太阳能光催化分解水制氢研究进展

利用太阳能分解水制备氢气是一种将太阳能转换成氢能的有效方式。介绍了太阳能光催化分解水制氢的原理,综述了近年来国内外太阳能分解水制氢催化剂的研究进展,介绍了贵金属负载、离子掺杂以及复合半导体等技术对催化剂进行修饰和改性处理的技术及其影响,并展望了未来太阳能光催化分解水制氢催化剂的发展方向。     

石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂的光解水制氢性能研究

为改善能源短缺,对新型光催化水解制氢材料进行了研究。通过改进Hummer法制备氧化石墨,溶胶-凝胶法制备锐钛矿型二氧化钛,采用浓碱法制得石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂,考察了不同石墨烯的掺杂量对催化活性的影响。经过光解水制氢实验发现,掺杂不同质量分数石墨烯的催化剂催化活性得到了进一步提高,其中掺杂量为1%的产氢活性最好,产氢速率是纯二氧化钛纳米管的2. 5倍。通过BET、XRD、UV以及FT-IR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,石墨烯与二氧化钛纳米管成功复合,并且石墨烯的掺杂在一定程度上提高了催化剂的BET比表面积;催化剂对可见光的响应范围得到进一步扩大,这为催化剂光解水制氢性能的提高提供了有力的条件。     

二氧化钛光催化材料实现可见光全谱吸收对太阳能大范围高效利用具有重要意义

近日,中科院金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部制备出具有可见光全光谱吸收的红色二氧化钛光催化材料,这意味着有可能利用二氧化钛基光催化材料实现高效可见光分解水制氢,对于太阳能的大范围高效利用具有重要的意义。相关成果先后发表于国际学术期刊《先进功能材料》和《能源与环保科学》。据介绍,通过光催化实现太阳能到化学能的转化,例如光催化分解水制氢,是获得新能源的一个极具前景的重要途径。发展可全光谱吸收可见光(波长为400～700纳米)的光催化材料,是实现高效太阳能光催化转化的前提。然而,多数稳定的光催化材料的可见光吸收低。通过掺杂能缩小光催化材料的带隙,是增加光催化材料可见光吸收的基本手段。锐钛矿二氧化钛是目前科学界研究最为广     

基于MOFs材料光催化分解水制氢的研究进展

“双碳”目标的提出让氢能热度持续攀升，制氢技术突破是氢能连接能源消费终端的关键桥梁，光催化分解水制氢技术是实现太阳能低碳转化的有效途径。其中，利用具有比表面积和孔隙率高、结构可调、活性位点丰富等优势的金属有机框架（MOFs）材料光催化分解水制氢是近年来的研究热点。该文综述了国内外基于MOFs材料光催化分解水制氢体系中半导体复合、金属离子掺杂、敏化剂修饰和贵金属负载等方法的改性原理、技术难点和制氢效果等，重点阐述比较了上述MOFs改性方法在抑制光生电子空穴对复合、优化MOFs禁带宽度和增加MOFs活性位点等方面的作用，提出了未来MOFs光催化分解水制氢可深入新型MOFs材料开发、敏化剂修饰工艺优化、拓展先进表征手段的研究方向。     

二氧化钛光催化剂的掺杂改性

目前有许多的改性方法能将二氧化钛的光催化反应红移至可见光区域进行,如贵金属沉淀、复合半导体、离子掺杂等方法.综述了其中广受关注的离子掺杂法的研究进展,涉及过渡金属、贵金属以及氮、氟、硫、碳等非金属元素.对改性机理进行了分析,并评述了各种离子掺杂的效果.指出今后的研究方向是进一步澄清掺杂的机理,结合阳离子和阴离子这2种掺杂方法的优点,使二氧化钛既能可见光化又能保持其良好的稳定性.     

