光电产氢研究进展.ppt

——杨超 南京工业大学化工学院 碳原子 氢原子 能源革命 制氢原理 常见的几种半导体 研究进展 1972年，Fujishima等发现TiO2单晶光电极可在太阳光下将水分解为H2和O2 第一代光催化材料的研究主要围绕TiO2展开，重点研究光解水反应机理， 以及如何拓宽TiO2的应用范围。 第二代光催化材料的研发是通过元素掺杂等改性方法拓宽其光谱响应范围， 同时寻找TiO2的替代材料，如WO3，SrTiO3等。 第三代光催化材料的研发是利用能带工程调控半导体导带与价带，将可见 光响应的光催化反应效率提高。 1、第一代共催化复合体系主要研究贵金属-半导体如将Pt、Au等助 催化剂沉积到光催化剂表面，极大加快了H2的生成反应。 2、第二代技术主要构建半导体-半导体复合纳米结构，不同半导体 接触界面可形成“结”，在结的两侧由于其能带结构等性质的不同， 导致形成空间电势差。这种电势差的存在有利于电子-空穴的分离。 光解水制氢反应与光催化材料的表面性质密切相关，最近10年来，通过 调控光催化材料表面形貌，制备低维纳米结构，提高光解水制氢的效率。 研究现状 Keywords:Hole-storge-layer,Charge-transport,Ta3N5 photoanode, Oxygen evolution,Photoelectrodes,Spectroscopy,Photovoltage It denoted that the Ni(OH)x/Fh bilayer is served as a more efficient HSL for hole transport and storage The TiOx layer suppresses the surface electron–hole recombination Best performence Complex 1:(Co4O4(O2CMe)4(CNpy)4) Complex 2:[Cp*Ir(L1)Cl]Cl   前景展望 1、半导体光催化剂催化活性高，稳定性好，但大部分的半导体光催化剂对 可见光的利用率较低。 2、贵金属配合物光催化剂对可见光具有较好的影响，但催化活性与稳定性 较差，且成本较高，不利于可持续发展。 3、非金属配合物的催化活性和稳定性相对贵金属配合物催化剂略差，但 成本较低和污染少，有利于实际使用。 4、制备高效且成本低的非贵金属配合物作为光催化剂，或尝试将金属配合 物与半导体光催化剂相结合，开发出新型的高效光催化剂，从而实现光解水 制氢的实际应用。 参考文献 1.Yi, Z.; Ye, J.; Kikugawa, N.; Kako, T.; Ouyang, S.; Stuart-Williams, H.; Yang, H.; Cao, J.; Luo, W.; Li, Z.; Liu, Y.; Withers, R. L. Nature Materials 2010, 9, (7), 559-564. 2.Liu, G.; Ye, S.; Yan, P.; Xiong, F.; Fu, P.; Wang, Z.; Chen, Z.; Shi, J.; Li, C. Energy Environ. Sci. 2016, 9, (4), 1327-1334. 3.Li, X.; Yu, J.; Low, J.; Fang, Y.; Xiao, J.; Chen, X. J. Mater. Chem. A 2015, 3, (6), 2485-2534. 4.Zhang, Z. Energy amp; Environmental Science 2012,. 5.Pan, H. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2016, 57, 584-601. 6.Hou, Y.; Zuo, F.; Dagg, A.; Feng, P. Nano Letters 2012, 12, (12), 6464-6473. average lifetime of photogenerated electrons The rate constant of charge recombination * to further reduce the charge recombination rate of the Ni(OH)x/Fh/Ta3N5(P) photoanode by combining with an electronblocking layer * 水分解的理论电动势为1.23V * delivering the sola