提高光催化剂光解水制氢效率的方法概述
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剂 光解 水制 氢 效率 。
氧化物 ， 负载其 也可 以提高光催化剂 的制氢效率 。 Ｍ ａ ｅ ｄ ａ 等 采用 光沉 积法 制 备 了核壳 结构 的 Ｒ ｈ ／ Ｃ ｒ Ｏ ， ， 以此为助催 化剂 ， 通过催化剂 内金属单 质传 输 光生 电子 ， Ｃ ｒ ／ Ｏ 为 反应 活 性点 ， 光 生 电子在 表 面
化
工
技
术
与
开
发
第 ４ ４卷
能带 位 置 匹配 的半 导 体材 料 进 行 复合 ， 就 可 以调 节 半 导 体 的禁带 宽度 ， 从 而降 低光 生载 流子 的 复合 ， 扩
展催 化剂 对光 的 响应 范围 。
子效 率 。
１ ． ６ 构 建异 质结
光 腐 蚀 及 有 毒 等 问题 ， 而Ｐ 一型 Ｉ ｎ Ｐ、 Ｇ ａ ｌ ｎ Ｐ ： 等 虽 具
化制氢活性。贵金属作为助催化剂已有广泛报道 ，
如Ｐ ｔ ＿ ｌ ＿ 、 Ｒ ｕ ［ 、 Ａ ｇ Ｉ 等。
１ ． ２ 负载 金属 氧化 物 或金属 复 合氧化 物
Ｎｉ Ｏ『 ４ 】Ｃ ｏ Ｏ、 Ｒ ｕ Ｏ ２ 【 ５ 等金 属 氧化 物价 格低 廉 ， 能
第４ ４卷 第 ５期
２ ０ １ ５ 年 ５ 月
化
工
技
术
与
开
发
Ｖ０ １ ． ４ ４ Ｎｏ ． ５
Ｍａ ｖ ． ２ ０１ ５
Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ＆ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ Ｃｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
提高光催化剂光解水制氢效率 的方法概述
体、 光敏 化 、 形貌 调控 、 构建 异质 结 等 。
１ ． １ 沉积 贵 金属
１ － ３ 复 合半 导体
当２ 种或 ２ 种以上的半导体构成拥有一定微观
结 构 的 复合 系统 后 ， 其 有关 光 的物理 和 化学 方 面 的
性质都会发生重大 的变化 。因此 ， 半导体复合亦是 提高光催化制氢效率 的重要手段之一。当半导体禁 带 宽度 太小 时 ， 光生 电子 与空 穴很 容易 复合 ， 会抑 制
子 和 空 穴 的复 合 和 逆反 应 ， 在 没 有牺 牲 剂 的情况 下
空穴将 水 氧化生 成 氧气 ， 从 而提高半导体光催化 制氢 效率 ［ ６ － ８ ］ ｏ
多种 以上 金 属 共存 的氧 化 物 ， 称 之 为金 属 复合
半 导 体 光催 化 效 率 通 常不 高 。为 了解 决 上述 难 题 ， 提 高 光 催 化剂 的光 解水 制 氢 效 率 ， 对 光催 化 材 料 的 改 性 很 有 必要 。 因此 ， 有 许 多方 法 可 以提 高 光 催 化
有理 想 的能 隙 ， 且 一定 程度 上 能抗 光腐 蚀 ， 但 其能 级 与 水 的氧 化 还 原 能 级 不 匹 配 。２） 电子 一空 穴 的复 合 与其 分别 参 与水 的还原 和氧 化反 应是 一 对竞争 反 应， 导 致光 生 电子与 空 穴对 寿命 短 。３） 由于 存在 电
半 导体 的光 催 化制 氢活 性 。如果 将 ２种或 ２种 以上
在半 导体 光催 化 剂表 面负 载助催 化 剂 能显著 提 高 光催 化 分解 水 反应 的效 率 。主要 原 因有 ３点 ： 一 是 助催 化 剂 能 降 低产 氢 还 原 反应 的超 电 势 ， 二 是 助
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ ． ０ ３ — １ ６
活性 点充 分 发生还 原 反应 ， 抑制 逆反 应进 行 ， 从 而 提 高 其制 氢性 能 。
１ 提 高 光催 化 剂 光 解 水 制 氢 效 率 方 法
提高 光催 化剂 制 氢效率 的方法 主要 有沉 积贵 金 属、 负 载 金 属 氧化 物 或 金 属 复 合 氧 化 物 、 复 合 半 导
