产 生 的电子通 过外 电路 流 向阴极 ， 中的质 子从 阴极 上接受 电子产生 氢气 。 水 这种 方法 可 以分 别在
两极得到氢和氧 ，而不是混合气 。 ２ 半导体光催化法。即将 ＴＯ 或 Ｃ Ｓ等半导体光催化剂微粒直接 （） ｉ２ ｄ 悬浮在水 中进行光解水反应 。 半导体光催化在原理上类似于光电化学池 ， 细小的半导体微粒可以被看作
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Ｌ Ｊ １ ２ ，即通 过光 阳极 吸收 太 阳能并 将光 能转 化 为电 能 。光 阳极 通常 为光 半导 体材
料， 受光激发可以产生电子一空穴对 ， 阳极和阴极组成光化学电池 ， 在电解质存在下光 阳极吸光后在半
的分解电压为 １ ｅ 左右。当它受到其能量相当或高于该禁带宽度的光辐照时 ， ．ｖ ８ 半导体 内的电子受激发
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 １ ｏ 的水分解为氢气和氧气 ，则需 ２ ７ Ｊ ｌ ｍ ３ 的能量 。 ｋ
专题 3--光催化分解水制氢研究--20150424
• 将天然气火焰在裂解炉加热到 1400℃，
• 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 产生氢气和碳黑。
五、制氢技术简介 1、化石燃料制氢
(3) 煤汽化：
C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g)
(4) 重油部分氧化
CnHm+O2 → CO（g）+H2（g） CnHm+H2O→ CO（g）+H2（g） H2O+CO → CO2（g）+H2（g）
(5) 其他因素
5、影响光催化效率的主要因素
1、溶液pH值：
2、光强: 功率、距离
3、反应物浓度：Langmuir-Hinshelwood关系式
4、温度
5、无机离子
七、光催化材料研究进展
1、光催化剂概述 常见半导体材料的能带结构
SiC
Evs.SHE(pH= )/eV
ZnS
-1.0
ZrO2
SrTiO3 TiO2 Ta2O5
机会，提高光催化活性。
七、光催化材料研究进展 2、光催化材料种类
(2)、层状铌酸盐、钽酸盐、钛酸盐等：
层状氧化物与以TiO2为代表的体相型光催化剂相比，突出的特点是能利用 层状空间作为合适的反应位点抑制逆反应，提高反应效率。
A、层状钛酸盐：
• 层状含钛复合氧化物是以TiO6八面体为主要结构单元的物质。 • K2La2Ti3O10和K2Ti4O9是层状氧化物光催化剂中较具有代表性的两种。 • K2La2Ti3O10的禁带为3.4-3.5 eV，其层状钙钛矿结构为TiO6八面体通过
设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键
3、半导体光催化制氢热力学原理
新型二氧化钛表面室温下可光催化分解水制氢
在太 赫兹 （ＴＨＺ）频率 ，玻璃 振动谱 总是偏 离经典德 拜模型 预测而形成 一个 过剩 的态密度 峰。由于服 从波色一爱 因斯 坦分布 ，这种 振动态 密度的过剩 峰通常 被 称为 波色峰 。作为玻璃本 征特征之 一 ，波 色峰为理解 玻璃复杂 的结 构本 质 以及 丰富 的动力学 提供 了一扇 重要 的窗 口。近 日，中国科学 院力学研 究所 、德 国明斯 特大学 与中科院物理研 究所等合 作研 究并取得进展 。
ｌ
ＮＥＷＳ
冲 击性 能更 优 ，这 归益 于高 锰 防振钢 可 以吸 收外 部冲 击 ，并 防止 其 向金属 内部 扩 散 ，通过 吸 收冲击 或 碰撞 而减 小 振动 ，可 以将 参 赛选 手受 到 的伤 害 降至最 低 。（中国有色金属 报）
我研制出世界首个有序大 孔 一微孔 ＭＯＦ单晶材料
合肥 工大材料科 学与工程学 院周如 龙副教授课题 组与美 国内布拉斯 加大学 林 肯分 校 曾晓成教 授课题 组合作 ，采用第一 性原理 计算理 论构建 了一种新 型 的 锐 钛矿 二氧化 钛表 面。模 拟计 算结果表 明，该表 面具有 合适 的禁带宽度 ，可 大幅 提 升可 见光 吸收效 率 ，且化学 反应 活性极 高。同时 ，该重构表 面在 富钛环境 下能 量 更加稳定 ，可在 低氧压和 较高温度条件 下制备 。（科技 日报 ）
