光催化分解水的研究进展.pptxVIP

可见光催化分解水的

研究进展

光催化主要内容?背景介绍?反应机理?研究状况?展望

当前的能源结构光催化其其煤石油天然气其他中国石油煤天然气其他世界CxHy+O2H2O+CO2+SO2+NOx我国既是能源短缺国又是能源消耗大国。1994年之前,我国石油基本上不依靠进口,但目前我国对进口石油的依存度已超过40%。据估计,2020年我国对进口石油的依存度将达到60%。石油等化石能源的消耗势必造成温室气体及其它污染物的大量排放,引起地球变暖,加剧环境污染,从而给自然界带来极大的破坏,制约着社会的可持续发展。能源是未来15年我国科技发展的重要领域,清洁能源低成本规模化开发利用则是重点领域和优先主题。（日本新阳光计划美国氢计划)氢是理想的清洁能源,其热效率是汽油的3倍,而且使用不会产生任何污染。

光催化01利用天然气、石油、煤等化石能源通过热化学法制氢；（技术成熟，不经济，不环保）02电解水制氢；（能耗大）03通过热化学及生物化学分解生物质制氢；（技术路径复杂）04光催化分解水制氢。（其中半导体光催化法最理想）05制取氢的方法

光催化photocatalyticdegradationreactionssuchasphoto-oxidationoforganiccompoundsusingoxygenmoleculesthataregenerallydownhillreactions.1972年Fujishima和Honda首次报道了可在以TiO2为光阳极的光电化学电池中,用紫外光照射光阳极使水分解为H2和O2,这是具有“里程碑”意义的一个重要发现,这预示着人们能利用廉价的太阳能通过半导体催化使水分解从而获得清洁的氢燃料。

光催化光催化分解水的反应机理1.absorptionofphotonstoformelectron–holepairs.2.chargeseparationandmigrationofphotogeneratedcarriers.3.Constructtheactivesitesforredoxreactions.h+e-ReductionOxidationCBVBH2OO2H+H2H+/H2（SHE＝0V）O2/H2（E＝1.23V）e-e-+h+e-+h+e-h+h+hνBulkrecombinationSurfacerecombination

光催化半导体微粒要完全分解水必须满足如下基本条件：①半导体微粒禁带宽度即能隙必须大于水的分解电压理论值1.23eV;②光生载流子(电子和空穴)的电位必须分别满足将水还原成氢气和氧化成氧气的要求。具体地讲,就是光催化剂价带的位置应比O2/H2O的电位更正,而导带的位置应比H2/H2O更负;③光提供的量子能量应该大于半导体微粒的禁带宽度。λ6831.80eVλ4003.07eVE’＝E＋η1.8eV

太阳光谱图光催化设计在可见区内有强吸收的半导体材料是高效利用太阳能的关键性因素。UVVisibleInfrared48%5%λ6831.80eVλ4003.07eV

光催化常见半导体材料的能带结构-1.00.01.02.03.0SrTiO3TiO2SnO23.2eV3.23.8WO32.8Ta2O5ZrO2Nb2O5H+/H2（E＝0V）4.65.03.43.23.6ZnOZnSSiC3.0Evs.SHE(pH=0)/eVCdSO2/H2O（E＝1.23V）2.4绝大部分只能吸收不到5％的太阳光(紫外部分)!

CdS禁带比较窄,能够吸收可见光,并且导带和价带的位置也与水的氧化还原电位相匹配,似乎可以完全分解水.但是由于S2-在水溶液中比水分子更容易被氧化,所以很难生成氧气分子,伴随着氢的产生,CdS发生光腐蚀:光催化010201

光催化amongthesefactors.Ahighdegreeofcrystallinityisoftenrequiredratherthanahighsurfaceareaforwatersplittingbecauserecombinationbetweenphotogeneratedelectronsandholesisespeciallyaseriousproblemforuphillreact