光电催化分解水用可见光响应型氧化物光阳极的改性研究进展

光电催化分解水是绿色制氢的重要途径之一。由于水氧化反应在热力学和动力学上极难发生, 因而制备高效光阳极成为光电催化分解水的瓶颈问题。为满足未来商业化应用需求(太阳能制氢转换效率>10%), 研制高效光阳极成为亟待解决的关键难题。研究表明, 具有价格低廉、吸光性良好、毒性小且光电化学稳定性高等突出优点的可见光响应型氧化物: WO₃、α-Fe₂O₃和BiVO₄,是目前光电催化分解水用光阳极的理想材料。在过去几十年里, 围绕该类氧化物光阳极的研究已取得显著成果。本文重点论述了高效光电催化分解水制氢用WO₃、α-Fe₂O₃和BiVO₄光阳极改性的研究进展。另外, 文中简述了此类可见光响应型氧化物光阳极在无偏压光电催化分解水中的研究现状, 并提出其存在的问题及未来发展方向。     

利用光能分解水制氢和氧

美国国立橡树岭研究所报道了使用藻类由光能以10～12%的效率将水分解为氢和氧的方法。该反应是在弱光能(1～10W·m~(-2))下进行的。其效率与以往采用太阳能电池方法的效率大体相同。     

富铝合金可用于分解水制氢

美国普渡大学正在研究一项技术,利用富铝合金分解水制氢。据说,这种氢是可与常用燃料相比的廉价汽车燃料,还可用于发电。将合金置于水中,合金即可将水分解为氢和氧。氧可直接与铝反应生成氧化铝,氧化铝则可回收成铝。新合金含有95％的铝,另外的5％由镓、铟和锡组成。由于其中含有的昂贵镓的含量非常少,因而制氢成本很便宜。     

光催化分解水制氢催化剂的研究进展

面对石油、煤炭和天然气等不可再生能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题,人们不得不寻找新的化石燃料替代品。氢能是一种清洁、可再生燃料,在未来具有替代化石燃料的巨大潜力。利用光催化活性材料光解水制氢是一种将太阳能转化为氢能的有效方式。然而,用于光解水制氢的大多数催化材料仍然存在对太阳能利用率低且光生电子和空穴对易于复合等问题,这些问题导致产氢效率较低,从而严重限制了光催化剂的实际运用。因此,开发具有低成本、环境友好、可见光响应和良好性能的光催化剂则成为当前光解水制氢催化剂的研究重点。目前用于光解水制氢的催化剂主要包括金属氧化物、金属硫化物、金属氮(氮氧)化物、石墨碳氮化物和新型异质结构光催化剂等。其中,金属氧化物中TiO_2作为光解水制氢的传统光催化剂而被广泛研究;金属硫化物因其窄带隙和良好的带隙位置,在光解水制氢中表现出良好的催化活性,其研究主要集中在CdS、ZnS及其固溶体上;金属氮(氮氧)化物具有理想的可见光全解水能带结构,需对其进行改性从而体现出全解水活性;石墨碳氮化物是一种新型的非金属可见光催化剂,由于其在制氢方面的巨大潜力而受到了人们的关注。此外,将半导体复合构建二元或多元能够高效分离光生载流子的新型异质结构复合光催化剂也是一个非常活跃的研究领域。本文结合近年来国内外光解水制氢催化剂的研究现状,综述了光解水制氢催化剂的研究进展,分别对每类催化剂的特点和研究内容进行了总结,并介绍了某些催化剂的制备工艺和改性策略,最后总结了当前光解水制氢催化剂所面临的问题并对其未来的发展方向进行了展望,以期为设计制备高效、稳定的光催化制氢材料提供参考。     

中科大提出光解水制氢的新机制

正近日,中国科学技术大学教授杨金龙研究组提出了一种新的光解水的催化机制,使得利用红外光进行光解水制氢成为可能,为今后全频谱利用太阳能铺平了道路。该成果发表在最新一期的《物理评论快报》上。利用太阳光分解水制氢,为人类提供清洁燃料,被视为化学的圣杯。水分解是吸热     

