太阳能光催化制氢反应体系及其材料研究进展

光催化制氢是利用太阳能获取氢能的重要途径,是当前研究热点。长期以来,人们致力于各种新型可见光光催化制氢材料的研究并取得较大进展。反应体系的设计和选择是实现高效光催化制氢和能否走向工业化的核心问题之一,因此,近年来研究者开始对光催化制氢反应体系加大研究。光催化制氢主要有非均相光催化制氢(HPC)和光电催化制氢(PEC),不同的体系具有各自的优缺点和应用范围。重点介绍光催化制氢半反应、光催化完全分解水和光电催化分解水3种主要反应体系,分析各种反应体系的特点,阐述各个体系涉及的光催化材料的发展进程,并展望太阳能光催化制氢研究前景,其中,新型高效的PEC-PV(光伏)耦合光化学转化系统有望为光解水制氢实现工业化提供一种重要的发展途径。     

可见光水全分解材料的研究进展

光催化水分解反应在光催化的研究领域具有重要地位,尤其是具有可见光水全分解性能的半导体材料最为重要。目前能够严格地按化学计量比实现可见光水全分解反应的半导体材料较少。水全分解半导体材料的匮乏是因为要实现可见光水全分解反应对半导体有两个严格的要求:1)需要半导体的禁带宽度落在1. 8～3. 2 e V的区间内; 2)该半导体的导带和价带的电势要分别能够还原质子制氢和氧化水分子制氧。把紫外-可见光谱划分为400 nm以下,500 nm以下,600 nm以下,700 nm以下和780 nm以下5个区间,着重介绍了对可见光有响应的水全分解半导体材料的最新研究进展,最后对此类材料的发展趋势进行了展望。     

Au-TiO_2纳米复合材料光催化性能和应用研究进展

二氧化钛由于其耐腐蚀性,对生物无毒性,高效清洁等特点,已经在众多领域得到广泛的研究。尤其二氧化钛材料具有极强的催化氧化能力,在环境污染治理和有机物降解方面得到应用。但纯的二氧化钛由于禁带较宽,只能吸收太阳光中近紫外的光线。拓宽二氧化钛的光谱响应范围,实施对可见光的吸收利用,是二氧化钛基光催化材料面临的主要问题。二氧化钛上负载的金纳米颗粒形成的Au-TiO_2复合材料不仅提高了其氧化还原能力,而且具有良好的可见光催化性能。本文综述了Au-TiO_2的光催化原理,Au-TiO_2光催化活性的影响因素及其应用。     

合肥研究院光催化制氢材料研究取得进展

正近日,中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所先进材料中心研究团队,在金属/半导体复合光催化制氢材料研究方面取得了新进展。光催化可实现太阳能到化学能的转化(如光催化分解水制氢),是获取新能源的理想途径之一,开发宽光谱响应、高载流子分离效率的光催化材料,是实现太阳能高效光化学转化的前提和基础。研究人员制备了具有不同AuCu原子     

氮掺杂二氧化钛光催化剂的研究进展

纯纳米二氧化钛禁带较宽,只能在紫外光下激发。拓宽二氧化钛的光谱响应范围,实现可见光激发,是二氧化钛基光催化材料面临的主要问题。氮掺杂二氧化钛具有良好的可见光催化活性,是具有可见光响应的二氧化钛基光催化材料的典型代表,近十年来受到了广泛关注。本文综述氮掺杂二氧化钛可见光响应机理和提高光催化活性方面的研究进展,提出今后值得关注与研究的方向。     

定向转化策略创制氮氧化物光催化剂

太阳能高效转化与利用是解决能源和环境两大问题的理想途径,而提高窄禁带半导体的光催化活性是有效利用太阳能资源的重要策略。其中,氮氧化物在可见光区有较强的吸收,被认为是一种潜在的可见光区光催化材料。当前,氮氧化物主要通过热氮化获得,即氨气在1 173~1 373 K条件下持续通过氧化物10 h以上。由此制备的氮氧化物往往只暴露低活性晶面,且生成的大量还原态缺陷可作为光生电荷的复合中心,严重制约了其在光催化领域的广泛应用。为此,总结了一种定向转化策略创制高质量氮氧化物光催化材料。该策略通过选取含挥发组分的氧化物前驱体实现对氮氧化物缺陷和晶面的有效调控,为其在太阳能光催化领域中的广泛应用奠定基础。同时,此定向转化策略可拓展到其他材料体系,为开发高效光催化剂提供新思路。     

一锅法合成C@TiO2复合材料及其可见光催化性能研究

通过简单、绿色的一锅法,在水热条件下合成了高活性纳米C@TiO2光催化剂。对样品进行了透射电镜(TEM)分析、X射线能量色散谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)分析、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)分析、BET分析及在可见光照射下光催化性能测试。结果表明,采用一锅法可以将碳均匀负载在二氧化钛纳米粒子表面;葡萄糖的存在可以抑制金红石矿和板钛矿晶型二氧化钛的产生,有利于形成锐钛矿晶型二氧化钛;XPS结果表明碳未掺杂到二氧化钛晶格中。C@TiO2复合材料可以吸收全光谱范围的可见光,并且在可见光照射下具有良好的光催化活性。分析表明碳与二氧化钛表面的化学作用有效促进了材料的可见光催化性能。此材料合成方法简单、绿色,可见光催化效果好,有较好的工业应用前景。     

