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10 可见光区光催化分解水制氢的研究进展

一引言

能源和环境是人类社会可持续发展中所面临的两个重大战略问题。随着传统能源煤、石油、天然气等的日益枯竭以及环境恶化，人们迫切需要寻找新的清洁能源。氢能是一种清洁、高效、可贮

可见光区光催化分解水制氢的研究进展

介绍了光催化分解水的基本原理，综述了近年来各种类型的半导体光催化剂在可见光区分解水

制氢的研究进展，并对未来的发展方向进行了展望。

可见光；光催化；分解水制氢；半导体；太阳能

摘要：关键词：宁夏大学天然气转化国家重点实验室培育基地 ■ 苏

光马保军

存、可运输的能源，被誉为“未来的石油”。因此以太阳能为原料通过光催化的方法分解水制氢是一种极具发展潜力的能源利用方式，是“人类的理想技术之一”。1972年日本东京大学的Fujishima 和Honda 首次发现了在TiO 2电极上光电催化分解水

五结论

本文对天津大学10kW p 非晶硅光伏直接并网系统进行了介绍。随着光伏器件价格的不断下降和国家对光伏产业的政策扶持，光伏发电必将会成为能源结构中的重要组成因素。通过对其一部分时间的监测，目前仍需进一步研究的光伏并网问题为：

(1) 选址问题：光伏直接并网系统选址需考虑到当地的气候因素、负荷情况以及并入电网的等级和容量问题，而光伏组件往往对占地面积需求较大，建议推广光伏屋顶并网系统。

(2) 光伏发电对电网稳定运行问题：由于光伏发电过度依赖天气状况，所产生的电量很不稳定，因此需要保证光伏电站和水电、火电等电站的配

合发电，最大程度地减小由于光伏电站发电量波动对电网的影响。

参考文献

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制氢的现象[1]，该领域迅速成为国际前沿和研究热点。在这项研究工作之后，世界各国的科学家除了对TiO 2光催化剂进行大量系统的研究外，还合成了大量新型的半导体光催化剂材料[2～5]。但到目前为止，大部分光催化剂半导体只在紫外光区有响应，而紫外光在太阳光能量中的比例不足5%，可见光则约占太阳光总能量的43%，因此研究和开发高效、稳定、廉价的可见光光催化剂是提高太阳能利用效率的关键。本文综述了近年来可见光区光催化分解水制氢的研究进展。

二光催化分解水的基本原理

当用一束光子能量高于半导体禁带宽度的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，从价带跃迁至导带，在导带产生电子e -，在价带生成空穴h +。光生电子和空穴因库仑相互作用被束缚形成电子－空穴对，这种电子－空穴对根据其能量具有一定的还原和氧化能力。光生电子和空穴对产生后会向催化剂表面迁移，在迁移过程中，大部分光生电子和空穴会发生体相和表面复合过程，导致光催化剂效率低下。当光生电子迁移到光催化剂表面被捕获后，在适合的条件下会与吸附物种H +发生还原反应生成H 2，而空穴则会与吸附物种OH -发生氧化反应生成O 2。由于分解纯水的艷值为237.2kJ/mol ，因此从热力学的角度考虑，分解水的反应非常难以进行，需要提供一定的外界能量，理论上半导体的禁带宽度要大于1.23eV 才可能实现水的分解反应。但实际上还存在光能损失、电化学中的过电位、反应物吸附、产物脱附等多方面的要求，一般认为最合适的禁带宽度约为1.8eV 。

三可见光半导体光催化材料

1 氧化物光催化体系

由于O2p 轨道能量较高导致氧化物半导体带宽较大，一般只能吸收紫外光，在可见光下能分解水产氢的氧化物半导体数量非常少，但是通过

对催化剂的金属组分进行适当的调变，人们设计合成了多种在可见光下可分解水产氢的光催化剂。韩国的Lee 小组[6]合成了一种新型的PbBi 2Nb 2O 9光催化剂，其禁带宽度为2.88eV ，对可见光有很好的吸收。以甲醇为牺牲剂，用λ>420nm 的可见光照射含有1wt%Pt/PbBi 2Nb 2O 9光催化剂的反应溶液时，产氢速率为7.6μmol/h ，量子效率为0.95%，而且该催化剂在光照条件下能够保持稳定。2001年邹志刚等[7]报道了Ni 掺杂的InTaO 4光催化材料，在世界范围内首次实现了可见光照射下纯水分解，虽然量子产率很低，但是该研究为太阳能分解水制氢这一关键技术的突破奠定了基础。2008年，上官文峰研究组和日本Teroaka 小组合作制备了BiYWO 6氧化物固溶体光催化体系[8]。该催化剂可认为是Bi 2WO 6和Y 2WO 6两种半导体组成的固溶体，它的导带由Y4d+W5p+Bi6p 共同组成，其价带由Bi6s+O2p 组成，由于Bi6s 的参与使得催化剂价带位置提高，禁带宽度为2.71eV ，在可见光区具有很好的吸收。担载贵金属助剂的BiYWO 6可在可见光照射下分解纯水同时产生氢气和氧气。唐新德等人[9]采用固相法制备了Cr 掺杂的光催化剂S m 2I n N b O 7，研究表明C r 对Sm 2InNbO 7的适量掺杂不会改变原晶体的结构，而且Cr 的掺杂使得Sm 2InNbO 7在可见光区的光吸收呈明显增加趋势，当Cr 的掺杂量为2%时，可见光催化分解水析氢速率为掺杂改性前析氢速率的3.9倍。

2 氮氧化物光催化体系

TiO 2具有廉价、无毒、稳定性高等优点，在光催化领域受到了人们的广泛关注，是一种模型催化剂，但是由于TiO 2的禁带宽度为3.2eV ，只在紫外光区有响应。2001年日本的Asahi 研究小组[10]通过理论计算发现，将N 、C 、F 、P 、S 等元素引入到TiO 2的晶格，取代部分O 原子后，TiO 2的禁带宽度有不同程度的减少。综合考虑离子半径、离子修饰效果等因素后，他们认为N 掺杂会对TiO 2能带修饰起到最佳效果。随后作者制备了氮掺杂

