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。