半导体光催化制氢的进展.pdf

《能源材料》课程论文 题 目： 半导体光催化水解制氢的进展 指导教师：毛景 学生姓名： 朱永坤 学号： 20130800830 专 业： 建筑结构及功能材料 院（系）： 材料科学与工程 2016 年 6 月 8 日 1 关键词：半导体；光催化；太阳能；电解水；制氢；改 性。 引言： 在上课过程中老师讲到的新能源汽车当中的氢燃料池 汽车让我对氢能的开发利用产生了浓厚的兴趣，就想着写 一篇关于氢能方面的文章。结合老师上课过程提到的太阳 能制氢，就定位在了半导体光催化制氢这个主题了。 目前，氢气在氢燃料电池汽车当中得到了广泛的应用， 氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原 理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车。 氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排放， 且一次加氢续驶里程长，加氢时间短，相当于汽油车，一直 以来被作为新能源汽车技术路线之一。 但是，到目前为止，氢燃料电池汽车，并没有得到大范 围的普及，因为一些技术条件的短板暂时限制了它的应用。 其中最大的问题就是氢气来源问题，世界上很多国家的氢燃 料的生产并不是以水为原料，而是以天然气作为生产原料， 先前讲到了，如果要电解水取得氢气，那需要很大的能量消 耗，而且要生产出能量值与普通汽油燃料相当的氢燃料，我 们就需要大量的水资源，水同样也是我们这个星球稀缺的资 源。同时，氢气的储存和运输过程又要耗费很大的能量，所 以到目前为止，要驱动一辆氢燃料电池汽车，所需能耗太大， 还不能达到节能环保的目的。 麻省理工学院的一些能源专 家则提出，氢燃料电池车真正要“跑起来”，至少还需要15 年的时间。 那么，如何低能耗，效率高地制备氢气成为了氢燃料汽 车的一个瓶颈，目前制备氢气有也有很多方法，包括热化学 法制氢，光电化学分解法制氢，光催化法制氢，人工光合作 用制氢，生物制氢等，在这里重点介绍一下光催化制氢的一 2 些新的研究和进展。 摘要: 氢能具有高效、清洁、无污染、易于产生、便于输运和 可再生等特点,是最理想的能源载体。因此，氢能将会成为 未来化石能源的主要替代能源之一，利用可再生能源制取氢 气是未来能源发展的必然趋势。 利用太阳能直接从水中获得的氢气,氢气又可作为能源燃料,燃烧 产物是水,它以最清洁环保的形态回到自然生态循环中,这是一种完全 的可持续开发的能源利用的途径。 背景: 光解水制氢技术始自 1972 年，由日本东京大学Fujishima A 和 Honda K 两位教授首次报告发现TiO2 单晶电极光催化分解水从而产 生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性， 开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。 利用太阳能分解水制氢或将太阳能直接转化为化学能逐渐成为 能源领域的研究热点之一。近年来,太阳能利用的研究、特别是利用 太阳能光催化分解水制氢研究正处于一个十分活跃的发展时期,尤其 在新型光催化剂研制方面比较活跃。但是，就目前来说，采用半导体 光敏催化剂分解水制氢的方法，由于缺乏可见光敏和宽谱线光敏催化 剂，光-氢转换效率还比较低。近几年太阳能光解水制氢技术的迅猛 发展和巨大突破，有可能在未来二三十年内逐步走向实用化，使太阳 能光解水制氢产业化成为现实。 一、半导体光催化水解制氢的研究进展 半导体光催化太阳能电解水制氢技术是将太阳能电解水制氢技术与 半导体光催化太阳能光解水制氢技术相结合的一种复合光电分解水 制氢技术。该技术具有光氢转换效率高、节省常规能源、保护环境和 便于氢氧分离等优点，一旦发展成熟并投入使用将带来显著的经济效 益、环境效益和社会效益，并可能带给人类使用能源的革命性变革。 3 自1972 年日本东京大学教授首次报导TiO2 单晶电极光催化降 解水从而产