碳点用于光催化分解水制氢的研究进展

光催化分解水制氢是获取氢能的理想方式,开发高效的光催化剂成为本领域研究的热点。碳点因为具有独特的上转换性能、可见光响应以及带隙可调的性质且水溶性好、无生物毒性、光致发光性能优异,在光催化产氢领域的应用引起了极大关注。目前合成碳点的方法主要包括自上而下和自下而上两种方式。通过表面钝化、表面功能化或元素掺杂等改性手段可以进一步增强碳点的光电性能和抗腐蚀性能。本文从碳点主要的制备和改性手段出发,概述了近年来碳点用于光催化分解水制氢领域主要的研究成果,总结了碳点分别作为光催化剂主体、助催化剂、光敏剂以及Z型结构的电子转移介质在光催化制氢中的应用。同时指出目前碳点在光催化制氢领域还普遍存在着机理不明晰、产氢效率偏低的问题,未来该领域的研究方向将侧重于大规模合成结构更精确、目标特定性更强的碳点以及探究碳点在光催化产氢过程中的优化机制。     

稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的研究进展

纳米二氧化钛(TiO_2)催化剂由于其高效、价廉、无毒、稳定等优点,被认为是一种极具应用前景的环境友好型光催化材料,它在空气净化、环境治理、光解水制氢、废水处理等环保领域得到了广泛的研究和应用。在对TiO_2改性研究中发现,稀土金属掺杂是较为有效和经济的手段,稀土离子的掺入不仅可以提高对有机污染物吸附量,还可以延迟锐钛矿相向金红石相的转变,增强TiO_2的光催化性能。目前,有关稀土掺杂TiO_2的综合性报道较少。本文简单介绍了稀土掺杂纳米TiO_2提高其光催化性能的机理,从单一稀土元素掺杂、稀土元素与其他元素共掺杂、稀土元素与稀土元素共掺杂纳米TiO_2光催化剂3个方面阐述了稀土掺杂纳米TiO_2光催化剂的研究进展,并在最后指出了稀土掺杂纳米TiO_2中存在的问题和未来的研究方向。     

半导体核壳材料光催化剂分解水制氢研究进展

光催化剂催化分解水制氢是一种将太阳能有效转化为氢能的绿色途径，其中半导体核壳材料光催化剂在太阳能分解水制氢中表现出优异的性能。主要从半导体材料改性角度出发，综述和评论了国内外半导体核壳材料光催化剂分解水制氢的最新研究进展。重点阐述了常见氧化物、氮氧化物、氮化物及硫化物核壳材料半导体光催化剂分解水制氢的基本原理和改性效果等。分析了掺杂离子、构建异质结、负载助催化剂等改性方法在改变光催化剂禁带宽度、降低光生载流子复合几率、加快光生电荷传输速率和增加制氢活性位点等方面的影响。提出未来分解水制氢光催化剂可深入开发晶面依赖纳米复合光催化材料、助剂改性光催化材料、新型光催化半导体材料的研究方向。     

纳米二氧化钛光催化材料研究现状

详细介绍了二氧化钛光催化材料的作用机理、形态结构、基本特性以及改性等研究现状。讨论了二氧化钛物相及混合物相、纳米尺寸效应对光催化性能的影响。分析了掺杂元素在二氧化钛中形成缺陷的机制,以及对光催化材料性能的影响等。总结了光催化材料在技术和应用方面存在的问题,并对其今后的发展方向进行了展望。     

基于能带工程设计的可见光光解水催化剂的研究进展

介绍了利用可见光光催化分解水制氢的基本原理以及该领域的研究进展。重点介绍了利用能带工程开发响应可见光的过渡金属阳离子掺杂型、价带控制型和固溶体型等光催化剂。阐述了该领域需要突破的理论研究和技术难点。     

具有可见光活性的光催化剂研究进展

简述了可见光光催化机理,该机理与紫外光光催化机理的不同之处在于其电荷传输与分离机制。综述了近年来具有可见光活性的光催化材料的研究进展。贵金属、过渡金属及其化合物的掺杂、染料光敏化、氮掺杂和在适当载体上的负载可使复合物的复合禁带宽度小于TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收带发生红移,实现可见光响应,其中,氮掺杂ZnO或氮掺杂TiO2及其复合半导体具有较好的可见光光催化活性,另外一些氮氧化物、氮化物及许多钙钛矿型半导体可以作为可见光分解水的有效催化剂。     