利用太阳能制氢的方法及发展现状

发展清洁可再生能源是人类面临的巨大技术挑战,氢气作为一种理想的清洁能源,其制取及储运技术近年来都取得了很大进展。综述了利用太阳能分解水制氢的基本途径及发展现状,主要包括电解水制氢及人工模拟光合作用制氢、半导体光解水及其催化剂以及最有希望实现的高温热化学循环分解水制氢技术。     

一维氧化锌纳米材料在光解水制氢领域的应用

正在过去的几十年中,纳米科学与技术作为一个前沿性、跨学科的研究领域,在全球范围内呈现出爆发式增长的发展态势。纳米科技将为材料和产品的生产方式,以及人类对其功能特性本质的认识。纳米科技已经对社会、经济、科技发展产生巨大影响。世界各科技大国纷纷在纳米科技领域投入了巨额的研究经费。2014年美国国家预算为国家纳米科技计划(NNI)投入了超过17亿美元的资金。我国已经将纳米科技列为重大科技发展战     

光解水制氢的可见光催化材料的研究进展

利用可见光催化分解水制氢是利用太阳能的有效方法之一,从材料组成、结构、催化性能及改性等方面介绍了几类重要的可见光催化材料的研究进展,并展望了未来的发展方向.     

利用可见光催化分解水制氢的研究进展

简述了利用可见光催化分解水制氢的基本原理及该领域的最新研究进展.由能带模型概述了设计可见光响应催化剂的3种方案,重点介绍了元素掺杂类型光催化剂、氮氧/硫氧化物光催化剂、固溶体催化剂等可见光催化分解水体系.阐述了该课题的重要意义及面临的巨大挑战,提出了未来该领域需要加强研究的若干问题.     

可见光下光催化分解水制氢的研究进展

利用太阳能驱动光催化反应制备氢气成为了目前的研究热点。综述了近年来在可见光下光催化分解水制氢的研究进展,着重介绍了固溶体光催化剂、非金属化合物型光催化剂、Z型光催化系统及新型助催化剂的最新研究成果,并展望了光催化制氢的发展。     

CuO纳米阵列结构光阴极的制备及其光电化学分解水的性能

用原位基体加热反应磁控溅射方法制备具有强捕光和电荷分离能力的CuO纳米阵列(CuO NAs)光阴极,并改变氧分压、基底温度、腔体压力以及溅射时间等参数调控其相组成、晶体形貌、晶体生长取向、晶面暴露、厚度以及电子结构。结果表明,结构优化的CuO NAs光阴极,其光电流密度可达2.4 mA·cm^-2。     

CoFeAl水滑石超薄纳米片的能带调控及其高效光催化分解水制氢性能

利用双滴法合成了厚度仅为1.86nm的超薄CoFeAl水滑石纳米片(CoFeAl-LDH),发现其具有优异的光催化产氢性能。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、原子力显微镜和紫外-可见吸收光谱等多种表征方法,研究了其晶体结构、形貌和能带结构。实验结果表明,CoFeAl-LDH在400～800nm的可见光区域内均具有较好的光吸收能力,而且通过调变Co∶Fe∶Al的摩尔比例,实现了CoFeAl-LDH的能带调控。系统考查了不同Co∶Fe∶Al摩尔比例对其光催化产氢性能的影响,发现Co₆Fe₃Al₃-LDH催化剂展现出最好的产氢活性,产氢速率达到576μmol/g·h,高产氢活性主要是由于其具备更强的还原氢质子能力,以及更优的光生载流子分离效率。     

兰州化物所超薄α-Fe_2O_3光电催化分解水制氢研究取得新进展

正太阳能光(电)催化分解水制氢是解决目前能源短缺与环境污染问题的理想途径之一。氧化铁(α-Fe_2O_3)由于具有较高的稳定性、较低的能带结构(2.1eV)以及自然储备丰富等优势,成为目前光电催化分解水制氢领域中的重要材料。然而,氧化铁同时具有导电性差、光生电子-空穴复合较快等缺陷,严重限制了其实际应用。中国科学院兰州化学物理研究所能源与环境纳米催化     