研 究 以一 系列 非晶合 金 （金属玻璃 ）及 其对 应的 晶化产物 为模型体 系 ，开展 了系统 的低温 比热测量。通 过细致分析 低温 比热的声子和 电子 贡献 ，精确 分辨 出 各拓扑无序 态非 晶合 金的波 色峰位置和 强度。研 究发现 ，非晶合金 的低温 比热波 色峰包 含 过剩 的准 局域 声子散 射 和背景 的 电子激 活 ２部分 贡献 ，但 前者 是主控 的 。这两种贡献 高度耦合 ，且均 依赖于 非晶无序结构 。基于 是否 包含 电子贡献 ，研 究人 员定 义 了 ２种非 晶合 金波色 峰 ，并考 察这 两种 波色 峰在各 拓扑状 态 非晶合 金 中的演化 规律 。研究 发现 ，对于 包含 电子贡 献的非 晶合金低 温 比热波色峰 ，其 强度和 位置存在 与材料无 关的统一线性 反 比例 关系。这种 反线性关 系表 明 ，不 同 拓扑 无序态 的非 晶合金 在波 色峰温度 或频率 时表 现出普适 的结构 软化行 为。研 究进 一 步显示 ，通 过 瞬时 剪切 模量为 媒 介 ，这种 波色 峰背后 的结 构软 化与 非 晶 合 金固一液玻璃 态转 变 时的结 构 弛豫可 能具有 类似 的结 构起 源。上 述研 究结果 为今后 从低频振 动奇异“波色峰 ”角度理解 和表征非 晶合金的塑性 流动奠定 了基 础 。（中国科学院 ）
(完整版)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.也就是说，能够实现完全分解水得到氢气和氧气光催化材料的带隙必须大于1.23eV，并且导带和价带的位置相对氢标准电极电位的位置合适。
光催化制氢原理
光催化制氢原理一、介绍在可持续能源开发的背景下，光催化制氢成为一种备受研究和关注的新能源技术。
本文将介绍光催化制氢的原理及其在能源转换中的应用。
二、光催化制氢的定义光催化制氢是利用可见光或紫外光激发光催化剂的电子激发态，通过反应产生的自由载流子参与水的分解反应，最终生成氢气的过程。
主要有两种机制，一种是直接水分解，另一种是光解水产生氧气和氢气。
2.1 直接水分解机制直接水分解是指光催化剂在光照下获得足够的能量，使得水的氢键断裂，产生氢气和氧气。
这种机制需要光催化剂具备较高的光电转换效率和催化活性。
2.2 光解水机制光解水是指光催化剂在光照下通过一系列光电转换过程，间接地将水分解成氢气和氧气。
光解水机制一般分为光生电子-空穴对机制和催化半反应机制。
三、光催化制氢的原理光催化制氢的原理主要包括光催化剂的活性中心和光生载流子的产生和利用。
3.1 光催化剂的活性中心光催化剂的活性中心通常是由过渡金属离子组成的复合物。
这些过渡金属离子具备一定的电子结构，可以通过吸收光能使得电子激发到较高能级。
光催化剂通常会选择具有较低的禁带宽度和适当的导带和价带位置的材料作为活性中心。
3.2 光生载流子的产生和利用当光催化剂的活性中心吸收光能后，电子从价带跃迁到导带形成电子空穴对。
这些电子空穴对是光催化制氢反应的关键中间体，它们可以参与一系列的催化反应，如水分解反应或光解水反应。
这些反应最终导致氢气的产生。
四、光催化制氢的应用光催化制氢具有很大的潜力用于可再生能源转换和储存。
其应用主要集中在以下几个方面。
4.1 光催化制氢在太阳能电池中的应用光催化制氢可以与光伏发电相结合，构建太阳能电池。
通过将光催化制氢装置与光伏电池串联，将太阳能转化为电能和化学能，实现能源的高效转换和存储。
4.2 光催化制氢在储氢材料中的应用光催化制氢可以产生高纯度的氢气，直接储存于储氢材料中。
这些储氢材料可以在需要氢气时释放出来，为氢燃料电池等装置提供燃料。
光催化制氢 综述-概述说明以及解释
光催化制氢综述-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光催化制氢是一种利用光能量来催化水分解产生氢气的技术，具有绿色、可再生、低成本等优点。
随着氢能在能源领域的重要性不断凸显，光催化制氢技术也日益受到关注。
本文旨在对光催化制氢的原理、技术发展现状以及应用前景进行综述，为进一步推动该技术的研究和应用提供参考。
1.2 文章结构文章结构部分应该包括对整篇文章的组织和布局进行描述，引导读者了解本文的内容安排和逻辑顺序。
具体内容如下：本文主要分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分，将首先对光催化制氢进行概述，介绍其背景和意义；随后说明文章的结构，说明各部分的主要内容和目的；最后明确本文的目的，即归纳总结光催化制氢的发展现状和未来前景。
接着，在正文部分，将深入探讨光催化制氢的原理、技术发展现状以及应用前景。
具体包括光催化制氢的基本原理、各种光催化剂的研究进展、氢气的产生机理和效率等内容。
同时还会对光催化制氢技术在能源领域、环保领域等方面的应用前景进行展望和讨论。
最后，在结论部分，将对全文进行总结，归纳本文的主要内容和观点。
同时展望未来光催化制氢技术的发展方向和潜力，为读者提供启发和思考。
最后，以简洁而有力的结束语，概括全文内容，以达到完整性和鼓舞读者的目的。
1.3 目的：本文旨在系统梳理光催化制氢技术的原理、现状和应用前景，对该领域的研究进展进行综述和分析。
通过对光催化制氢技术进行全面的介绍，旨在帮助读者深入了解该技术的基本原理、发展趋势和未来展望，为进一步研究和应用提供重要参考。
同时，本文还将探讨光催化制氢技术在解决能源及环境问题中的潜在作用，并展望该技术的未来发展方向，为推动光催化制氢技术的进一步应用和发展提供理论支持和实践指导。
