人工无机半导体Z型反应光催化分解水.pdfVIP

· 134 · 材料导报A：综述篇 2013年 6月(上)第 27卷第6期 人工无机半导体 Z型反应光催化分解水 丁 亮，周 涵，范同祥 (上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，上海 200240) 摘要 比较 了自然和人工Z型光合作用过程，从反应的基本原理、常用体系及其光催化效率的影响因素入手， 着重介绍了无机物半导体 Z型光解水体系。在此基础上，针对研究中存在的问题，提出了提高光解水效率的3种可 能途径 。 关键词 人工z型光合作用 光解水制氢 电子介体 中图分类号：TQll6．29 文献标识码：A ArtificialSemiconductorZ—schemePhotocatalyticW aterSplitting DINGLiang，ZHOU Han，FAN Tongxiang (StateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240) Abstract FocusingonsemiconductorZ-schemephotocatalyticwatersplitting，acomparisonbetweenthenatu— ralphotosynthesisandartificialphotosynthesisisprovided，andsomeprogresstowardsdevelopingtwokindsofartifi— cialZ-schemephotocatalysts— withorwithoutelectronmediatorarereviewed．Thenthreefactorsaffectingthewhole energy-conversionefficiencyareintroduced．Attheend，somepossibleapproachesareproposedtoimprovephotocata— lyticefficiency． Keywords artificialZ-schemephotosynthesis，photocatalytichydrogenevolution，electronmediator 能源与环境 问题是制约人类社会发展的主要因素。当 电子一空穴对的复合和逆反应的发生，提高对阳光的利用效 今世界经济的发展仍依赖于化石能源，随着人类社会的不断 率。本文结合 自然 Z型光合作用，着重介绍了两种不同的无 进步，能源的消耗 日趋增大。据预测，2050年世界能源需求 机物 Z型光解水体系的研究进展，并讨论了影响其光催化效 将达到 2000年的2倍[】]，但化石能源正逐渐枯竭，同时化石 率的3个因素。 能源也带来了诸如温室效应、大气污染、水污染等一系列环 1 自然光合作用和人工光合作用的Z型反应 境问题。发展太阳能、水能、风能、核能等清洁可再生能源来 原理 取代化石能源是解决能源危机与环境污染的关键。 太阳辐射每年到达地球的能量远超人类所需，而用半导 目前已知的光催化剂包括金属氧化物 (如 ZnO、CuO、 体催化剂光催化分解水产生氢气是有效利用太阳能并将其 Zr02、wO3、Ce02等)、钛 酸 盐 (如 SrTiO3、Sr3Ti2O7、 转化为氢能源的方法之一。早在 1972年，Honda等用 Ti0z La2Ti05、La2Ti2O7、BaTi4O¨PdTi03、M2Ti6O13(M—Na，K， 和Pt作电极，通过施加一个偏移 电位，在紫外灯照射下首次 Rb)等)、铌酸盐 (如KNb60 、KNb。Os