的TiO 2?x N x 催化剂薄膜，该薄膜在可见光区具有一定的吸收，并且在可见光下能降解亚甲基蓝和甲醛气体。在此工作之后，Khan 研究小组[11]将金属钛片在天然气气氛中煅烧制备了C 掺杂的TiO 2?x C x 碳化物催化剂，由于碳的掺杂，TiO 2?x C x 可吸收波长小于535nm 的部分可见光。在施加0.3V 的偏压后，该催化剂分解水产氢的最大光转换效率达到了8.35%。这两个工作开创了可见光TiO 2光催化剂研究的先河，并且将其理念扩展到了其他光催化体系，极大地促进了可见光光催化剂研究的发展。2010年Zuo F 等人[12]通过一步燃烧法制备了部分还原态TiO 2，EPR 证实TiO 2的体相存在Ti 3+离子，UV-Vis 吸收光谱表明Ti 3+离子将TiO 2的吸收边扩展到了可见区，使得该TiO 2催化剂具有较高的可见光光催化产氢活性。

Domen 等[13]用NH 3高温氮化Ta 2O 5制备了N 原子部分或完全取代O 原子的钽基氮氧化物TaON 和Ta 3N 5。Ta 2O 5的带宽为3.9eV ，仅仅能吸收紫外光，但是TaON 及Ta 3N 5的吸收边分别红移到了2.4 eV 和2.1eV ，对可见光有很强的吸收，而且TaON 和Ta 3N 5满足光催化分解水同时产氢和产氧的条件[14]。作者通过高温高压氨气对合成的Ta 3N 5催化剂进行后处理，经处理的催化剂产氢活性比未处理的催化剂活性提高了5倍[15]。

2005年Domen 研究小组[16]将Ga 2O 3和ZnO 的混合物进行高温氮化制备了 (Ga 1-x Zn x )(N 1-x O x )固溶体催化剂，XRD 显示(Ga 1-x Zn x )(N 1-x O x )具有与GaN 和ZnO 相同的纤维锌矿结构，可认为是GaN 和ZnO 形成的固溶体。GaN 和ZnO 的禁带宽度分别为3.4eV 和3.2eV ，均只能吸收紫外光，但形成的固溶体(Ga 1-x Zn x )(N 1-x O x )却在可见光区有明显的吸收。该固溶体光催化剂在300～480nm 波长范围内的平均量子效率为0.14%。在随后的工作中，该研究组[17]通过添加助剂Rh 和Cr 的混合氧化物后，显著提高了该固溶体催化剂的光催化产氢活性，420～440nm 可见光区的平均量子效率达到了2.5%。通过对光催化剂进行加热后处理，该研究组在固溶体

(Ga 1-x Zn x )(N 1-x O x )得到了5.9%的分解纯水的量子效率[18]。该工作是可见光光催化分解水制氢研究中的突破性进展，进一步证实了太阳能光催化分解水制氢的应用前景。

李灿研究小组[19]采用高温氮化的方法制备了Y 2Ta 2O 5N 2钽基氮氧化物，YTaO 4光催化剂的带宽为3.8eV ，只能吸收紫外光。但是经过氮化后，Y 2Ta 2O 5N 2的吸收边红移到了2.2eV ，在可见光区具有很强的吸收。当以乙醇为牺牲剂，研究发现共担载Pt 和Ru 的Y 2Ta 2O 5N 2催化剂的产氢活性比单独担载Pt 和Ru 的催化剂的活性要高很多，这可能是Pt 和Ru 的协同效应造成的。

3 硫化物光催化体系

CdS 半导体是人们研究最多的具有可见光响应的硫化物光催化剂，它的禁带宽度为2.4eV ，可吸收波长小于510nm 的太阳光。1981年，Gratzel [20]报道了Pt 和RuO 2共担载的CdS 光催化体系可等化学计量比的分解纯水为氢气和氧气，但是否能采用CdS 光催化产氧目前还存在着很大的争议。影响CdS 的光催化产氢活性的因素有很多，例如CdS 的晶体结构和制备方法[21, 22]、CdS 的助催化剂结构和类型[23]、反应所用牺牲剂、反应温度、反应液pH 值等[24]。

Jang 等[25]利用TiO 2来修饰CdS 纳米线，制备出了TiO 2/CdS 复合可见光催化剂。当用可见光照射该复合体系时，CdS 吸收可见光产生光生电子－空穴对。由于CdS 的导带位置比TiO 2更高，光生电子就从CdS 的导带转移到TiO 2的导带上，在TiO 2表面上发生还原反应；空穴则继续留在CdS 的价带中，在CdS 的表面发生氧化反应，这样就实现了光生电子－空穴在空间上的分离，大大提高了其分离效率，进而提高了光催化活性。日本的Kida 研究组[26]开发了CdS-LaMnO 3复合光催化体系，在该体系中单独的CdS 仅有少量的产氢活性，单独的LaMnO 3没有产氢活性。但是将两者耦合以后CdS-LaMnO 3复合光催化剂的产氢活性有了很大的提高。作者认为CdS 的价带比LaMnO 3的价带