2.正文2.1 光催化制氢原理光催化制氢是一种利用光催化剂将水分子分解成氢气和氧气的技术。
其核心原理是通过光能激发光催化剂上的电子，使其跃迁至价带或导带，从而产生活性氧和氢离子，进而促使水分子分解。
光催化分解水制氢催化剂种类
光催化分解水制氢催化剂种类
光催化分解水制氢是一种利用太阳能将水分子分解为氢气和
氧气的技术，其中催化剂起到了至关重要的作用。
光催化分解
水制氢催化剂的种类繁多，下面我将介绍几种常见的催化剂：
1.二氧化钛（TiO2）：二氧化钛是一种常用的光催化剂，具
有良好的光催化活性和化学稳定性。
它的能带结构使得它能够
吸收可见光、紫外光和红外光，从而实现光催化水分解产氢。
然而，二氧化钛的光吸收较弱，所以需要结合其他催化剂进行
改进。
2.氧化铟锡（In2SnO5）：氧化铟锡是一种新型的光催化剂，具有较高的光催化活性和稳定性。
它在可见光区域表现出良好
的光吸收能力，同时拥有较好的光电转换效率，可用于光催化
水分解制氢。
3.二氧化硅（SiO2）：二氧化硅是一种常用的光催化剂，具
有较高的光吸收能力和光催化活性。
它可在紫外光区域产生电
子空穴对，从而促进水的分解反应。
然而，二氧化硅在可见光
区域的光催化活性较差，需要进行改进和修饰。
4.钛酸锂（LiTi2O4）：钛酸锂是一种新型的光催化剂，具
有较高的光催化活性和光电转换效率。
它在紫外光和可见光区
域都表现出较好的光吸收能力，能够促进水的分解反应产生氢气。
除了以上几种催化剂外，还有很多其他的光催化分解水制氢
催化剂被研究和开发，如铟酸钾、甲基化二氧化硅等。
这些催
化剂的设计和改进，旨在提高光吸收能力、增强光催化活性、
提高光电转换效率，从而实现更高效的光催化分解水制氢技术。
光催化分解水制氢ppt课件
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Institute of Nanoscience
1
IV-VI PbS PbSe PbTe II-VI CdS CdSe CdTe ZnTe ZnSe ZnS ZnO WO3 TiO2 CuO2
在400nm（~3.1eV）以下太阳光强度急剧下 降；
半导体纳米粒子的最佳能隙范围 （1.9~3.1eV）（400-650nm）
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Institute of Nanoscience
Intensity of sunlight versus wavelength for AM1.5 conditions.
半导体光催化分解水热力学原理示意图
H2O H2 + 1/2O2 G0 = 238 kJ/mol(E = -Go/nF = -1.23 eV)
V/NHE
-1.0
Conduction band
e- e- e- e- e-
0.0
Band gap +1.0
+2.0
+3.0
h+ h+ h+ h+ h+
Valence band
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Institute of Nanoscience
纳米材料
Si, GaAs, GaP, CdS,ZnO(unstable） AMWO6(A=Rb,Cs;M=Nb,Ta) SrTiO3, BaTi4O9 K4Nb6O17, K2La2Ti3O10,MTaO3, ZrO2, Ta2O5, TiO2(3.2eV), SnO2(3.6eV), Fe2O3(2.1-
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参考文献
1. Fujishima A, Honda K., Nature, 1972, 238, 37. 2. Kudo A., Sekizawa M., Chem Commun, 2000, 15, 1371. 3. Tsuji I., Kato H., Kobayashi H. et., J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126, 13406. 4. Wang-Jae Chun, Ishikawa A. et., J. Phys. Chem. B, 2003, 107(8), 1798. 5. Kudo A., International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31, 197. 6. Ishikawa A., Takata T., et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 2637. 7. Lei Z., You W., et al., Chem Common, 2003, 17, 2142.
