太阳能光解水产O2半导体催化剂的研究进展.docx

太阳能光解水产O2半导体催化剂的研究进展专业：应化1402姓名：适盛航学号：5120141979指导教师：雷洪太阳能光解水产O2半导体催化剂的研究进展适盛航（5120141979）（西南科技大学材料科学与工程学院应用化学1402,绵阳621000）摘要：太阳能光解水产O2效率低是目前限制水光解作为新能源运用的主要原因，半导体光催化剂由于其稳定性和简单性近来成为研究热点，因此半导体水氧化催化剂具有很好的研究前景。概述述了半导体不同的改性方法对光解水产O2效率的影响，并对未来半导体水氧化催化剂发展趋势进行了展望。关键词：光解水、半导体水氧化催化剂、半导体改性、研究进展、综述The Development of Solar energy photolysis aquatic O2 semiconductor catalystShenghang SHI（5120141979）（Applied chemistry1402 School of materials science and engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621000）Abstract:Solar energy is currently restricted to aquatic O2 low efficiency water solution as the main reason for the new energy use of the semiconductor photocatalyst because of its simplicity and stability has become a hot research topic, so the semiconductor water oxidation catalyst has good prospects, In this paper, the effects of different modification methods on the O2 efficiency of photo degradation of aquatic products were reviewed, and the development trend of semiconductor water oxidation catalysts was also discussed.Keywords:the photolysis of water; semiconductor wateroxidation catalysts; emiconductor modification;research progress; review前言随着科技的不断发展，化石能源的消耗日益增大，全球正面临着严重的能源危机，为了解决能源问题开发清洁高效的可持续能源势在必行。太阳能是地球上所有生物的最终能量来源，通过自然界光合作用为化石能源提供能量。据统计全球80%以上使用的能源为化石燃料，太阳能只占了很小的比例[1]。因此将太阳能转化成有用的形式来取代不可再生化石燃料意义重大，而大规模使用太阳能取决于其经济高效的转化与储存。太阳能最直接最普遍的转化便是自然界的光合作用。由于光合作用包含诸多复杂反应，每一反应都有能量损失，因此光合作用将太阳能转化为生物质化学能的效率相当低，目前来看最大转化率仅为6%，低于10%的目标转化率门槛值[2]。在典型的人工光催化过程里，光触媒捕获光将激发能量传递到反应中心，反应中心利用激发能将光生电子从给体传递到受体，此时产生一种电荷分离态，并能够维持足够长的时间让氧化和还原等价物转移到水的氧化和还原催化场所。设计人工光合作用的关键是材料的选择。在半导体催化分解水体系中，半导体颗粒系统由于不需要复杂的装置构建因此成为今年来的研究热点。在提高人工光合作用转化效率的研究过程中，科学家们逐渐发现水的氧化成为制约进一步提高光合作用效率的瓶颈[3]。由于氢能源是可持续且环境友好型能能源，关于光催化产氢（水的还原）的报道层出不穷[4]。然而光催化产氧（水的氧化）是产氢的前提反应，为氢离子还原成氢气提供电子，因此不能被忽视。而且产氧在热力学和动力学上都比产氢困难，原因如下所述。从反应式2H2O→4H++O2+4e-可以看出，产生一分子的氧气需要从两分子的水中抽取四个电子和四个质子，由于光子是一个接一个地被吸收，要想两分子的水在一步内，水的氧化催化剂必须在一定程度上能够同时收集与储存四个具有氧化能力的电子空穴对[1]。这种收集与储存的能力对应着动力学和热力学上的复杂性，需要多电子和多质子控制以及足够高的电位来储存。自然界本身已经进化出高级的光合作用体系，