要低，光生空穴会从CdS 转移到LaMnO 3上，然后发生氧化反应；质子的还原反应则在CdS 表面发生。同样光生电子－空穴的分离效率得到了提高，光催化活性也有了很大的改善。周鹏等人[27]以Na 2S 为硫源，通过共沉淀法制备了ZnS-CdS/SiO 2复合光催化剂，并且形成了以ZnS 为外层，以CdS 为壳的包覆型结构，提高了电子－空穴对的分离效率和对光能的利用效率，从而增加了光催化产氢活性。Li 等[28]采用溶剂热的方法合成了石墨烯修饰的CdS 复合材料，此纳米复合催化剂在可见光照射下光催化产氢速率达到了1.12mmol/h ，是纯CdS 纳米粒子产氢活性的6倍，420nm 波长处的表观产氢量子效率高达22.5%。作者认为石墨烯作为电子收集器延长了CdS 中光生载流子的寿命是该复合体系高活性的主要原因。Ge 等人[29]用化学浸渍法合成了CdS 量子点耦合石墨状C 3N 4形成的复合光催化剂，研究发现C 3N 4与CdS 的协同作用促进了光生载流子的高效分离，该复合光催化剂在可见光区的产氢速率是纯C 3N 4催化剂的9倍。

李灿研究小组[30]最近合成了Pt-PdS/CdS 三元催化剂体系，当在CdS 表面担载Pt 和PdS 分别作为还原和氧化共催化剂组成三元催化剂时，仅分别需要0.3wt%和0.13wt%的担载量便可获得93%的产氢量子效率，这是迄今为止报道的最高的光催化产氢量子效率。作者认为还原和氧化双共催化剂有效解决了电子和空穴在空间上的分离和传输问题，从而极大地提高了产氢量子效率。Zong 等[31]利用廉价MoS 2代替贵金属Pt 作为助催化剂，结果发现MoS 2/CdS 可见光催化分解乳酸制氢的活性比Pt/CdS 还要高，原因是MoS 2和CdS 催化剂之间能很好地形成异质结，有利于电子传输。另外，李灿研究小组[32]还采用水热方法制备了一系列S 和Zn 共掺杂的In(OH)3催化剂In(OH)y S z : Zn ，该系列催化剂在可见光区有较强的吸收，并且随着S 含量的增加或Zn 含量的减少其吸收带边逐渐红移。在可见光照射下，该系列催化剂具有较高

的光催化产氢活性。日本的Kudo 研究小组合成了ZnS-CuInS 2-AgInS 2三元固溶体光催化剂[33]。作者将CuInS 2引入到ZnS 和(AgIn)x Zn 2(1-x )S 2中，通过改变各种组分的比例有机地调变了所得固溶体光催化剂的禁带宽度(1.8～2.4eV)，该工作为以后设计高性能的可见光催化剂提供了一个全新的思路。

四结语

采用光催化的方法将太阳能高效地转化为氢能是一种可从根本上解决能源和环境问题的理想途径。自从上世纪70年代日本科学家首次发现TiO 2光电催化分解水的现象，利用半导体光催化剂分解水制氢的研究一直受到世界各国的高度重视。近十年来，随着材料制备和表征技术的发展，采用光催化剂制氢的研究取得了一些进展。但是到目前为止，光催化分解水制氢的量子效率还比较低，尤其是可见光区的产氢量子效率最高仅为6%，远远达不到工业化的要求，主要是因为限制光催化分解水制氢的科学瓶颈问题没有很好的解决，例如光生电子－空穴分离和传输的机制，水氧化半反应的动力学问题等。因此需要进一步开发新的材料制备方法，发展新型的可见光光催化剂、放氢放氧助催化剂，设计新型的光催化复合反应体系，深入研究光催化分解水制氢中的一些科学本质，最终寻找出高效、廉价的光催化分解水制氢体系。相信通过世界各国科学家们的不懈努力，在不久的将来太阳能光催化分解水制氢技术在大规模范围内将得到广泛应用，真正实现低碳生活、可持续发展，最终造福人类。

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基金项目：宁夏自然科学基金资助项目（ＮＺ１１４９）

光催化系统综述

光催化系统综述光催化系统就是光触媒在外界光的作用下发生催化作用，光触媒在光照条件下（可以是不同波长的光照）所起到的催化作用的化学反应[1] 。从1972年，Fujishima在半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这一新的领域[2] 。1977年，Yokota发现光照条件下，二氧化钛对丙烯环氧化具有光催化活性，拓宽了光催化应用范围，为有机物氧化反应提供了一条新思路[3] 。此后光催化技术在能源制氢、二氧化碳还原、污染物降解等方面迅速发展起来，光催化制氢在解决环境和能源问题上具有广阔的应用前景。光催化原理简介当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基[4] 。光催化系统简介随着全球化石能源日益枯竭、环境问题日益严峻，严重制约了人类的可持续发展。寻找清洁、安全、高效的新型能源成为了人们关注的重点。1972年，日本Fujishima A和Honda K首次报道了TiO2光催化分解水产生H2这一现象后，揭示了利用太阳光分解水制氢的可能性，开辟了将太阳能转换为氢能的研究道路。随后，科学家们不断研究具有高催化性的催化剂及研究体系，并取得了重大进展。光催化系统作为研究的必备仪器，起到了举足轻重的作用。RTK 光催化系统国内首家突破传统体系，模拟工业化生产环境，实现常温常压条件下研究环境，采用独特的RTK GMC专利技术，无需GC，直接对光催化过程中的产气量（氢气或氧气）或产气速率进行计量。同时，突破了传统装置由于自身设计所导致的低量程瓶颈，可以实现较高量程产气量（产气速率）的实时、在线监测，适用于各种不同产率的催化剂体系评价。光催化系统可以应用于常温常压光催化制氢、常温常压光催化制氧、常温常压二氧化碳还原以及光催化降解等领域。光催化系统特点

