光催化分解水的研究进展概要课件

1、可见光催化分解水的研究进展主要内容 背景介绍 反应机理 研究状况 展望光催化其其煤石油天然气其他中国石油煤天然气其他世界当前的能源结构 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 我 国既 是 能源 短缺 国 又是能源消耗大国 。1994年之前 , 我国石油基本上不依靠进 口 ,但 目前我 国对进 口石油的依存度已超过 40%。据估计 ,2020年我 国对进口石油的依存度将达到60% 。石油等化石能源的消耗势必造成温室气体及其它污染物的大量排放 ,引起地球变暖 ,加剧环境污染 ,从而给自然界带来极大的破坏 ,制约着社会的可持续发展 。能源是未来15年我 国科技发展的重要领域

2、 ,清洁能源低成本规模化开发利用则是重点领域和优先主题 。（日本 新阳光计划 美国 氢计划)氢是理想的清洁能源 ,其热效率是汽油的 3倍 ,而且使用不会产生任何污染。光催化制 取 氢 的 方 法利 用 天 然气 、石 油 、煤等化石能源通过热化 学法制氢 ；（技术成熟，不经济，不环保）电解水制氢 ；（能耗大）通过热化学及生物化学分解生物质制氢； （技术路径复杂） 光催化分解水制氢。（其中半导体光催化法最理想）光催化 photocatalytic degradation reactions such as photo-oxidation of organic compounds using ox

3、ygen molecules that are generally downhill reactions. 1972年 Fujishi ma和 Honda 首次报道了可在以 Ti O2为光阳极的光电化学电池中 , 用紫外光照射光阳极使水分解为 H2和 O2 , 这是具有“ 里程碑 ” 意义的一个重要发现 , 这预示着人们能利用廉价的太阳能通过半导体催化使水分解从而获得清洁的氢燃料。光催化光催化分解水 的反应机理1.absorption of photons to form electronhole pairs. 2.charge separation and migration of phot

4、ogenerated carriers. 3.Construct the active sites for redox reactions.h+e-Reduction OxidationCBVBH2OO2H+H2H+/H2（SHE0 V）O2/H2（E1.23 V）e-e- +h+e- +h+e-h+h+hBulk recombinationSurface recombination光催化半导体微粒要完全分解水必须满足如下基本条件： 半导体微粒禁带宽度 即能隙 必须大于水的分解电压 理论值1.23eV; 光生载流子 (电子和空穴) 的电位必须分别满足将水还原成氢气和氧化成氧气的要求。具体地讲

5、,就是光催化剂价带的位置应比 O2/H2O的电位更正 ,而导带的位置应 比H2/H2O更负;光提供的量子能量应该大于半导体微粒的禁带宽度 。683 1.80eV400 3.07eVEE 1.8eV光催化太阳光谱图设计在可见区内有强吸收的半导体材料是高效利用太阳能的关键性因素。UV Visible Infrared48%300 nm3.Cr/Rh-modied GaN/ZnO (QE ) 2.5%,pure water, visible light4. Pt-PdS/CdS (QE ) 90%, aqueous Na2S, light with = 420 nm光催化Z 型光 催 化 剂光催化光催化染料敏化光催化分解水制氢 染料敏化是利用太阳能的一个非常有效手段 , 在染料敏化的太阳能电池研究中取得了巨大的成就. 一些具有合适的氧化还原电位、 对可见光吸收效率较高的染料都可以应用到染料敏化光催化领域. 染料敏化半导体一般涉及 3个基本过程: 染料的吸附、 吸附态染料被激发、 激发态染料分子将电子注入到半导体的导带上。光催化展望 太阳能的开发利用是人类进入21世纪必须解决的难题，而研制在可见光区高效稳定的光催化材料是今后利用太阳能制氢的关键内容。应重视和加强光催化分解水