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TiO2光解水制氢的研究进展_论文

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维普资讯 http://www.cqvip.com 8   四 川化 工  第1卷 1 2 0 年 第 4期  08 专论 与评 述   1  t t  t  t t  t l   Ti 光 解 水 制 氢 的研 究进 展   O2 谭 君 王 * 闫书一  ( 成都 理工 大 学材料 与化 学化 工 学院 , 成都 ,109  60 5) 摘  要  介 绍 了 TO  i 光解 水制氢 的原 理和特 点 , 重点 阐述 了提 高催 化 剂 光转 化 效 能 的最 新 方法 , 望  展 未来 ri 的光解 水制 氢 的前 景 , 出提 高光转 化效 率 的技 术关 键和 研究 重点 。 rOz 指   关键 词 : O 光催 化 Ti 2 太 阳能 制 氢  随着 经济 的发展 , 世界 上 的石油 、 天然气 和煤等  不 可再 生化 石 能源 的快 速 消耗 , 的替 代 能 源 开发  新 Ti 光 转化 效率成 为 了研究 工作 的热 点和 难 点 。 o2   迫 在 眉 睫 。氢 能源 以其 清洁 、 效 、 高 可再 生性 , 认  被 为是一 种最 有发 展前 途 的化 石 能 源替 代 品 , 它对 改  善 地球 环境 , 减少 温 室气体 排放 , 着重要 的意义和  有 2 光 催 化 制 氢 的 发展    2 1 光 催化 剂结构 优化  .  光 催化剂 结构 优化 主要 是改 变催 化剂 颗粒 的大  发 展前 景 。使用廉 价 的太 阳能分解 水制 氢极具 发展  潜 力 。To 光催 化 产 氢 最 早 见 于 F j hma等 [ 的  2 ui i s 1 ] 光 解水 实验 , 随着 化 石 能 源逐 渐枯 竭 和 价格 高涨 以  及 人们 环境 意识 的不 断增 强 , 发 太 阳能 光催 化 产  开 氢 技术是 各 种制氢 技术 研究 中 的一 大热点 。   小、 形貌 、 晶型 。改 变 Ti 的 晶 型使 得 光 催 化 剂许  o2 多 物理性 质如 物质 密 度 、 电子 能 带 结构 等 方 面 产生  不 同的光催 化 效果 。在 采 用 Ti 为 催 化 剂 时 , Oz 证  实锐 钛矿 水解 产氢 的速率 是金 红石 相 的 7 L 。催  倍 2 ] 化 剂颗粒 小 于 临界 值 ( 1 n 时 , 荷 载 体 就 会  约 0 m) 电 1 Ti 光 催 化产 氢 的原 理 和 特点    O。 当小 于 3 7 m 的紫 外 光 照 射 到 riz , 带  8n rO 时 价 上 电子 吸收 能量后 发 生 跃 迁 到导 带 , 在价 带 和 导带  分别 产生 了空 穴与 电子 , 吸附在 T Oz i 的水 分 子被 氧  化性 很强 的空穴 氧 化 成 为 氧气 , 时产 生 的氢 离 子  同 在 电解液 中迁移 后 被 电子 还原 成为氢 气 。   能实 现光催 化 产氢 的半 导 体材料 很多 , Ga   如 P、 G As a 之类 的非 金 属 氧 化 物 材 料 , 是 这 些 材 料 不  但 出现量 子行 为 , 电荷 传递 速率 常数 变大 , 以提 高 以  可 电荷传 递 为 速率 决 定 步骤 体 系 的光 催 化 效 率 [ , 3 但  ] 是 粒径减 小也会 使 禁带 变宽 , 吸收 谱线 蓝移 , 敏性  光 下 降 。2 0 0 5年 , i s研究 了采 用 Ti 纳 米 管 阵  Gr me O2 列作为光 阳极光 电催化分解 水制氢 , 电转化效率  光 提 高到 1 . 5 [ , 称 纳 米 管 可 以延 长 电 子 的豫  2 2  4 据 ] 驰 时间 , 增加分 解水 的机会 。   2 2 负载 贵金属  .  仅 价格 昂贵 , 且在 水环境 中不 能保 持长期 的稳定 , 而   容 易被 氧化 而侵 蚀 , 因此 无法 在 实 际 中应 用 。ri   rOz 价 格低廉 、 化学性 质 稳 定 、 酸 耐 碱 、 腐 蚀 抗 光腐  耐 抗 蚀 能力强 , 因而成 为最 有希 望 的太 阳能制氢材料 。   纯 Ti z 带 宽度达 3 2 V, O禁 . e 只能 吸收波 长 小 于  3 7 m 的紫外 光 , 8n 这一 部分 的能 量 只 占太 阳光 能量  的约 7 ,   而且 电子 / 空穴 对在催 化剂 内部 移 动过 程  通 过浸 渍 还原 、 面 溅射 等 方 法 可 以 把 贵金 属  表 形成 分 散 颗 粒 沉 积 负 载 在 Ti 表 面 上 。 负 载 在  Oz ri2 面 的 贵 金 属 能 在 金 属一 导 体 表 面 形 成  ro 表 半 Sh t y能 垒 , 金 属 的费 米 能 级 比 ri 的低 , cot k 贵 rOz 使  得 TO  i 导带 上 的电子 汇集 到贵金 属 上 , 强 了氢 的  加 还原 , 同时空 穴 留在 Ti 2 , 少 了 电子一 穴 的复  o上 减 空 合 。贵 金属 越小 , 效果 就越 显著 。研究 表 明 , 金属  贵 P 、 、d R 、 、 u Ag等都 可 以 提高 Ti 光 催  tAu P 、 h NiC 、 o2 中极 易复 合 , 终 导 致 光 转化 效 率 低 下 。因 此提 高  最 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4 期  Ti 2 o 光解 水制 氢的研 究进展  9   化 剂活 性 ,t P 的负 载效果 最好 , Au的其次 [ ] 5 。     李越 湘 等  以草酸作 为 电子 给体 光催化 分解 水  制氢 , t P 的最佳 负载 量为 0 5 , 酸浓 度 (.0 ~  .  草 O0 1 0 0 to/ ) 产 氢 反 应 速 率 影



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