石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/968985029.html, 石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢作者：刘澈来源：《中国科技纵横》2018年第01期摘要：随着人们对光催化剂研究的深入，利用光催化剂将水裂解产生氢气已经成为可以将太阳能转化为化学能的有效手段。各种氧化物、氮化物和硫化物光催化剂因其各自具有独特的光催化性能而受到广泛的研究。为进一步提高其在实际应用中的光催化效果，提高可见光利用率，科研学者们尝试了各种方法进行改进，如掺杂改性、复合改性、形貌调整等等。本文依据前辈专家学者的科研成果，简单的从可见光利用方面阐述了现阶段可见光催化剂的研究和进展。关键词：光解水制氢；石墨相氮化碳；可见光中图分类号：TQ426 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0210-02 1 概述随着人类社会的快步发展，人类对能源的需求持续增长，地球储存的能源已经无法满足人类长期的发展需求。同时化石能源的大量使用造成了环境大面积的破坏，严重威胁了人类的生存健康，寻求一种清洁高效的新能源成为能源发展的新方向。氢能，作为一种二次能源具有着清洁，高效，热值高，原料广等优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源。但是，氢在地球上主要是以化合物的形式存在，最广泛的来源就是水。工业上往往用电解水制氢、煤炭气化制氢等方式制备氢气，都存在着能耗高，会带来污染等问题。光催化剂是进行光解水制氢的基本要素，半导体光催化剂的催化原理可以用能带理论来解释，半导体存在着不连续的能带结构，价带和导带之间存在着具有一定宽度的禁带，当半导体光催化剂受到等于或高于其禁带宽度的光子能量的太阳光照射时，价带上的电子就会跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子-空穴对。电子、空穴在一定的作用力下迁移至粒子的表面，因其具有较强的氧化还原能力，从而使附着在粒子表面不能吸收光的物质发生氧化还原反应。光解水制氢技术的首次提出是在1972年，日本东京大学的Fujishima教授[1]发现二氧化钛单晶电极经过太阳光的照射可以将水分解为氧气和氢气，直接将太阳能转化为化学能。在这样的基础之上，各种各样的光催化剂被科学研究者们发现，本文旨在从光催化剂的角度出发，就现存的一些利用可见光解水制氢的方法进行简单的介绍以及其研究进展。 2 研究现状综述石墨相氮化碳即g-C3N4是一种具有优异光催化性能的非金属半导体，其组成元素是地球上含量丰富的C和N，相比于金属半导体而言成本较低。且g-C3N4具有密度低、化学稳定性好、耐磨性强[2]等优点。由于g-C3N4的禁带带宽合适，在2.7eV左右，可以吸收太阳光谱中

β-SiC纳米线光电催化分解水制氢性能及机理研究

目录摘要....................................................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................................................. III 第一章绪论.. (1) 1.1 引言 (1) 1.2 SiC纳米材料的结构和光催化机制 (1) 1.2.1 SiC的晶体结构 (1) 1.2.2 SiC的光催化机制 (2) 1.3 SiC光催化剂的表面修饰 (3) 1.3.1 贵金属负载 (3) 1.3.2 复合半导体 (5) 1.3.3 离子掺杂 (5) 1.4 光催化分解水制氢及其研究进展 (6) 1.4.1 光催化分解水制氢的机理研究 (6) 1.4.2 光催化分解水制氢的研究进展 (7) 1.4.3 SiC光催化分解水制氢的研究进展 (8) 1.5 课题研究意义、目的与内容 (9) 1.5.1 课题研究的意义与目的 (9) 1.5.2 课题研究内容 (9) 第二章实验及测试方法 (15) 2.1 实验原料及试剂 (15) 2.2 实验设备 (15) 2.3 实验方法 (16) 2.3.1 SiC纳米线的制备 (16) 2.3.2 SiO2/SiC纳米线的制备 (16) 2.3.3 Pt/SiC纳米线的制备 (16) 2.3.4 SnO2/SiC纳米线的制备 (17) 2.3.5 光催化制氢性能测试 (17) 2.3.6 光电化学性能测试 (17) 2.4测试与表征 (18) 2.4.1 X射线衍射分析(XRD) (18) 2.4.2 透射电子显微镜(TEM) (18) 2.4.3 X射线能谱(EDS) (19) 2.4.4 X射线光电子能谱(XPS) (19) 2.4.5 傅里叶变换红外光谱(FI-IR) (19) 2.4.6 光致发光光谱(PL) (19) 第三章SiO2/SiC皮芯结构纳米线的制备及光电催化分解水性能研究 (20) 3.1 引言 (20) 3.2 实验部分 (20) 3.3 结果与讨论 (21) 3.3.1 SiO2/SiC纳米线的XRD分析 (21) 3.3.2 SiO2/SiC纳米线的TEM分析 (21) 3.3.3 SiO2/SiC纳米线的XPS分析 (22) 3.3.4 SiO2/SiC纳米线的光催化制氢性能研究 (23)

