催化制氢
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文献汇报
汇报人：田华玲 汇报时间：2012-10-30
汇报提纲
• • • • 1、研究背景 2、半导体材料简介 3、半导体材料催化制氢 4、石墨烯复合材料
wk.baidu.com
研究背景
半导体材料
• 自然界的物质、材料按导电能力大小可分 为导体、半导体和绝缘体三大类。 • 半导体材料（semiconductor material） 是一类具有半导体性能（导电能力介于导 体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～ 1GΩ·cm范围内）、可用来制作半导体器件 和集成电路的电子材料。
半导体制氢研究历程
• 1971年, 日本东京大学的Fujishima和 Honda发现了在n型半导体TiO2单晶光电极 上分解水制得氢气； • 2001年, 邹志刚等在Nature上报道N i掺杂 InTaO4光催化材料； • 2006年, Domen等以GaN/ZnO固溶体为光 催化材料, 实现了光催化分解水制氢； • 2009年, NatureMaterials上报道了有机物半 导体C3N4 具有光催化分解水；
光解水制氢工作原理
• • • • • • • • • TiO2+ hv→h++ eh++ H2O → H++· OH O2+ 2e-+ 2H+ → H2O2 Ti4++ e- → Ti3+ O2+ e- → O-2 H2O2+ O-2 → OH+ OH-+ O2· h++ OH- → OH· H++ e- → · H · ·H → H2 H+
半导体光催化制氢的条件
• 半导体禁带宽度> 1.23eV • O2+4H++4e-=2H2O; • EO2/H2O=1.229V
影响二氧化钛的催化效果的因素 • 1、TiO2 晶型的影响； • 2、粒径的影响；
制约半导体光催化制氢发展的因素
1、大多数半导体光催化剂的光吸收范围在紫 外光区, 无法利用可见光,而紫外光能量仅占 辐射到地面太阳能总量的5%； 2、半导体光催化剂的光生电子空穴复合率高, 量子效率低。
什么是光催化半导体？
• 光催化是在一定波长光照条件下，半导体 材料发生光生载流子的分离，然后光生电 子和空穴在与离子或分子结合生产具有氧 化性或还原性的活性自由基，这种活性自 由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或 其他小分子有机物以及水，在反应过程中 这种半导体材料也就是光催化剂本身不发 生变化。一般用于做光催化剂进行光催化 反应的材料都是半导体材料或具有半导体 特性的物质。
• 石墨烯复合材料
• 碳材料在催化中有着极为重要的应用，被广泛用 做催化剂的载体，也可以直接作为许多反应的催 化剂，可将某些具有催化活性的材料负载在石墨 烯表面使其成为新一类石墨烯功能复合材料。 • 2012年武汉理工大学石墨烯/TiO2复合材料； • 2012年江苏大学石墨烯/银复合薄膜； • 2012年中国科技大学石墨烯/ZnO复合材料（光 催化降解）。
拟解决方案
• • • • • • 1、TiO2表面负载贵金属； 2、半导体材料的光敏化； 3、强酸修饰； 4、超临界干燥技术； 5、溶胶-凝胶法的改进； 6、复合半导体；
半导体光催化复合材料
• • • • 1、CdS/ZnO复合光催化剂； 2、硼掺杂对K2La2Ti3O10光催化； 3、N 掺杂Ta2O5 光催化材料； 4、Cu/ZnO-TiO2复合半导体光催化材料;
半导体材料的分类
• 1、元素半导体 （硅、锗、硒等）； • 2、化合物半导体（磷化铟 、碳化硅 、硫 化镉 ）； • 3、无定形半导体材料 （氧化物玻璃 、非 氧化物玻璃 ）； • 4、有机半导体材料 （萘、蒽、聚丙烯腈 等）；
什么是光催化？
• 光催化是在光的照射下，自身不起变化， 却可以促进化学反应的一个过程。光催化 是利用自然界存在的光能转换成为化学反 应所需的能量，来产生催化作用，使周围 之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由 负离子。几乎可分解所有对人体和环境有 害的有机物质及部分无机物质，不仅能加 速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成 资源浪费与附加污染形成。