随着 社 ห้องสมุดไป่ตู้ 工业 化 进 程 脚 步逐 渐 加 快 ， 各 国对 能
源 的需 求 以及 能 源 使 用 所 带 来 环 境 问题 的 日益 严
催化 剂能 在光 催化 剂表 面上 为 光解水 产 氢提供 活性 位点 ； 三 是促 进光 生 电子 与空 穴分离 ， 从 而提 高光 催
峻 。半导体光解水 制氢 能够有效开发利用太 阳能 ， 从 而 缓解 能 源危 机 及保 护 环 境 等 ， 引起 了广 大 学者
、
够显著提高光水解产 氢效 率 ， 因此 ， 它也总是被用 来 作 光催 化 剂 的助催 化 剂 。例如 ， 由 于氧 化镍 的费
米能级低于金 属镍 ， 半导体 表面形 成氧化镍 ／ 镍
型双层结 构能够 促进 光生 电子与空穴 的分离 ， 产 氢在氧化镍 表 面进行 ， 而 未 沉 积 的半 导 体 表 面 的
胡 建强
（ 温 州 大 学 化 学 与材 料 工 程 学 院 ，浙江 温 州 ３ ２ ５ ０ ０ ０）
摘
要 ：光解水制氢有望解决能源危机 与环境 问题 ，成为开发新能源 的研究热点之一。 目前将光催化制氢技术
实用化仍然面 临许多难题 ，其中最主要 问题是光解水制氢效率很低 ，达不到工业化生产的要求 。因此 ，提高光解水 制氢效率很有必要 。本文简单概述了提高光催化剂光解水制氢效率的方法 。 关键词 ： 光催化剂 ； 光解水制氢效率 ； 方法 中图分类号： Ｔ Ｑ １ １ ６ ． ２ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ０ － ９ ９ ０ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ ４ ３ — ０ ３
的研究 兴 趣 。 目前 将光 催化 制氢 技术 实用 化仍 然 面 临许 多难 题 ：１ ） 光 化 学 稳 定 的半 导 体 （ 如Ｔ ｉ Ｏ ） 的 能隙太宽 ｆ 以≤２ ． ０ ｅ Ｖ为 宜 ） ， 只吸收紫外光 ， 光 量 子产率低 （ 约４ ％） ， 最高不超 过 １ ０ ％。具 有 与 太 阳 光谱 较 为 匹 配 能 隙 的半 导体 材 料 （ 如Ｃ ｄ Ｓ等 ） 存 在
氧化物 ， 负载其 也可 以提高光催化剂 的制氢效率 。 Ｍ ａ ｅ ｄ ａ 等 采用 光沉 积法 制 备 了核壳 结构 的 Ｒ ｈ ／ Ｃ ｒ Ｏ ， ， 以此为助催 化剂 ， 通过催化剂 内金属单 质传 输 光生 电子 ， Ｃ ｒ ／ Ｏ 为 反应 活 性点 ， 光 生 电子在 表 面
化
工
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发
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能带 位 置 匹配 的半 导 体材 料 进 行 复合 ， 就 可 以调 节 半 导 体 的禁带 宽度 ， 从 而降 低光 生载 流子 的 复合 ， 扩
展催 化剂 对光 的 响应 范围 。
子效 率 。
１ ． ６ 构 建异 质结
光 腐 蚀 及 有 毒 等 问题 ， 而Ｐ 一型 Ｉ ｎ Ｐ、 Ｇ ａ ｌ ｎ Ｐ ： 等 虽 具
化制氢活性。贵金属作为助催化剂已有广泛报道 ，
如Ｐ ｔ ＿ ｌ ＿ 、 Ｒ ｕ ［ 、 Ａ ｇ Ｉ 等。
１ ． ２ 负载 金属 氧化 物 或金属 复 合氧化 物
Ｎｉ Ｏ『 ４ 】Ｃ ｏ Ｏ、 Ｒ ｕ Ｏ ２ 【 ５ 等金 属 氧化 物价 格低 廉 ， 能
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提高光催化剂光解水制氢效率 的方法概述
体、 光敏 化 、 形貌 调控 、 构建 异质 结 等 。
１ ． １ 沉积 贵 金属
１ － ３ 复 合半 导体
当２ 种或 ２ 种以上的半导体构成拥有一定微观
结 构 的 复合 系统 后 ， 其 有关 光 的物理 和 化学 方 面 的
