3光催化分解水材料研究總結(jié)全解(編輯修改稿)
2025-08-16 00:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ；（ 2）電子一空穴對(duì)與受體或給體的反應(yīng)速度要大于電子和空穴的復(fù)合速度。必須 指出的是 .并非所有的半導(dǎo)體都能夠分解水。除了其禁帶寬度要大于水的電解電壓（理論值 ）外，還有來自于電化學(xué)方面的要求，價(jià)帶和導(dǎo)帶 第 6 頁 共 13 頁 的位置必須要分別同 ojh： 0 和 hjh： 0的電極電位相適應(yīng)。具體地說，半導(dǎo)體價(jià)帶的位置應(yīng)比 o／ h20 的電位更正，而導(dǎo)帶的位置應(yīng)比 h2／ h20更負(fù)。圖 3 列出了一些半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)和光解水所要求的位置關(guān)系嗍。 由于目前研究的大部分半導(dǎo)體催化劑具有比較寬的禁帶寬度 .只能夠吸收紫外光。而太陽光譜中分布最強(qiáng)的成分集中在可見光區(qū)，紫外光只占太陽光中很小的部分。設(shè)計(jì)在可見光區(qū) 內(nèi)具有高量子產(chǎn)率的催化劑是充分利用太陽能、降低光催化制氫成本的關(guān)鍵。具有可見光響應(yīng)的催化劑必須有合適的能帶結(jié)構(gòu)。 三、具有可見光響應(yīng)的光催化劑 總的來說 .半導(dǎo)體的帶寬要大于分解水需要的最小帶寬。需要在半導(dǎo)體的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間引入一個(gè)能級(jí)，使半導(dǎo)體的帶寬減小從而具有可見光響應(yīng)。近幾年 .光催化分解水制氫的研究主要集中在利用可見光反應(yīng)體系的研究中 .所報(bào)道的光催化劑大概有cds， bi2mnb07（ m=ai， ga， in， y）， pt／ srti03： cr， sb， pt／ srti03： cr， ta， pt／ srti03： rh等。 cds的帶隙寬度為 。當(dāng)能量大于或等于禁帶寬度的光子被 cds吸收后，價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，而空穴則留在價(jià)帶。 ecb 和 h+vb 能夠把水分解成氫和氧。 第 7 頁 共 13 頁 如下所示： 然而，下面的副反應(yīng)與第 3步反應(yīng)同時(shí)存在： 這個(gè)副反應(yīng)使 cds 發(fā)生光腐蝕 .從而限制它的應(yīng)用。雖然硫化物作為光催化劑容易產(chǎn)生光腐蝕。但是在利用可見光的研究中仍是一個(gè)重要的切入點(diǎn)，而且光腐蝕的問題可以通過加入犧牲劑來克服。 人們采取了許多措施來抑制光腐蝕的發(fā)生。 cds 上擔(dān)載 pt可以有效的降低光腐蝕。 thewissen 等將 cds 上負(fù)載 ruo2 在可見光下將 h2s 分解成氫氣和 s。 matsumara 等報(bào)道了 pt／ cds 懸浮在亞硫酸鈉溶液中。在可見光下高效制氫的同時(shí)能夠?qū)喠蛩岣x子氧化成硫酸根離子和連二硫酸根 .產(chǎn)氫速率為 ／h。 cds 和其他化合物或金屬組成復(fù)合材料可以有效的減少電子和空穴的復(fù)合 .從而提高光催化的效率。上官文峰等合成了具有層間復(fù)合結(jié)構(gòu)的 cds— ktinb05， cds— 等納米復(fù)合 材料，其光催化活性高于單一的 cds光催化劑。 takayukihirai等人研究了納米 cds— ti02 復(fù)合材料。在 cds納米粒子表面浸漬巰基乙酸（ maa）可以從 2 一丙醇水溶液中光催化制氫。量子產(chǎn)率較高。這可能是由于 cds被激發(fā)了的電子注入到 tio：空的導(dǎo)帶中（圖 4），從而增加了電子和空穴的有效分離，提高了光催化效率。 第 8 頁 共 13 頁 適當(dāng)?shù)碾x子摻雜可以在半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶之間引入雜質(zhì)能級(jí)，從而使帶寬變小。離子摻雜的光催化劑引起研究者比較廣泛的關(guān)注。由銻或鉭與鉻共摻雜的 srtio3，在可見光（ a420nm）下具有從甲醇水溶液中制氫的活性 .產(chǎn)氫速率分別達(dá)到了 和 。 cr3+形成的施主能級(jí)位于半導(dǎo)體禁帶中。從而使光催化劑具有可見光響應(yīng)；而 sb“ 或 ta“ 能夠維持體系的電荷平衡，抑制
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