汇报人：田华玲 汇报时间：2012-10-30
汇报提纲
• • • • 1、研究背景 2、半导体材料简介 3、半导体材料催化制氢 4、石墨烯复合材料
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研究背景
半导体材料
• 自然界的物质、材料按导电能力大小可分 为导体、半导体和绝缘体三大类。 • 半导体材料（semiconductor material） 是一类具有半导体性能（导电能力介于导 体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～ 1GΩ·cm范围内）、可用来制作半导体器件 和集成电路的电子材料。
半导体制氢研究历程
• 1971年, 日本东京大学的Fujishima和 Honda发现了在n型半导体TiO2单晶光电极 上分解水制得氢气； • 2001年, 邹志刚等在Nature上报道N i掺杂 InTaO4光催化材料； • 2006年, Domen等以GaN/ZnO固溶体为光 催化材料, 实现了光催化分解水制氢； • 2009年, NatureMaterials上报道了有机物半 导体C3N4 具有光催化分解水；
光解水制氢工作原理
• • • • • • • • • TiO2+ hv→h++ eh++ H2O → H++· OH O2+ 2e-+ 2H+ → H2O2 Ti4++ e- → Ti3+ O2+ e- → O-2 H2O2+ O-2 → OH+ OH-+ O2· h++ OH- → OH· H++ e- → · H · ·H → H2 H+
半导体光催化制氢的条件
• 半导体禁带宽度> 1.23eV • O2+4H++4e-=2H2O; • EO2/H2O=1.229V
影响二氧化钛的催化效果的因素 • 1、TiO2 晶型的影响； • 2、粒径的影响；
制约半导体光催化制氢发展的因素
1、大多数半导体光催化剂的光吸收范围在紫 外光区, 无法利用可见光,而紫外光能量仅占 辐射到地面太阳能总量的5%； 2、半导体光催化剂的光生电子空穴复合率高, 量子效率低。
什么是光催化半导体？
• 光催化是在一定波长光照条件下，半导体 材料发生光生载流子的分离，然后光生电 子和空穴在与离子或分子结合生产具有氧 化性或还原性的活性自由基，这种活性自 由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或 其他小分子有机物以及水，在反应过程中 这种半导体材料也就是光催化剂本身不发 生变化。一般用于做光催化剂进行光催化 反应的材料都是半导体材料或具有半导体 特性的物质。
• 石墨烯复合材料
• 碳材料在催化中有着极为重要的应用，被广泛用 做催化剂的载体，也可以直接作为许多反应的催 化剂，可将某些具有催化活性的材料负载在石墨 烯表面使其成为新一类石墨烯功能复合材料。 • 2012年武汉理工大学石墨烯/TiO2复合材料； • 2012年江苏大学石墨烯/银复合薄膜； • 2012年中国科技大学石墨烯/ZnO复合材料（光 催化降解）。
拟解决方案
• • • • • • 1、TiO2表面负载贵金属； 2、半导体材料的光敏化； 3、强酸修饰； 4、超临界干燥技术； 5、溶胶-凝胶法的改进； 6、复合半导体；
半导体光催化复合材料
• • • • 1、CdS/ZnO复合光催化剂； 2、硼掺杂对K2La2Ti3O10光催化； 3、N 掺杂Ta2O5 光催化材料； 4、Cu/ZnO-TiO2复合半导体光催化材料;
半导体材料的分类
• 1、元素半导体 （硅、锗、硒等）； • 2、化合物半导体（磷化铟 、碳化硅 、硫 化镉 ）； • 3、无定形半导体材料 （氧化物玻璃 、非 氧化物玻璃 ）； • 4、有机半导体材料 （萘、蒽、聚丙烯腈 等）；
什么是光催化？
• 光催化是在光的照射下，自身不起变化， 却可以促进化学反应的一个过程。光催化 是利用自然界存在的光能转换成为化学反 应所需的能量，来产生催化作用，使周围 之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由 负离子。几乎可分解所有对人体和环境有 害的有机物质及部分无机物质，不仅能加 速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成 资源浪费与附加污染形成。