可见光催化分解水制氢

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。
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.
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).
Chem Commun, 2000, 15, 1371.
Wang-Jae Chun, Ishikawa A. et., J. Phys. Chem. B, 2003, 107(8), 1798. Kudo A., International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31, 197. Ishikawa A., Takata T., et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 2637. Lei Z., You W., et al., Chem Common, 2003, 17, 2142.
2
H2
-
-+
+
H+
TiO2 粒子
H2 O
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
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 VB
VB
new VB VB
VB
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
结构及工作原理
催化剂实例
结论及展望
可见光催化制氢的研究背景
H2O
太阳光
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。 •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．
VB
元素掺杂类型 掺杂Sb和Cr的 TiO2、SrTiO3 ， 掺杂Ni的ZnS等
氮氧/ 硫氧化物
固溶体
TiO2-xNx, Ln2Ti2S2O5， Sm2 Ti2 S2O5
ZnIn2S4，(AgIn)xZn2(1 - x)S2等
例一
催化剂Zn0.999Ni0.001S
Zn4s4p Ni 3d
3.55 eV 2.3 eV
Thank you!
State Key Laboratory of Catalysis
J. Phys. Chem. B, 2003, 107(8), 1803.
例三
CB
CB
solid solution
VB
CB
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.
Water reduction
H+/H2:0V O2/H2O:+1.23V
H2
hv
O2
H2 O
Valence band
Water oxidation
最适合的：2.0-2.2 eV
光催化剂的结构及工作原理
导带
- - -hv Eg + + + + +
表面复合
-+
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
hv
价带
B
C
+
D A 体相复合 + O
例二 CB
Ta5d
Ta5d
2.4 eV
Ta5d
H+/H2 2.1 eV O2/H2O
3.9 eV
new VB VB
N2p
+
氮氧/ 硫氧化物
O2p+N2p O2p Ta2O5 TaON Ta3N5
J. Phys. Chem. B, 2003, 107(8), 1803.
例二
U--vis diffuse reflectance spectra of Ta2O5, TaON and Ta3N5.
CB
VB
元素掺杂类型
+
S3p ZnS: 3.55 eV Zn0.999Ni0.001S
Chem Commun, 2000, 15, 1371.
Preparation Condition:773 K in an N2
例一
Diffuse reflectance spectra of Zn0.999Ni0.001S (a)and ZnS(b)powder
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) V -1.0 0.0 +1.0 +2.0 +3.0 h+ h+ h+ h+ h+ Band gap
H+
Conduction band
e- e- e- e- e-
参考文献
1. 2. Fujishima A, Honda K., Nature, 1972, 238, 37. Kudo A., Sekizawa M., Chem Commun, 2000, 15, 1371.
3.
4. 5. 6. 7.
Tsuji I., Kato H., Kobayashi H. et., J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126, 13406.