光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展

一基金项目: 国家自然科学基金(21406054);河北省教育厅青年拔尖人才项目(BJ2016022)一李旭力:女,1991年生, 硕士研究生,主要从事光催化分解水材料的研究一王晓静:通信作者,女,副教授,主要从事光催化材料的研究一EＧmail :p ro py l＠163. com 光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展李旭力,王晓静,赵一君,李玉佩,李发堂,陈学敏 (河北科技大学理学院,石家庄050031) 摘要一一煤二石油二天然气等不可再生能源的消耗导致环境污染日益严重,开发和使用清洁的可再生能源迫在眉睫.利用太阳能光催化分解水制氢被认为是解决化石能源紧缺和环境污染问题的有效途径之一.光催化分解水制氢体系非常复杂,助催化剂是影响催化剂光催化效率的一个关键因素,它的引入可以有效提高催化剂的光催化活性和氢气产生速率,因此,开发廉价高效的助催化剂已逐渐成为本领域的研究热点.本文结合光催化分解水制氢原理,简要介绍了助催化剂的作用,对近年来光催化分解水产氢助催化剂的种类和研究内容进行了总结,分析和讨论了几类重要助催化剂的特点及作用机理,并对助催化剂的发展进行了展望,以期为新型高效光催化制氢材料的设计提供参考. 关键词一一光催化一水分解一产氢一助催化剂一太阳能中图分类号:O614.41;O643.36一一文献标识码:A一一DOI :10 1896/j . issn 005Ｇ023X 018 7 02Pro g ress of CoGcatal y sts in the S y stems of Photocatal y tic H y dro g en Evolution LI Xuli ,WANG Xiao j in g ,ZHAO Jun ,LI Yu p ei ,LI Fatan g ,CHEN Xuemin (Colle g e of Science ,Hebei Universit y of Science and Technolo gy ,Shi j iazhuan g 050031) Abstract 一一The consum p tion of nonＧrenewable ener gy resources such as coal ,oil and natural g as leads to more and more seＧrious environment p ollution p roblems ,which makes the utilization of clean and renewable ener gy deserve immediate and intense atＧ tention.Photocatal y tic h y dro g en evolution has been considered to be one of the effective a pp roaches to solve fossil ener gy shorta g e and environmental p ollution p roblems.However ,the p hotocatal y tic h y dro g en evolution reaction s y stem is com p licated ,in which the coＧcatal y st have a crucial effect to the p hotocatal y st s efficienc y and can effectivel y p romote the h y dro g en evolution rate durin g the p hotocatal y tic p rocess ,hence the develo p ment of chea p and efficient coＧcatal y st has become one of the research focus. This p a p er briefl y introduces the reaction mechanism of p hotocatal y tic h y dro g en evolution and the roles of coＧcatal y sts in the p hotocatal y tic s y sＧtems ,summarizes the variet y of coＧcatal y sts and relevant research ,and anal y zes the characteristics and mechanism of several p rinciＧp al t yp es coＧcatal y sts includin g metals ,transition metal sulfides ,transition metal oxides ,transition metal h y droxides ,p hos p hides ,and com p osites.The p a p er ends with a p ros p ective p resentation of the future research directions ,and is ex p ected to p rovide reference for the innovation and develo p ment of hi g hl y efficient p hotocatal y sts a pp l y in g to h y dro g en evolution s y stems. Ke y words 一一p hotocatal y sis ,water s p littin g ,h y dro g en evolution ,coＧcatal y st ,solar ener gy 0一引言在能源危机和环境问题的双重压力下,氢能因具有无污染二热值高等优点而成为最有希望替代化石能源的清洁能源之一.自从1972年日本学者Fu j ishima 和Honda 在TiO 2单晶电极上实现光催化产氢以来,光催化分解水制氢技术一直都是科学家关注的热点[1].与传统的电解水制氢和裂解化石能源制氢相比,光催化分解水制氢技术可利用丰富的太阳能和水制取氢气,有效地避免了传统技术所带来的能耗高二污染大等缺点,因此被认为是最理想的氢能开发途径[ 2Ｇ5] .自20世纪70年代以来,研究表明可用于光解水制氢反应(H y dro g en evolution reaction ,HER ) 的材料种类很多,几乎包括了元素周期表里s 二p 二d 区以及镧系中所有的元素[6].但是目前大量研究表明,单纯光催化剂体系在光催化产氢过程中的活性仍相对较低.半导体光催化过程通常分为三个主要阶段[7Ｇ10] :(1) 半导体吸收能量大于带隙的光子,产生电子Ｇ空穴对;(2)光生电子Ｇ空穴对发生分离并迁移至材料表面;(3)迁移至材料表面的光生空穴和电子分别与吸附物种发生氧化还原反应.可见,除了半导体本身的结构和特性之外,影响半导体光催化产氢活性的一个重要因素是光生电子和空穴从体相移动到表面过程中的分离效率[11Ｇ13].光生电子和空穴的复合通常意味着将所吸收光能浪费在无用的荧光和散热上,导致光催化量子效率下降和光催化活性降低.在催化剂表面负载助催化剂可以有效捕获光生电子或空穴,从而降低光生载流子的复合.同时,在光催化产氢催化剂表面复合助催化剂有时还可以作为催化反应活性位起到降低反应活化能或产氢过电势的作用[14Ｇ16].本文将以光催化分解水制氢领域中助催化剂的作用原理和种类这两方面为重点,对助催化剂修饰的光催化制氢材料的研究现状进行综 7501光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展/李旭力等万方数据

石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢

石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢 1 概述随着人类社会的快步发展，人类对能源的需求持续增长，地球储存的能源已经无法满足人类长期的发展需求。同时化石能源的大量使用造成了环境大面积的破坏，严重威胁了人类的生存健康，寻求一种清洁高效的新能源成为能源发展的新方向。氢能，作为一种二次能源具有着清洁，高效，热值高，原料广等优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源。但是，氢在地球上主要是以化合物的形式存在，最广泛的来源就是水。工业上往往用电解水制氢、煤炭气化制氢等方式制备氢气，都存在着能耗高，会带来污染等问题。光催化剂是进行光解水制氢的基本要素，半导体光催化剂的催化原理可以用能带理论来解释，半导体存在着不连续的能带结构，价带和导带之间存在着具有一定宽度的禁带，当半导体光催化剂受到等于或高于其禁带宽度的光子能量的太阳光照射时，价带上的电子就会跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子 - 空穴对。电子、空穴在一定的作用力下迁移至粒子的表面，因其具有较强的氧化还原能力，从而使附着在粒子表面不能吸收光的物质发生氧化还原反应。光解水制氢技术的首次提出是在 1972 年，日本东京大学的 Fujishima 教授 [1] 发现二氧化钛单晶电极经过太阳光的照射可以将水分解为氧气和氢气，直接将太阳能转化为化学能。在这样的基础之上，各种各样的光催化剂被科学研究者们发现，本

