人类终极能源梦——太阳光分解水制氢研究进展

 利用太阳光分解水制备氢气,从太阳照射能量中直接获得大功率的动力能源,被认为是人类能源的终极梦想.本文介绍了太阳光催化分解水制氢的原理,阐述了光解水对光催化材料的热力学和动力学要求.重点从新型光催化材料研发、共催化复合体系构筑、纳米形貌调控、器件化设计等4个方面综述了近年来国内外光解水制氢关键材料和技术的研究进展.结合实际应用,对制氢体系中牺牲剂应用、模拟自然光合作用、光解海水、光催化剂稳定性等方面的研究进行了分析.展望了未来太阳光催化分解水制氢技术的发展方向.     

高温煅烧硫化镉光解水制氢

沉淀法制备的硫化镉经不同温度煅烧处理获得不同相的硫化镉光催化剂,采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱表征催化剂的结构和性质.以制备的硫化镉粉体作为光催化剂,在存在空穴牺牲剂的条件下进行光解水制氢实验,研究了硫化镉晶体的相组成、牺牲剂种类和助催化剂的担载量对其光解水活性的影响.结果表明,400℃下焙烧的硫化镉具有最好的催化活性,乳酸作为牺牲剂更有利于硫化镉光解水制氢,助催化剂(铂)的担载量为0.1%时,硫化镉具有最高的光催化活性.     

光催化剂可见光化研究进展

 光催化剂可将光能转变为化学能,可用于使水分解制氢及将环境中的有害物还原氧化为无害物质等,其应用前景十分广阔.而阻碍其应用的是不能有效地利用太阳光,因此研究开发可见光化的光催化剂就成为当前光催化剂研究中最重要的课题.本文简述了光催化剂的作用原理及较系统地介绍了可见光化光催化剂目前的研究现状及成果.     

TiO_2纳米管限域Co_3O_4催化剂的光解水制氢性能

采用真空辅助浸渍法,将硝酸钴浸入TiO_2纳米管内,再经400℃焙烧得到Co_3O_4纳米粒子内嵌于TiO_2纳米管的光催化剂.通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见光谱等测试手段对材料进行表征,并在可见光照射下,通过光解水制氢评估材料的催化性能.实验结果显示,高度分散的Co_3O_4内嵌于TiO_2纳米管内,粒径为3~5 nm.与Co_3O_4负载于TiO_2纳米管外的催化剂相比,管内的Co_3O_4与TiO_2纳米管之间的相互作用增大,其可见光吸收明显增强,可见光分解水制氢性能显著提高.     

新型光催化剂TaON的制备及可见光下制氢研究

以Ta2O5为原料,经高温气固相氮化反应制备了新型光催化剂TaON,利用XRD、XPS、UV-VIS测试技术对样品进行表征,确定了其最佳制备条件。UV-VIS测试表明,新型光催化剂TaON的光谱响应范围拓展到了可见光区,具有可见光响应性能。另外,在模拟太阳光(氙灯≥420nm)照射下,在含有电子给体甲醇的水溶液中研究了TaON催化光解水制氢反应,考察了该催化剂表面贵金属的沉积量、电子给体含量、反应时间等因素对催化活性的影响。结果表明:在本实验条件下,当Ru负载量为0.4wt%,电子给体含量为30%,反应时间为4h时,TaON表现出较高的光催化活性,产氢速率最大为0.21mmol/h。     

无机层状化合物及其柱撑产物光解水制氢

利用新型光催化剂实现太阳能分解水制氢是获得氢能的一种方便而廉价的方法，其关键是高效催化剂的获得．介绍了利用光催化技术催化分解水制氢的反应机理，综述了近年来有关层状钛酸盐、铌酸盐、钙钛矿型无机层状化合物及其柱撑产物在光解水制氢方面的研究进展，重点介绍了这些光催化材料的结构和光催化特性，并讨论了柱撑提高光催化活性的原理．     

纳米TiO_2光催化材料的制备及其改性研究

本文简述了二氧化钛(TiO_2)光解水制氢的基本原理,对该领域的研究进展进行了概括。重点综述了TiO_2半导体光催化剂的制备及提高其光催化活性的方法,并对其目前存在的一些问题和未来的发展进行了展望。     

氧掺杂碳量子点的水热合成及其光催化制氢研究

碳量子点光催化剂因其良好的生物相容性和水溶性引起广泛关注，然而其较窄的可见光吸收范围限制了催化效率的提高。本文以葡萄糖为前驱体通过水热法合成了氧掺杂的碳量子点光催化剂。X射线光电子能谱表征证明碳量子点结构中氧掺杂含量为34.9%。紫外可见吸收光谱和稳态荧光光谱确定氧掺杂能诱导中间带隙的产生进而增强了碳量子点在可见光和红光区域的光吸收。Mott-Schottky曲线结合紫外可见光吸收谱确定该碳量子点的能带结构满足产氢反应的热力学需求。研究结果表明：在甲酸牺牲剂存在下，该碳量子点在可见光和红光照射下均具备良好的光催化制氢性能。此外，以棉花和蔗糖为前驱体通过水热法也合成了氧掺杂碳量子点光催化剂，且它们在可见光和红光照射下均能实现高效光催化制氢。     

新型可见光激发解水材料的研究进展

直接利用太阳光激发光催化剂分解水得到氢气和氧气,是极具诱惑力的一个研究方向,而目前面临的难点之一是已发现的光催化剂难以在可见光激发下具有持续、稳定的性能和较高的分解水的效率,因此找到新的可见光激发光催化剂是非常必要的.本文介绍了该领域的最新研究成果,并对可见光光激发催化剂分解水的机理进行了阐述.     