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。     

二氧化钛光催化分解水制氢技术进展

简单介绍了二氧化钛光催化分解水制氢的基本原理。综述了加入牺牲剂、碳酸钠、贵金属负载化、金属离子掺杂、阴离子掺杂、染料光敏化、半导体复合以及离子注入等提高二氧化钛光催化制氢的方法,讨论了这几种改性技术的机理以及对提高二氧化钛在可见光下的制氢效率的作用。重点讨论了阴离子掺杂和离子注入技术的机理和研究进展,指出离子注入是目前扩展二氧化钛光响应的最为有效的技术。最后讨论了光催化分解水制氢的氢氧分离问题,并通过与其他制氢技术的对比分析,指出光催化制氢将是通往氢经济的非常有潜力的制氢技术。     

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。     

有机光催化剂的研究进展

有机光催化剂结构多样、光催化机制迥异,且太阳光谱吸收宽泛,可有效提高太阳能的转换效率,因此被逐渐地应用于可见光催化分解水体或空气中的污染物。着重介绍了有机光催化剂的结构特性,光催化机制及其在光催化领域中的形态发展。     

光催化分解水制氢中硫化物空心结构的研究进展

利用太阳能进行的分解水制氢技术,可以促进太阳能的有效利用和清洁能源氢能的研发。在光催化制氢中,半导体光催化材料的性能是光催化反应性能提升的核心要素,制备优异、高效的光催化剂是提升光催化反应活性的关键步骤。本文从材料形貌和制备角度出发,选取金属硫化物为光催化中的主体半导体,对国内外金属硫化物空心结构的研究、应用和进展进行了回顾,分析了空心结构对增大材料比表面积、增强太阳光吸收、加速载流子分离以及提升反应活性的重要性,提出了空心结构在光催化发展中的优势,对空心结构的发展提出了展望,为这些新型材料的未来研发提供参考,从而能尽快提高光催化反应的太阳光利用率和氢气产量,有助于进一步实现光催化技术的工业化应用。     

可见光响应光催化材料研究进展

综述了近几年在可见光范围内响应光催化材料的研究状况,介绍了拓宽光谱响应光催化材料的类型、机理、制备方法以及颗粒粒径对可见光吸收边的影响,展望了可见光响应光催化材料在光催化领域的研究和应用。     

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。     

可见光分解水制氢半导体催化剂的研究

直接利用太阳能光解水制氢是解决世界能源危机的重要途径,有效利用太阳能的关键是研究开发可见光化的光催化剂。介绍了光解水制氢的原理,综述了近年来半导体光催化剂在利用可见光方面研究的最新进展,并对未来的研究方向作了展望。     

太阳能光热催化制氢研究进展

太阳能光热催化(SPTC)制氢技术是从遵循全光谱太阳能分波段能量禀赋特性出发,利用太阳能短波部分高品位光子的光效应驱动光催化反应,同时利用长波部分低品位光子的热效应驱动热催化反应或者辅助强化光催化制氢,可解决传统热催化的高能耗和光催化的低转化效率问题,实现全光谱太阳能的分波段协调转化高效制氢。本文首先介绍了SPTC的定义与分类,然后详细综述了热效应对光催化以及光效应对热催化的协同强化机制,最后对SPTC技术的发展前景进行展望,以期为该技术更广泛的研究及应用提供指导。     

加氢改性二氧化钛的可见光光催化性能研究

针对二氧化钛的禁带宽度大、太阳能利用率低的问题,对合成的纳米二氧化钛部分加氢还原改性,制备了可见光响应二氧化钛光催化材料。水热法合成了锐钛矿相的二氧化钛纳米粒子,用高压低温加氢还原和常压高温加氢还原两种方法进行改性,用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜表征其结构和形貌,用固体紫外漫反射光谱研究其光响应范围,以罗丹明B的可见光降解反应为探针反应,初步研究其光催化性能,结果表明常压高温加氢处理后的锐钛矿二氧化钛纳米粒子具有更好的可见光光催化性能。     

大连化物所太阳能光催化分解水研究取得新进展

<正>由于世界范围的能源和环境问题,近年来光催化分解水制氢和还原二氧化碳的研究在国际学术界引起广泛的重视。光催化分解水被认为是最具挑战性的难题,一旦取得突破,有望影响世界能源格局。实现这个反应的关键是发展高效的光催化剂,进而构筑高效光催化或光电催化体系。近日,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士领导的太阳能研究部继发现BiVO4等半导体的不同晶面间电荷分离效应后,相关研究工作又取得新的进展。利用半导体光催化剂的不     

大连化物所提出太阳能规模化分解水制氢新策略

正近日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员等在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展:率先提出并验证了一种全新的"氢农场"策略,该策略基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢,太阳能光催化全分解水制氢效率创国际最高记录。太阳能光催化分解水制氢可将太阳能转化并储存为化学能,是科学家们长期以来的梦想。光催化过程是一个跨越多个时间尺度的复杂反应过程,涉及化学、物理、生物等一系列多学科前沿科学问题。如果能利     

一种新型高效的分解水产氢光催化剂NixB/CdS

光催化分解水产氢是将太阳能转化为化学能的理想途径之一。在光催化分解水产氢研究中引入催化剂NixB/CdS,在可见光范围内可以达到高效的催化活性和光稳定性。