文旨在从光催化剂的角度出发，就现存的一些利用可见光解水制氢的方法进行简单的介绍以及其研究进展。 2 研究现状综述石墨相氮化碳即 g-C3N4 是一种具有优异光催化性能的非金属半导体，其组成元素是地球上含量丰富的C和N,相比于金属半导体而言成本较低。且 g-C3N4 具有密度低、化学稳定性好、耐磨性强［2］等优点。由于g-C3N4的禁带带宽合适，在2.7eV左右，可以吸收太阳光谱中波长小于475nm的光波，可见光可激发；且g-C3N4没有毒性，适用范围广，引起了学者们的广泛研究。关于石墨相氮化碳的单层结构主要有以下两种观点［3］，一种是三嗪环，一种是 3-s- 三嗪环，主要的研究对象是 3-s- 三嗪环。 g-C3N4中的C和N是以sp2形式杂化，形成的高度离域的n共轭体系［4］,其导带和价带分别处于 1.4V和-1.3V［5］，横跨在 H+/H2和OH-/O2的两侧，所以g-C3N4在分解水制氢方面有很好的应用。但是g-C3N4存在着一些问题，如电荷迁移慢、载流子复合严重、量子效率低、禁带宽度大不利于可见光的利用等。针对这些问题，国内外的专家学者们开展了大量的工作。将g-C3N4做成纳米结构有利于增加其表面积，提高光捕获能力，缩短光生电子和空穴的迁移途径，改善光生载流子复合效率大的缺陷。Han等人［6］以双氰胺做前驱体，制备出的海草状的 g-C3N4 具有多孔结构和更小的片层结构，比表面积大，光捕获能力强，在可见光(入＞420nm照射下，海草状的g-C3N4的析氢速

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展田蒙奎1 ,2 ,上官文峰2 ,欧阳自远1 ,王世杰1 (1. 中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002 ; 2. 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Fujishima2Honda 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:100129731 (2005) 1021489204 1 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Honda 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

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H2O/ H2 电位( E0 = 0V ,p H = 0) 的上面(导带位置越高,电位越负,还原能力越强) ;而价带顶在O2 / H2O 电位( ENHE = + 1. 23V ,p H = 0) 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 Fig 1 Schematic diagram of band st ructure for some semiconductor s TiO2 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

光催化研究发展综述性报告

光催化研究发展综述性报告本人申请攻读动力工程与工程热物理专业博士学位，由于对后续能源与新能源技术专业太阳能分解水制氢方向有浓厚的兴趣，通过对相关文献的阅读和参加相关报告，对太阳能光催化分解水制氢有了详细的了解，对其发展简述如下： 1.前言当今人类社会面临能源和环境两大问题[1-2]。能源的短缺和环境的污染严重制约着人类社会的发展。一方面，社会的高速发展使得人类对于能源的需求越来越大，而我们目前所用的能源还是以传统的化石燃料为主，但是因为化石燃料的不可再生性，或者说是形成的时间周期太长，使得其必有枯竭的一天。据估计，按照目前的开采水平和消耗量，石油还能够维持四十年左右，煤炭最多也就是两百年，而天然气还可以维持大概六十多年。另一方面，化石燃料的燃烧，引起严重的环境污染和对环境的危害，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等等，对人类的生存产生了严重的威胁。研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展已经成为各国都十分关注的一个话题。就像美国，在2009年提出的7870亿美元的巨额经济刺激计划中，把发展新能源定位于抢占未来发展制高点的重要战略产业，并提出在未来的三年的时间里，国内可再生能源产量要增加一倍。而我国人口众多，常规能源储备远低于世界平均水平，而且近几十年来，环境污染也是日益严峻。这使得寻找一种清洁可持续的替代能源变得更加迫切。而我国幅员辽阔，拥有极为丰富的太阳能资源，开发潜力巨大，从长远发展来看完全可以满足国家可持续发展的需求。但太阳能能量密度低、分散性强、不稳定、不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效低成本大规模利用的有效手段。但是考虑到占地表约3/4的水域和植物的光合作用，我们是不是可以利用太阳能分解水，制取氢气,而氢气又是是一种无色无臭无味无毒的清洁燃料，

光催化原理及应用

光催化原理及应用起源光触媒，是一个外来词，起源于日本，由于日本文字写成“光触媒”，所以中国人就直接把她命名为“光触媒”。其实日文“光触媒”翻译成中文应该叫“光催化剂”翻译成英文叫“photo catalyst ”。光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“本多?藤岛效果” (Honda-Fujishima Effect )而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师一东京工艺大学校长本多健一的名字。这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻找新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目，但由于很难在短时间内提取大量的氢气，所以利用于新能源的开发终究无法实现，因此在轰动一时后迅速降温。 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行，日本的研究机构发表许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。因此二氧化钛相关的专利数目亦最多，其它触媒关连技术则涵盖触媒调配的制程、触媒构造、触媒担体、触媒固定法、触媒性能测试等。以此为契机，光触媒应用于抗菌、防污、空气净化等领域的相关研究急剧增加，从1971年至2000年6月总共有10,717件光触媒的相关专利提出申请。二氧化钛TiO 2 光触媒的广泛应用，将为人们带来清洁的环境、健康的身体。催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参加反应。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料，它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放岀的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。光催化是在光的辐照下使催化剂周围的氧气和水转化成极具活性的氧自由基，氧化力极强，几乎可以分解所有对人体或环境有害的有机物质总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。早在1839年，Becquere就发现了光电现象，然而未能对其进行理论解释。直到1955年，Brattain 和Gareet 才对光电现象进行了合理的解释，标志着光电化学的诞生。1972年，日本东京大学Fu jishmi a和H onda研究发现[3],利用二氧化钛单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动。在过去30年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果。以二氧化钛为例，揭示了其晶体结构、表面羟基自由基以及氧缺陷对量子效率的影响机制；采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围；通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒可以提高电子-空穴对的分离效率，提高其光催化活性。尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，然而受认知手段与认知水平的限制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用，亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。另一方面，现有光催化材料的光响应范围窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，依然是制约光催化材料应用的瓶颈。寻找和制备高量子效率光催化材料是实现光能转换的先决条件，也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。光催化机理：半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形式耗散。价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备，表征及其光催化性能的研究