性质都会发生重大 的变化 。因此 ， 半导体复合亦是 提高光催化制氢效率 的重要手段之一。当半导体禁 带 宽度 太小 时 ， 光生 电子 与空 穴很 容易 复合 ， 会抑 制
子 和 空 穴 的复 合 和 逆反 应 ， 在 没 有牺 牲 剂 的情况 下
空穴将 水 氧化生 成 氧气 ， 从 而提高半导体光催化 制氢 效率 ［ ６ － ８ ］ ｏ
多种 以上 金 属 共存 的氧 化 物 ， 称 之 为金 属 复合
半 导 体 光催 化 效 率 通 常不 高 。为 了解 决 上述 难 题 ， 提 高 光 催 化剂 的光 解水 制 氢 效 率 ， 对 光催 化 材 料 的 改 性 很 有 必要 。 因此 ， 有 许 多方 法 可 以提 高 光 催 化
有理 想 的能 隙 ， 且 一定 程度 上 能抗 光腐 蚀 ， 但 其能 级 与 水 的氧 化 还 原 能 级 不 匹 配 。２） 电子 一空 穴 的复 合 与其 分别 参 与水 的还原 和氧 化反 应是 一 对竞争 反 应， 导 致光 生 电子与 空 穴对 寿命 短 。３） 由于 存在 电
半 导体 的光 催 化制 氢活 性 。如果 将 ２种或 ２种 以上
在半 导体 光催 化 剂表 面负 载助催 化 剂 能显著 提 高 光催 化 分解 水 反应 的效 率 。主要 原 因有 ３点 ： 一 是 助催 化 剂 能 降 低产 氢 还 原 反应 的超 电 势 ， 二 是 助
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ ． ０ ３ — １ ６
活性 点充 分 发生还 原 反应 ， 抑制 逆反 应进 行 ， 从 而 提 高 其制 氢性 能 。
１ 提 高 光催 化 剂 光 解 水 制 氢 效 率 方 法
提高 光催 化剂 制 氢效率 的方法 主要 有沉 积贵 金 属、 负 载 金 属 氧化 物 或 金 属 复 合 氧 化 物 、 复 合 半 导
随着 社 ห้องสมุดไป่ตู้ 工业 化 进 程 脚 步逐 渐 加 快 ， 各 国对 能
源 的需 求 以及 能 源 使 用 所 带 来 环 境 问题 的 日益 严
催化 剂能 在光 催化 剂表 面上 为 光解水 产 氢提供 活性 位点 ； 三 是促 进光 生 电子 与空 穴分离 ， 从 而提 高光 催
峻 。半导体光解水 制氢 能够有效开发利用太 阳能 ， 从 而 缓解 能 源危 机 及保 护 环 境 等 ， 引起 了广 大 学者
、
够显著提高光水解产 氢效 率 ， 因此 ， 它也总是被用 来 作 光催 化 剂 的助催 化 剂 。例如 ， 由 于氧 化镍 的费
米能级低于金 属镍 ， 半导体 表面形 成氧化镍 ／ 镍
型双层结 构能够 促进 光生 电子与空穴 的分离 ， 产 氢在氧化镍 表 面进行 ， 而 未 沉 积 的半 导 体 表 面 的
胡 建强
（ 温 州 大 学 化 学 与材 料 工 程 学 院 ，浙江 温 州 ３ ２ ５ ０ ０ ０）
摘
要 ：光解水制氢有望解决能源危机 与环境 问题 ，成为开发新能源 的研究热点之一。 目前将光催化制氢技术
实用化仍然面 临许多难题 ，其中最主要 问题是光解水制氢效率很低 ，达不到工业化生产的要求 。因此 ，提高光解水 制氢效率很有必要 。本文简单概述了提高光催化剂光解水制氢效率的方法 。 关键词 ： 光催化剂 ； 光解水制氢效率 ； 方法 中图分类号： Ｔ Ｑ １ １ ６ ． ２ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ０ － ９ ９ ０ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ ４ ３ — ０ ３
的研究 兴 趣 。 目前 将光 催化 制氢 技术 实用 化仍 然 面 临许 多难 题 ：１ ） 光 化 学 稳 定 的半 导 体 （ 如Ｔ ｉ Ｏ ） 的 能隙太宽 ｆ 以≤２ ． ０ ｅ Ｖ为 宜 ） ， 只吸收紫外光 ， 光 量 子产率低 （ 约４ ％） ， 最高不超 过 １ ０ ％。具 有 与 太 阳 光谱 较 为 匹 配 能 隙 的半 导体 材 料 （ 如Ｃ ｄ Ｓ等 ） 存 在