1、可见光化的半导体光催化剂可见光化的半导体光催化剂主要内容主要内容背景介绍反应机理研究进展问题与展望能源危机能源危机6%2%17%75%煤石油天然气其它中国2005年，我国能源总消耗量约为22.2亿吨标准煤，其中90%以上为不可再生的化石能源能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；太阳能资源丰富，一年到达地球总量为5.51026J,为现在全球一年能源消耗的一万倍；氢能成为理想的可再生二次能源，关键是廉价的氢源；1972年日本科学家Fujishima和Honda等发现TiO2单晶电极可以实现光催化分解水.(Nature,1972,238:37-39)寻找合适的光催化剂成为光解水制氢的关键近些年来
2、，开发出了一系列光催化剂：Ta2O5,ZrO2,RbNdTa2O7,BaTi4O9，NaInO2，CuMn2O4但是只对紫外光有吸收光解水制氢光解水制氢太阳光谱图太阳光谱图 UV Visible Infrared4%43%400 3.07eV500 2.48eV600 2.07eV吸收可见光的材料是高效利用太阳能的关键吸收可见光的材料是高效利用太阳能的关键TiO2光催化分解水反应机理光催化分解水反应机理h+TiO2VBCBe-hPtRuO2E(H2/H+)E(O2/H2O)H2O1/2H2+OHH2O2H+1/2O2eVTiO2的禁带宽度是3.2eV，在380nm范围内有响应常见半导体材料的能
3、带结构常见半导体材料的能带结构-1.00.01.02.03.0SrTiO3TiO2SnO23.2eV3.23.8WO32.8Ta2O5ZrO2Nb2O5H+/H2（E0 V）4.65.03.43.23.6ZnOZnS3.0CdS2.4L绝大部分只能吸绝大部分只能吸收收不到不到5 5的太的太阳光阳光(紫外部分紫外部分)!SiC可见光化的光催化剂可见光化的光催化剂传统的可见光催化剂CdS和CdSe易被光腐蚀，不稳定也不环保，近年来，新型可见光催化材料不断被研制出来，主要手段为表面贵金属沉积、掺杂（金属掺杂、非金属掺杂）、半导体复合、染料敏化等。新型可见光化半导体光催化剂主要分为：氧氮氧氮化物，硫化
4、物，钛酸盐，铌酸盐，钽酸盐，铬化物，硫化物，钛酸盐，铌酸盐，钽酸盐，铬酸盐酸盐研究进展之一研究进展之一 氧氮化物氧氮化物Asahi等用高温固相法首次合成氧氮化物TiO2-xNx(science,2001,293:269),对300300420 139 114 102 0.9 78 0.9Light source:300W Xe lamp.H2 evolution from 8vol%aqueous methanol solution.O2 evolution from 0.05M aqueous silver nitrate solution.研究进展之四研究进展之四 铌酸盐铌酸盐对铌酸盐类催
5、化剂掺杂效果很好，例如掺杂Co2+的钙钛矿结构的化合物MCo1/3Nb2/3O3(M=Ca,Sr,Ba),能吸收可见光分解水.Yin J,et al.J.Phys.Chem.B,2003,107:4936-4941.研究进展之五研究进展之五 钽酸盐钽酸盐In0.9Ni0.1TaO4的禁带宽度为2.3eV,对550nm均有响应,在表面沉积NiOx或RuO2后,直接将纯水分解为化学剂量比为2：1的H2和O2,402nm处量子产率达到0.66%Zou Z G,et al.J.Phys.Chem.B,2002,106最近，Zou等发展了一系列铬酸盐类催化剂MCrO4(M=Ba,Sr)，属斜方晶系,在利
6、用可见光方面有广阔前景.（Chem.Phys.Lett.,2003,378:24-28)Activity(mol/h)H2Sacrificial reacrantphotocatalystBaCrO4CH3OH34.2(UV)0.67(Vis)SrCrO4CH3OH21.0(UV)0.09(Vis)Note:0.2wt%Pt-loaded on MCrO4 研究进展之六研究进展之六 铬酸盐铬酸盐Zou等进一步研究了具有尖晶石结构的BaCr2O4的光催化活性，表面沉积0.2wt%Pt时，在CH3OH溶液中，可见光辐照下，有H2的释放，最大活性在540nm处.问题与展望问题与展望可见光分解水制氢有广阔的应用前景，离实际应用远 固态合成法，颗粒尺寸大；粉末或颗粒，悬浮在液体中，发生絮结甚至沉积；需要表面负载Pt,RuO2，添加Na2S或CH3OH作为牺牲剂改进制备工艺，纳米级光催化剂；催化剂固定在合适的载体上；层间复合技术；寻找本身具有较高氢生成活性中心的光催化剂
