半导体光催化研究分析进展.ppt

;背景介绍;背景介绍;当今人类面临重大挑战 ——能源和环境; ;核电站;太阳能：清洁、可再生、丰富;人类的目标：合理、经济、高效的利用太阳能;TiO2 →e- + h+ (charge seperation) 2H2O + 4h+→O2 + 4H+ （TiO2 electrod） 4H+ + 4e- → 2H2 (Pt electrod) (charge transfer);+3.0;The primary charge carrier dynamics in semiconductor photocatalyst;硅伏电池原理图;光催化分解水制氢及光催化重整生物质制氢;常见半导体材料的能带结构;光催化制氢反应装置;加入甲醇牺牲剂;TOMOJI KAWAI* and TADAYOSHI SAKATA*，J.C.S. CHEM. COMM., 1980，694-695;光催化重整生物质制氢;太阳光谱图;R. Asahi et al., Science, 2001, 293: 269;窄带隙半导体纳米粒子复合;; La掺杂的 Ni O /NaTaO3催化剂的扫描电镜结果表明 , 掺入 La以后催化剂颗粒变小 (0 . 1～0 . 7μm) , 结晶度变高 , 并且具有非常独特的阶梯形表面结构 . ;可见光分解纯水制氢光催化剂;可见光分解纯水制氢光催化剂; Current record holders in terms of quantum ef?ciencies (QEs) are 1.NiO/NaTaO3(La) (QE ) 56%, pure water, UV light 2.ZnS (QE ) 90%, aqueous Na2S/Na2SO3, light with λ 300 nm 3.Cr/Rh-modi?ed GaN/ZnO (QE ) 2.5%, pure water, visible light 4. Pt-PdS/CdS (QE ) 90%, aqueous Na2S, light with λ= 420 nm ;展望 1. 加强基础理论研究工作 2. 新型可见光光催化剂的设计及制备 3. 光催化和光电催化结合，光催化分 解水和重整生物质制氢并进 ;光催化降解有机污染物;D. F. Ollis et al., J. Catal., 1984, 88:89; catalyst dispersed in 0.1 mM Methylene Blue solution bubbled by O2 , 100 w high pressure mercury lamp; TiO2中光生空穴的氧化性极强，可以氧化绝大数有机化合物，在紫外光下反应效率高，在污水处理，空气净化等方面有重要应用前景;R. Asahi et al., Science, 2001, 293: 269;;太阳能电池;太阳能电池的发展; 太阳能电池已成为各国实施可持续发展的重要选择;;办公楼与玻璃幕墙一体化的PV;太阳能电池材料; 无机太阳能电池的性能及应用;TiO2染料敏化太阳能电池; 1991年，瑞士Gr?tzel M. 以较低的成本得到了7%的光电转化效率。 1998年，采用固体有机空穴传输材料的全固态DSSCs电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，引起了全世界极大关注。 目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％以上，寿命能达 15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10。 ;研究进展;敏化剂的种类; ;纳米半导体材料;纳米TiO2 薄膜极材料;　固 态 空 穴 传 输 材 料; 面临的主要问题;我国首个染料敏化太阳电池示范电站;时间分辨光谱及其在半导体光电材料性能研究方面的应用; 实现时间分辨信号采集的一般方法 ;纳秒、微秒时间分辨光谱仪的例子;Pump-probe技术的基本原理;TiO2溶胶 (a)光生电子, (b)光生空穴 的时间分辨紫外可见吸收光谱;K. Iwata et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108: 20233;甲醇吸附物种快速捕获空穴;Pt-TiO2 催化剂上光催化重整甲醇制氢反应机理研究;甲醇在TiO2及Pt/TiO2-400 (0.5wt.%)上吸附的红外光谱 ;甲醇在Pt/TiO2-200样品上吸附的红外光谱图 ;TiO2样品上吸附甲醇后经5 Hz、70 mW 355 nm 脉冲光照不同时间所得光照后与光照前的红外差谱图 ;Pt/TiO2-400(0.5 wt.%)样品上吸附甲醇后经5 Hz、70 mW 355 nm 脉冲