•大多数光解水光催化剂仅能吸收紫外线，而紫外线在太阳光中 只占3％左右,最大的太阳光强度在500nm附近。 •就光解水来说，关键在于提高光催化反应的活性及选择性， 并将其激发波长扩展到可见光区，提高对光能的利用率．
光催化剂的结构及工作原理
H2O H2 + 1/2O2 G0 = 238 kJ/mol(E = -Go/nF = -1.23 eV)
J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126 (41), 13406.
例三
Diffuse reflection spectra of (AgIn)xZn2(1-x)S2 solid solutions
x：
(a) 0, (b) 0.17, (c) 0.22, (d) 0.29, (e) 0.33, (f) 0.40, (g) 0.5, (h) 1.
Seminar II
可见光催化分解水制氢
学生：詹世景 导师：杨维慎 林励吾
主要内容
研究背景 结构及催化制氢的研究背景
太阳光
H2O
H2
H2O
清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点
•1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO2电极上发现
了水的光催化分解作用，揭开了光催化技术研究的序幕。
V
Conduction band
-1.0
e- e- e- e- e-
0.0
+1.0
Band gap
+2.0
+3.0
h+ h+ h+ h+ h+
Valence band
最适合的：2.0-2.2 eV
H+ Water
reduction
H2
hv
H+/H2:0V
O2/H2O:+1.23V
O2 Water
H2O oxidation
Chem Commun, 2000, 15, 1371.
例二 -
CB
new VB VB
+
氮氧/ 硫氧化物
Ta5d
Ta5d
3.9 eV
2.4 eV
O2p Ta2O5
O2p+N2p TaON
Ta5d
H+/H2 2.1 eV
O2/H2O
N2p
Ta3N5
J. Phys. Chem. B, 2003, 107(8), 1803.
J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126 (41), 13406.
例三
J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126 (41), 13406.
结论与展望
通过合适的手段调变光催化剂的能级结构,将其激 发波长扩展到可见光区，提高对光能的利用率。 提高对光能的利用率、光电反应器的设计及催化 剂活性的提高是目前尚待解决的问题。 新的光催化剂的研究和各种表面改性技术的研究 是光解水制氢的研究重点。 二元甚至多元复合半导体表面上负载贵金属或稀 土元素有可能为解决这一问题提供一个途径。
各种能带调变手段对催化剂能带结构的影响示意图
CB
CB
CB
CB
CB
new VB
VB
VB
VB
VB
VB
元素掺杂类型 氮氧/ 硫氧化物
固溶体
掺杂Sb和Cr的 TiO2、SrTiO3 ， 掺杂Ni的ZnS等
TiO2-xNx, Ln2Ti2S2O5， Sm2 Ti2 S2O5
ZnIn2S4，(AgIn)xZn2(1 - x)S2等
例一
Diffuse reflectance spectra of Zn0.999Ni0.001S (a)and ZnS(b)powder
Chem Commun, 2000, 15, 1371.
例一
Condition: K2SO3(0.5 mol l-1)-Na2S(0.005 mol l-1) Light source: 300 W Xe lamp. (controlled Via cut-off filters).
光催化剂的结构及工作原理
表面复合
-++
B
-
C
H2
-
-
导带
-
-
-
-
hv Eg
+
hv
价带 + +
++
+
D
A
O
2
体相复合+
-+ +
H+ TiO2 粒子
H2O
太阳能光解水的影响因素
• 光解水能否进行或效率如何还与以下因素 相关： 受光激励产生的自由电子，孔穴对的多少 自由电子，孔穴对的分离、存活寿命 再结合的抑制
例二
U--vis diffuse reflectance spectra of Ta2O5, TaON and Ta3N5.
J. Phys. Chem. B, 2003, 107(8), 1803.
例三
CB CB CB solid
solution VB
VB VB
固溶体
Preparation condition: (a) heat-treated in quartz ampule tube at 1323 K and (b)-(h) heat-treated in a N2 flow at 1073-1123 K.
例一
CB
VB
催化剂Zn0.999Ni0.001S
-
Zn4s4p
Ni 3d
3.55 eV 2.3 eV
元素掺杂类型 +
S3p
ZnS: 3.55 eV
Preparation Condition:773 K in an N2
Zn0.999Ni0.001S
Chem Commun, 2000, 15, 1371.
Thank you!
State Key Laboratory of Catalysis