改性TiO2在光催化分解水制氢方面的研究进展

TiO₂光催化剂因具有无毒、稳定性高、氧化还原能力强、成本低等优点而备受关注,然而其禁带宽度较宽只能被紫外光激发,以及光生载流子复合严重等局限性,限制了TiO₂光催化剂的应用。近年来,研究者们对上述问题展开了大量研究,以提高其可见光响应,降低载流子复合,进而提高光催化产氢率。本文综述了对TiO₂光催化剂改性及其在光催化产氢方面的研究进展,并对其今后的发展趋势进行了展望。     

中国科大提出光解水制氢新机制

正中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室、化学与材料科学学院杨金龙教授研究组最近提出了一种新的光解水催化机制,使得利用红外光进行光解水制氢成为可能,为今后利用太阳光所有频率的能量铺平了道路。这一成果发表于最新一期《物理评论快报》上。用太阳光分解水制氢,为人类提供清洁燃料,一直被视为化学的圣杯。水分解是吸热反应,传统理论要求光催化剂吸收的单个光子能量至少要大于反应吸热,因而占太阳光能量近一半的红外光因为     

可见光响应的三维石墨烯/氧化钴复合催化剂及其光解水制氢性能

以新型二维材料氧化石墨烯和金属有机框架化合物ZIF-67为前驱体,通过溶剂热反应和高温焙烧过程,制备了一种三维交联石墨烯负载CoO纳米粒子(3D G/CoO)的复合催化剂材料。XRD、XPS、紫外可见漫反射、SEM和TEM等结构和形貌分析结果表明：平均粒径约为34.5 nm的CoO粒子均匀负载在三维交联石墨烯体相骨架中。三维石墨烯特有的光致热电子发射性能及两种材料间的协同作用,赋予了复合材料优异的光催化分解水制氢性能。在300 W氙灯照射下,催化分解水制氢速率为10.1 mmol·gcat^-1·h^-1;在520 nm波长可见光照射下,获得了7.77%的表观量子效率。催化剂循环使用5次,活性保持率为88%。此高性能可见光响应的三维复合催化剂材料的研究,对光催化领域中新型高效催化剂的开发和应用具有重要意义。     

新型光解水制氢或催生光伏技术革命

以色列理工学院太阳能燃料集优研究中心（I-CORE）的科学家研发出了一种新的光解制氢方法,这种基于纳米材料技术的发明,使低成本光解水制氢成为可能;如果嫁接光伏电池技术,则可能催生制氢光伏产业,实现光伏发电和光解水制氢两个绿色能源生产方式的结合。     

NiO/Ba_2CaWO_6的合成及其光催化分解水性能

以半湿法合成了双钙钛矿类物质Ba2CaWO6,对前驱体进行了热失重-差热分析,对焙烧样品进行了X射线衍射及扫描电镜分析。通过等体积浸渍法制备了NiO/Ba2CaWO6负载型催化剂,并对其光催化分解水的活性进行了测试。实验着重考察了前驱体pH值对Ba2CaWO6性能的影响,结果显示:合成前驱体的pH值增大,样品的杂质含量增大,光催化活性降低。选择较适宜的制备条件,即前驱体pH值为7,1000℃焙烧处理6h可以制得结晶完整性较好,CaO6,WO6八面体排列有序性较高的Ba2CaWO6晶体,上述晶体负载0.1%的NiO后具有分解水制氢的光催化活性。     

硅纳米线阵列光阳极的制备及其光电转换性能研究

结合光刻和金属援助硅化学刻蚀法成功地制备出了用于光伏型光电化学池的图形化硅纳米线阵列光阳极,并表征和研究了其光电转换性能.扫描电子显微镜和漫反射光谱测试表明光阳极表面为多孔状,在300nm - 1000nm的光谱范围之内光反射率低于5％.基于该光阳极的光电化学池具有明显的光响应,光电转换效率为0.33％.通过光电转换过...