第一章绪论自18世纪60年代的第一次工业革命到现在以来，科学技术迅猛发展、日新月异。工业革命（第一次科技革命）以瓦特的蒸汽机的发明为标志，宣告了人类社会由原来的火器时代，进入到了蒸汽时代。第二次科技革命发生在19世纪70年代，在这个时期，自然科学取得了飞速的进展，由于资本主义制度的逐渐形成和完善，资本主义国家为了生存和发展，开始了大量的对世界资源进行掠夺。两次工业革命对然建立了世界的初步两极格局，但是两次科技革命的功劳还是不容忽视的，它们推动了传统的农业，手工业向现代化工业以及机器化工业的飞速发展，并且带给了人类社会巨大的物质财富，在资本主义国家逐利的对外扩张过程中，不可否认的是它们的争斗促进了人类文明的进步和繁荣。但是，当资本家们在大力发展社会生产力，提高生活水平的同时，对环境也造成了严重的破坏，至今，已严重威胁着我们所处在的的生存环境。特别是在进入20世纪50年代之后的第三次科技革命；随着工业现代化进程的加快，人类向所生存的环境排放了大量的生产废水、废气，它们其中含有大量的有毒污染物如医用药品、农药、工业染料、表面活性剂和含有重金属离子的溶液等，含有上述物质的这些废水给人类的健康和生存环境带来巨大的威胁。而且在上述这些污染物中，用传统的处理方法很难将其完全消灭和降解。废水中的很多有机化合物能使水中的厌氧微生物发生异变，从而产生明显的毒害作用；所以必须创造出一些其它的非生物的降解技术来除去这些有机化合物[1-3]。因此，开发一种简便、有效、快捷、无害的方法来治理水体污染和大气污染是当前社会一个亟待解决的问题。并且，社会现代化的发展需要消耗大量的能源，据专家分析，传统的化石能源已经不能继续维持人类社会的长期发展，而且传统的化石能源的使用是当前引发严重环境问题的万恶之源。所以，环境问题和能源问题是21世纪可持续发展战略的两大亟待解决的严重问题。

光强对光电化学法分解水制氢的影响

光强对光电化学法分解水制氢的影响摘要：氢气被认为是最理想的清洁能源，因其对环境无污染。利用免费而且无限量的太阳能通过光电催化分解水的方法制取氢被认为是最具有前景的制氢方法。光电化学分解水制氢气是太阳能制氢研究的一个重要组成部分,近年来通过对光电化学中光阳极材料的进一步深化,光电化学制氢的研究取得了巨大的进展。本文以纳米二氧化钛作为光阳极，利用其耐光腐蚀和化学稳定性好的优点来测试不同的光强辐射对我们光电系统制氢效率的影响。关键词：太阳能；光电化学分解；纳米二氧化钛

Effects of light intensity on the photoelectrochemical decomposition of water to hydrogen Abstract:As we all know,hydrogen is considered as an ideal clean energy, because of its no pollution to the environment. With using the method of free and limitless solar energy through the photoelectric catalytic decomposition of water to produce hydroge n is considered to be the most promising method for hydrogen production. The photoelectrochemical water splitting into hydrogen is an important part of solar hydro gen production, in recent years through the further deepening of the photoelectrochemical light anode materials, has made great progress in photoelectrochemical hydrogen prod uction.In this paper, the nanotitanium dioxide was used as anode, using its corrosion r esistance and good chemical stability to test the different light radiation impact on our law system of the photoelectric efficiency of hydrogen production Key word:Solar energy;The photoelectrochemical decomposition; Nanotitanium dioxide 1引言氢气因其对环境无污染被认为是最理想的清洁能源。在传统的制取氢气的方法当中，化石燃料的制取约占全球制氢数量的90%，这种方法主要是利用变压吸附以及蒸汽转化相结合的方法制取高纯度的氢。利用电能制取氢也占有一定的比例。但上述两种方式，制取高纯度的氢时能耗大，污染大。在近些年来的研究中，利用免费而且无限量的太阳能通过光电催化分解水的方法制取氢被认为是最具有前景的制氢方法。光电化学分解水制氢是太阳能制氢研究的一个重要组成之一,由光阳极和对

近期关于光催化水解制氢气研究报告综述

以二氧化钛为基质的催化剂的研究综述温邻君杨晓奕 <北京航空航天大学，北京，100191）摘要：本文系统地介绍了关于光致水解制氢气的催化剂的近期研究进展。从以下几个提高催化活性的方向：贵金属负载、离子掺混、染色光敏化处理、复合半导体及化学牺牲剂等，结合最新的研究成果，总结各种改善高催化活性思路的科研进展，系统地比较各个方法的特点，提出自己的看法。并展望该领域未来的发展。关键词：TiO2、光催化水解制氢、催化剂改性技术、电子-空穴、牺牲剂、量子效率 Abstract：This paper reports the recent developments in photocatalytic water-splitting for hydrogen production. Basing on the following methods to improve the catalytic activity: noble metal loading, ion doping, dye sensitization, composite semiconductors andchemical additives. Combines with the recent research results to summarize the developments in those methods.Systematically comparesthe characteristics of the various methods and gives my own opinions. At last, look forward to the future in this area. Key words: TiO2, photocatalytic water-splitting for hydrogen production,photocatalyst modification techniques, electron -role, sacrificial reagents, quantum efficiency