提高二氧化钛光催化性能的研究进展

对过渡金属离子掺杂、贵金属表面沉积、表面光敏化、表面超强酸化等几种提高TiO2 光催化剂活性的方法进行了综述 ;介绍了近年来为了提高TiO2 光催化过程的效率 ,而发展形成的微波场作用下光催化反应、热催化与光催化的耦合反应、室温等离子体光催化反应、生物光催化反应、电场助光催化反应等几种新型高效光催化反应技术的研究现状与进展 ;并对TiO2 光催化的应用进行了展望。     

提高TiO_2可见光分解水制氢活性的研究进展

近年来通过能带调控等手段实现TiO2光催化剂的可见光化被广泛研究,并取得了令人注目的进展。综述了提高TiO2可见光产氢活性各种手段,包括金属沉积、金属离子掺杂、染料敏化、阴离子掺杂和半导体复合等的研究进展情况,并对未来的研究方向作了展望。     

纳米TiO2光催化剂可见光化的研究进展

从纳米TiO2的掺杂和复合两方面,介绍了近年来实现其可见光化的研究进展。评述了金属离子的掺杂、稀土元素的掺杂、非金属元素的掺杂以及与另一种窄禁带半导体的复合,可使复合物的禁带宽度小于TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收带边发生红移,实现可见光响应。     

太阳能光解水制氢催化剂研究进展

利用太阳能制氢是将太阳能转换成氢能的有效方式。近年来国内外发展了不同类型的太阳能光解水制氢催化剂：金属配合物、金属氧化物、无机层状化合物、Z型光催化制氢反应体系和光生物催化反应体系等,通过金属负载、离子掺杂、复合半导体、燃料光敏化、电子捕获剂、表面螯合及衍生作用、外场耦合等途径可以有效提高光催化剂活性,开发具有特殊结构的新型光催化剂、无贵金属负载催化剂以及循环使用牺牲剂将是未来太阳能光解水制氢的发展方向。     

钛酸纳米管光催化剂的改性研究进展

钛酸纳米管具有高比表面积和光化学稳定性等特点,在光催化领域得到广泛的研究。为了拓宽可见光吸收范围和提高量子产率,需要对其进行改性。本文介绍了金属离子掺杂、贵金属沉积及复合半导体对钛酸纳米管光催化剂的改性研究最新进展,分别从实验制备及掺杂后的光催化特性入手,分析了各种改性方法的作用机理。最后指出了钛酸纳米管改性的进一步研究方向。     

纳米TiO2光催化剂共掺杂的研究进展

从金属、稀土、非金属之间的共掺杂,介绍了近几年TiO2光催化剂与双金属、双稀土、双非金属、金属与稀土、金属与非金属、稀土与非金属共掺杂的研究进展。对TiO2进行双元素的共掺杂,当掺入的两种元素选择适当,且掺入的浓度和配比合适时,两种元素分别起不同的作用,进一步提高了TiO2的光催化性能。对该领域今后的研究方向提出了建议。     

溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米粉体及掺杂对二氧化钛光吸收的影响

二氧化钛是一种廉价的半导体材料,具有较好的光催化性能,在环境治理、抗菌杀菌以及太阳能电池方面具有重要作用。本文以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛粉体,并且探讨了煅烧温度对二氧化钛粉体粒径、晶型的影响。通过粒度分析、XRD分析、扫描电镜分析研究了二氧化钛粒径随煅烧温度的变化规律。同时探讨了掺杂过渡金属离子V5+和稀土金属离子Ce3+对TiO2材料光吸收效率的影响。     

TiO2光催化脱H2S的应用

以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及掺杂改性TiO2,其中掺杂了过渡金属（Fe、Ni、Cu、Zn）,稀土金属（La、Ce）,贵金属（Ag）及非金属（N）,应用提拉法在载玻片上镀膜,进行光催化脱H2S实验。考察TiO2光催化脱H2S率。实验从不同离子、掺杂浓度、光照时间等因素考察TiO2光催化脱H2S性能的影响。结果表明：掺杂Fe,Ni,Cu,Zn,La,Ce,Ag及N的TiO2光催化脱H2S最佳掺杂量分别为0.7%,5.0%,4.0%,1.0%,3.0%,2.0%,1.0%和300%（均为TiO2摩尔分数）,其中0.7%Fe-TiO2,脱H2S率达97%。