非TiO_2可见光响应半导体氧化物光催化研究进展

继TiO2光催化剂以后的第二代光催化剂-可见光光催化剂由于可以直接利用太阳光对污染物进行降解,甚至可以分解水产生氢能,而成为当今环境领域的研究热点.本文综述了近年来非TiO2可见光响应的氧化物催化剂的研究现状,包括金属氧化物、复合氧化物、杂多酸、卤氧化物的研究进展;概述了其氧化物的制备方法、光催化特性及机理;最后对其氧化物可见光光催化研究进行了展望.     

Direct splitting of water under visible light irradiation with an oxide semiconductor photocatalyst.

The photocatalytic splitting of water into hydrogen and oxygen using solar energy is a potentially clean and renewable source for hydrogen fuel. The first photocatalysts suitable for water splitting, or for activating hydrogen production from carbohydrate compounds made by plants from water and carbon dioxide, were developed several decades ago. But these catalysts operate with ultraviolet light, which accounts for only 4% of the incoming solar energy and thus renders the overall process impractical. For this reason, considerable efforts have been invested in developing photocatalysts capable of using the less energetic but more abundant visible light, which accounts for about 43% of the incoming solar energy. However, systems that are sufficiently stable and efficient for practical use have not yet been realized. Here we show that doping of indium-tantalum-oxide with nickel yields a series of photocatalysts, In(1-x)Ni(x)TaO(4) (x = 0-0.2), which induces direct splitting of water into stoichiometric amounts of oxygen and hydrogen under visible light irradiation with a quantum yield of about 0.66%. Our findings suggest that the use of solar energy for photocatalytic water splitting might provide a viable source for 'clean' hydrogen fuel, once the catalytic efficiency of the semiconductor system has been improved by increasing its surface area and suitable modifications of the surface sites.     

Fe2O3半导体中光生电荷分离和传输研究进展

 利用自然界丰富的太阳能光电催化分解水制氢是解决能源问题的理想方法之一,也是光催化领域最具挑战性的课题之一。Fe₂O₃半导体由于其禁带宽度窄,具有优异的可见光吸收性能,而且对环境友好、来源丰富、价格低廉,有望成为未来光催化领域的重要材料。但Fe₂O₃半导体中光生电子-空穴的复合速率很快,导致其光化学能转化效率很低。综述了近年Fe₂O₃半导体中光生电荷分离和传输的研究进展,从杂原子掺杂、半导体复合、Fe₂O₃半导体微观形貌控制3个方面分析了影响Fe₂O₃半导体光催化剂光电转化效率的因素,提出有效抑制光生电子-空穴的复合是提高Fe₂O₃半导体光电催化分解水活性的关键。论述了Fe₂O₃半导体光催化剂的构成原理、设计思想、目前效果以及存在问题,展望了Fe₂O₃半导体光催化剂研究的发展趋势。     

小区供水方式经济运行办法的探讨

列举了小区常见的三种供水方式,对各种供水方式的优缺点进行了分析,并着重对水池水泵供水方式进行了阐述,并针对此供水方式提出了四种节能方法,初步探讨了基本原理.     

可见光驱动的Ti基半导体光催化剂的研究进展

半导体光催化技术在太阳能转换以及环境治理方面具有巨大潜力。TiO₂由于其高的光催化效率、良好的稳定性以及合适的带边电位等,成为了当前研究最多的光催化材料。但TiO₂是宽带隙半导体,对可见光几乎不响应,这极大限制了TiO₂的应用。为了提高TiO₂对可见光的响应能力,提高太阳能的转化效率,相继开发了一系列由TiO₂衍生的Ti基可见光催化剂。首先简单地介绍了半导体光催化机制,然后综述了Ti基半导体光催化剂的分类、增强可见光响应策略以及Ti基可见光催化剂应用现状,最后总结了Ti基可见光催化剂制备及应用过程中所面临的挑战,同时也对未来Ti基可见光催化剂的合成及发展进行了展望。     

TiO2光催化剂载体的选型及负载方法研究

选择Al2O3空心颗粒、石英管和玻璃珠等为载体制备了几种负载型TiO2光催化剂，并通过十二烷基苯磺酸钠(简称DBS)的光降解反应研究了催化剂负载方法及其对催化剂活性的影响，确定了制备负载型TiO2光催化剂的最佳负载方法。     

Nb搀杂TiO2催化剂结构与光催化性能研究

采用共沉淀法制备了Nb5 搀杂的TiO2光催化剂,使用X-射线粉末衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等技术对催化剂进行了表征,并对样品光催化降解和矿化水体中苯酚的催化活性进行评价.结果表明,Nb5 离子搀杂导致了TiO2晶格参数发生变化,紫外-可见吸收带边向低波长方向移动,带隙能量增加,并在可见光谱区域形成新的吸收带.Nb5 搀杂导致TiO2光催化活性降低.     

化合物半导体Cu2ZnSnS4太阳电池与人工光合作用制氢

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,将成为未来新能源的重要组成部分.目前人们除了利用太阳能光伏发电以外,还有利用仿生光合作用将太阳能转化为化学能、利用半导体光电极分解水制氢等方式.而在半导体材料中,低成本环保型的化合物半导体光伏材料(如Cu₂ZnSnS₄等)具有优良的光伏发电性能,同时也非常适合作为太阳光分解水制氢的材料.文章综述了近年来在Cu₂ZnSnS₄光伏电池及其太阳光分解水制氢领域的研究进展.