光解水制氢半导体光催化材料的研究进展
田蒙奎12上官文峰2欧阳自远1王世杰11中国科学院地球化学研究所贵州贵阳5500022上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心上海200030摘要自从Fujishima2Ho
da效应发现以来科学研究者一直努
力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的学能氢能。近一二十年来光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料。本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性阐述了该课题的意和今后的研究方向。关键词光解水氢能半导体光催化剂中图分号
X13文献标识码A文章编号100129731200510214892041引言
在能源危机和环境问题的双重压力下氢能因其燃烧值高、储量丰富、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源因而氢能的开发成了能源领域的研究热点。自从Fujishima和Ho
da于1972年发现了TiO2光电化学能分解水产生H2和O2以来1科学研究者实现太阳能光解水制氢一直在作不懈的努力。普遍接受的光解水制氢原理是半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时电子从最高电子占据分子轨道HOMO即价带受激跃迁至最低电子占据分子轨道LUMO即导带从而在价带留下了光生空穴h导带中引入了光生电子e。光生空穴和光生电子分别具有氧化和还
f原能力。要实现太阳能光解水制氢和氧光生电子的还原能力必须能还原H2O产生H2而光生空穴的氧化能力必须能氧化H2O产生O2即半导体光催化剂的导带底要在H2OH2电位E00VpH0的上面导带位置越高电位越负还原能力越强而价带顶在O2H2O电位ENHE123VpH0的下面价带位置越低电位越正氧化能力越强。近一二十年来TiO2以外的光催化剂的相继发现特别是能响应可见光的光催化材料的出现使得光解水制氢研究进入了非常活跃时期。本文就近期太阳能光解水制氢研究进展中的半导体光催化材料作一综述。2简单半导体氧化物硫化物系光催化剂目前广泛研究的简单化合
物半导体材料的能带结构如图1所示：
图1
部分半导体材料的能带结构示意图
Fig1Schematicdiagramofba
dstructureforsomesemico
ductorsTiO2光催化剂由于光照不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、来源丰富等优点而被广为利用。具有代表性的
fP25二氧化钛粉体材料几乎是现在最成功的光催化剂之一。但TiO2能隙大32eV由此决定了其只能响应波长385
m的仅占太阳辐射4左右的紫外光对r