光催化分解水的研究進(jìn)展概要課件

1、可見光催化分解水的研究進(jìn)展主要內(nèi)容 背景介紹 反應(yīng)機(jī)理 研究狀況 展望光催化其其煤石油天然氣其他中國石油煤天然氣其他世界當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu) CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 我 國既 是 能源 短缺 國 又是能源消耗大國 。1994年之前 , 我國石油基本上不依靠進(jìn) 口 ,但 目前我 國對進(jìn) 口石油的依存度已超過 40%。據(jù)估計 ,2020年我 國對進(jìn)口石油的依存度將達(dá)到60% 。石油等化石能源的消耗勢必造成溫室氣體及其它污染物的大量排放 ,引起地球變暖 ,加劇環(huán)境污染 ,從而給自然界帶來極大的破壞 ,制約著社會的可持續(xù)發(fā)展 。能源是未來15年我 國科技發(fā)展的重要領(lǐng)域

2、 ,清潔能源低成本規(guī)?；_發(fā)利用則是重點領(lǐng)域和優(yōu)先主題 。（日本 新陽光計劃 美國 氫計劃)氫是理想的清潔能源 ,其熱效率是汽油的 3倍 ,而且使用不會產(chǎn)生任何污染。光催化制 取 氫 的 方 法利 用 天 然氣 、石 油 、煤等化石能源通過熱化 學(xué)法制氫 ；（技術(shù)成熟，不經(jīng)濟(jì)，不環(huán)保）電解水制氫 ；（能耗大）通過熱化學(xué)及生物化學(xué)分解生物質(zhì)制氫； （技術(shù)路徑復(fù)雜） 光催化分解水制氫。（其中半導(dǎo)體光催化法最理想）光催化 photocatalytic degradation reactions such as photo-oxidation of organic compounds using ox

3、ygen molecules that are generally downhill reactions. 1972年 Fujishi ma和 Honda 首次報道了可在以 Ti O2為光陽極的光電化學(xué)電池中 , 用紫外光照射光陽極使水分解為 H2和 O2 , 這是具有“ 里程碑 ” 意義的一個重要發(fā)現(xiàn) , 這預(yù)示著人們能利用廉價的太陽能通過半導(dǎo)體催化使水分解從而獲得清潔的氫燃料。光催化光催化分解水 的反應(yīng)機(jī)理1.absorption of photons to form electronhole pairs. 2.charge separation and migration of phot

4、ogenerated carriers. 3.Construct the active sites for redox reactions.h+e-Reduction OxidationCBVBH2OO2H+H2H+/H2（SHE0 V）O2/H2（E1.23 V）e-e- +h+e- +h+e-h+h+hBulk recombinationSurface recombination光催化半導(dǎo)體微粒要完全分解水必須滿足如下基本條件： 半導(dǎo)體微粒禁帶寬度 即能隙 必須大于水的分解電壓 理論值1.23eV; 光生載流子 (電子和空穴) 的電位必須分別滿足將水還原成氫氣和氧化成氧氣的要求。具體地講

5、,就是光催化劑價帶的位置應(yīng)比 O2/H2O的電位更正 ,而導(dǎo)帶的位置應(yīng) 比H2/H2O更負(fù);光提供的量子能量應(yīng)該大于半導(dǎo)體微粒的禁帶寬度 。683 1.80eV400 3.07eVEE 1.8eV光催化太陽光譜圖設(shè)計在可見區(qū)內(nèi)有強(qiáng)吸收的半導(dǎo)體材料是高效利用太陽能的關(guān)鍵性因素。UV Visible Infrared48%300 nm3.Cr/Rh-modied GaN/ZnO (QE ) 2.5%,pure water, visible light4. Pt-PdS/CdS (QE ) 90%, aqueous Na2S, light with = 420 nm光催化Z 型光 催 化 劑光催化光催化染料敏化光催化分解水制氫 染料敏化是利用太陽能的一個非常有效手段 , 在染料敏化的太陽能電池研究中取得了巨大的成就. 一些具有合適的氧化還原電位、 對可見光吸收效率較高的染料都可以應(yīng)用到染料敏化光催化領(lǐng)域. 染料敏化半導(dǎo)體一般涉及 3個基本過程: 染料的吸附、 吸附態(tài)染料被激發(fā)、 激發(fā)態(tài)染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上。光催化展望 太陽能的開發(fā)利用是人類進(jìn)入21世紀(jì)必須解決的難題，而研制在可見光區(qū)高效穩(wěn)定的光催化材料是今后利用太陽能制氫的關(guān)鍵內(nèi)容。應(yīng)重視和加強(qiáng)光催化分解水