10 可见光区光催化分解水制氢的研究进展

一引言能源和环境是人类社会可持续发展中所面临的两个重大战略问题。随着传统能源煤、石油、天然气等的日益枯竭以及环境恶化，人们迫切需要寻找新的清洁能源。氢能是一种清洁、高效、可贮可见光区光催化分解水制氢的研究进展介绍了光催化分解水的基本原理，综述了近年来各种类型的半导体光催化剂在可见光区分解水制氢的研究进展，并对未来的发展方向进行了展望。可见光；光催化；分解水制氢；半导体；太阳能摘要：关键词：宁夏大学天然气转化国家重点实验室培育基地 ■ 苏光马保军存、可运输的能源，被誉为“未来的石油”。因此以太阳能为原料通过光催化的方法分解水制氢是一种极具发展潜力的能源利用方式，是“人类的理想技术之一”。1972年日本东京大学的Fujishima 和Honda 首次发现了在TiO 2电极上光电催化分解水五结论本文对天津大学10kW p 非晶硅光伏直接并网系统进行了介绍。随着光伏器件价格的不断下降和国家对光伏产业的政策扶持，光伏发电必将会成为能源结构中的重要组成因素。通过对其一部分时间的监测，目前仍需进一步研究的光伏并网问题为： (1) 选址问题：光伏直接并网系统选址需考虑到当地的气候因素、负荷情况以及并入电网的等级和容量问题，而光伏组件往往对占地面积需求较大，建议推广光伏屋顶并网系统。 (2) 光伏发电对电网稳定运行问题：由于光伏发电过度依赖天气状况，所产生的电量很不稳定，因此需要保证光伏电站和水电、火电等电站的配合发电，最大程度地减小由于光伏电站发电量波动对电网的影响。参考文献 [1] IEEE STD 929-2000 IEEE Recommended Practice for Utility Interface of Photovoltaic(PV)Systems[S]． [2] 张海林，杨勇．自动化系统中的串行通信协议的设计[J]．计算机工程与应用，2003，39(31)：159—160． [3] 王飞，余世杰，苏建徽，等．太阳能光伏并网发电系统的研究[J]．电工技术学报，2005，20(5)：72—74． [4] 周德佳，赵争鸣，吴理博，等．基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析[J]．清华大学学报 (自然科学版)，2007，47(7)：1109—1112，1117． [5] Masters G M ．Renewable and efficient electric power systems [M]．Hoboken ，NJ ：Wiley ，2004． [6]郑诗程，夏伟．三相光伏并网系统的控制策略研究[J]．电力电子，2007，(3)：43—46 ． (接上页)

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备，表征及其光催化性能的研究

实现太阳能全分解水制氢

实现太阳能全分解水制氢 8月20日，中科院大连化物所催化基础国家重点实验室及洁净能源国家实验室李灿院士和中科院“百人计划”学者陈钧研究员负责的人工光合研究项目取得新进展：将自然光合作用酶PSII和人工半导体纳米光催化剂自组装构建了太阳能光催化全分解水杂化体系，实现了太阳光下的全分解水反应（即：2H2O?O2+2H2），相关研究结果发表在近期的《自然—通讯》期刊上(Wangyin Wang, Jun Chen, Can Li, Wenming Tian, Nature Communications, 2014, 5:4647 doi: 10.1038/ncomms5647)。这是国际上第一例在“自然和人工光合杂化体系上实现太阳能全分解水制氢”的研究报道。太阳能光催化分解水制氢是科学界最具挑战的课题之一，受到世界各国科学家越来越广泛的重视。实现水分解反应的关键是构建高效的光催化体系。大部分人工光催化剂体系的催化剂活性比自然光合体系的催化活性低，尤其水氧化助催化剂的活性更低（一般比自然光合体系PSII中CaMn4O5簇的活性低3-4个数量级），而自然光合体系的捕光范围和稳定性不如基于无机半导体的人工光合体系优越，为此李灿团队提出了复合人工光合体系的理念，试图杂化集成两种体系的优势，建立自然光合和人工光合的复合杂化体系，以期实现太阳能到化学能的高效转化，并揭示自然光合体系的奥秘。围绕这一理念已先后构建了杂化体系实现了高效产氢、氢转移及CO2加氢等还原反应，受邀在Accounts of Chemical Research上发表综述文章 (Acc. Chem. Res., 2013, 46, 2355) ，阐述了复合人工光合作用体系的科学意义和构建策略，为发展全分解水体系奠定了基础。在自然光合作用中，PSII酶利用太阳能高效催化水氧化反应，放出氧气并产生当量质子和电子，为了实现太阳能光催化全分解水，基于复合人工光合作用体系的思路，在本工作中结合光合酶PSII和人工光催化剂的优势，构建了植物PSII酶和半导体光催化剂（例如，Ru/SrTiO3:Rh）的自组装杂化光合体系，以无机离子对[Fe(CN)63-/Fe(CN)64-]由自然酶PSII向人工Ru/SrTiO3:Rh催化剂传递电子，在可见光照射下实现了化学计量比全分解水。分解水产氢活性达到了2489 mol H2 (mol PSII)-1 h-1，而且在户外阳光下也实现了分解水反应。研究还发现PSII膜片段可以通过自组装的方式结合在无机催化剂表面，PSII氧化水产生的电子通过界面处传递离子对将电子转移到半导体催化剂表面参与质子还原产氢反应。该研究为进一步构建和发展“自然-人工”杂化的太阳能高效光合体系提供了原初的思路。该研究工作得到了国家自然科学基金项目和科技部973项目的资助。（来源：科学网通讯员王旺银记者刘万生）

10 可见光区光催化分解水制氢的研究进展

光催化系统综述

石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢

β-SiC纳米线光电催化分解水制氢性能及机理研究

最新光催化分解水材料研究总结全解

光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展

石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展

光催化研究发展综述性报告

光催化原理及应用

半导体光催化综述

光强对光电化学法分解水制氢的影响

近期关于光催化水解制氢气研究报告综述

10 可见光区光催化分解水制氢的研究进展

半导体光催化综述

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