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。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)體的價帶和導(dǎo)帶之間引入一個能級，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 。當能量大于或等于禁帶寬度的光子被 cds吸收后，價帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，而空穴則留在價帶。 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)同時存在： 這個副反應(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重要的切入點，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 上擔載 pt可以有效的降低光腐蝕。 thewissen 等將 cds 上負載 ruo2 在可見光下將 h2s 分解成氫氣和 s。 matsumara 等報道了 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?shù)碾x子摻雜可以在半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶之間引入雜質(zhì)能級，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)氫速率分別達到了 和 。 cr3+形成的施主能級位于半導(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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