可见光催化分解水制氢课件.ppt

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1、SeminarII可见光催化分解水制氢学生：詹世景导师：杨维慎林励吾主要内容研究背景结构及工作原理催化剂实例结论及展望可见光催化制氢的研究背景1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用，揭开了光催化技术研究的序幕。大多数光解水光催化剂仅能吸收紫外线，而紫外线在太阳光中只占3％左右,最大的太阳光强度在500nm附近。就光解水来说，关键在于提高光催化反应的活性及选择性，并将其激发波长扩展到可见光区，提高对光能的利用率．清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点H2H2OH2O太阳光+3.0+2.0+1.

2、00.0-1.0BandgapH+H2H2OO2H+/H2:0VO2/H2O:+1.23Vh+h+h+h+h+e-e-e-e-e-VWaterreductionWateroxidationhvValencebandConductionbandH2OH2+1/2O2G0=238kJ/mol(E=-Go/nF=-1.23eV)最适合的：2.0-2.2eV光催化剂的结构及工作原理hvTiO2粒子表面复合B+-++体相复合A-++-hvEg+-导带价带---+++-+C-H2H+D+H2OO2光催化剂的结构及工作原理太阳能光解水的影响因素光解水能否进

3、行或效率如何还与以下因素相关：受光激励产生的自由电子，孔穴对的多少自由电子，孔穴对的分离、存活寿命再结合的抑制CBCBVBVBCBVBCBVBCBVBnewVB各种能带调变手段对催化剂能带结构的影响示意图元素掺杂类型氮氧/硫氧化物固溶体掺杂Sb和Cr的TiO2、SrTiO3，掺杂Ni的ZnS等TiO2-xNx,Ln2Ti2S2O5，Sm2Ti2S2O5ZnIn2S4，(AgIn)xZn2(1-x)S2等例一ChemCommun,2000,15,1371.2.3eVNi3dZn0.999Ni0.001SS3pZn4s4p3.55eVZnS:3.55e

4、V-+PreparationCondition:773KinanN2催化剂Zn0.999Ni0.001SCBVB元素掺杂类型DiffusereflectancespectraofZn0.999Ni0.001S(a)andZnS(b)powderChemCommun,2000,15,1371.例一Condition:K2SO3(0.5moll-1)-Na2S(0.005moll-1)Lightsource:300WXelamp.(controlledViacut-offfilters).ChemCommun,2000,15,1371.例一J.Phys

5、.Chem.B,2003,107(8),1803.Ta5d3.9eVO2pTa2O5-+TaONTa3N5O2p+N2pN2pTa5dTa5d2.4eV2.1eVH+/H2O2/H2O例二CBVBnewVB氮氧/硫氧化物J.Phys.Chem.B,2003,107(8),1803.U--visdiffusereflectancespectraofTa2O5,TaONandTa3N5.例二J.AM.CHEM.SOC.,2004,126(41),13406.Preparationcondition:(a)heat-treatedinquartzampu

6、letubeat1323Kand(b)-(h)heat-treatedinaN2flowat1073-1123K.例三solidsolutionCBCBVBVBCBVB固溶体x：0,(b)0.17,(c)0.22,(d)0.29,(e)0.33,(f)0.40,(g)0.5,(h)1.J.AM.CHEM.SOC.,2004,126(41),13406.例三Diffusereflectionspectraof(AgIn)xZn2(1-x)S2solidsolutionsJ.AM.CHEM.SOC.,2004,126(41),13406.例三结论与展望

7、通过合适的手段调变光催化剂的能级结构,将其激发波长扩展到可见光区，提高对光能的利用率。提高对光能的利用率、光电反应器的设计及催化剂活性的提高是目前尚待解决的问题。新的光催化剂的研究和各种表面改性技术的研究是光解水制氢的研究重点。二元甚至多元复合半导体表面上负载贵金属或稀土元素有可能为解决这一问题提供一个途径。参考文献FujishimaA,HondaK.,Nature,1972,238,37.KudoA.,SekizawaM.,ChemCommun,2000,15,1371.TsujiI.,KatoH.,KobayashiH.et.,J.AM.CHE

8、M.SOC.,2004,126,13406.Wang-JaeChun,IshikawaA.et.,J.Phys.Chem.