太阳能光催化分解水制氢技术简介

光催化分解水制氢法在最近的研究报道中引起了极大的兴趣，因为它使用了两种最丰富的资源，清洁的、可再生的和我们随手可得的自然能源。因此，光催化制氢被认为是解决与化石燃料有关的过度利用、有限储量和负面环境影响问题的一种潜在解决方案。光催化分解水为氢和氧的潜在优势是具有经济和环境效益，因为该过程使用太阳能，以清洁的方式生产氢，没有温室气体排放。

为了直接利用太阳辐照进行光催化水分解，必须在溶液中溶解能够吸收太阳辐射的光敏剂，因为水本身对可见光谱是透明的。

在光催化制氢过程中，需要能量大于光催化剂带隙的光子来产生电子-空穴对用于分解水。能量小于光催化剂带隙的光子不能产生这些电子-空穴对，因此，它们在光催化制氢中没有用。由于它们的能带隙和水分解的要求，大多数催化剂只能利用太阳光谱中高能部分的光子(只有紫外光和在某些情况下可见光谱的短波长部分)。文献中现有的大多数光催化剂只能利用到达地球大气层的太阳总照射量的4%左右。

为了更有效地利用太阳光谱，必须能够利用储存在可见光部分的能量。因此，光催化分解水制氢研究的主要挑战之一是发现廉价、活性、丰富、高效和稳定的光催化剂，能够同时利用太阳光谱的可见光和紫外部分。光催化材料的要求包括在水电解质溶液中的稳定性和耐久性，具有竞争力的成本，具有较少缺陷的更好的结晶度和优良的导电性。

由合成方法和条件确定的结晶度和颗粒大小对光催化剂的光催化分解水的性能有显著影响。在过去的几十年里，人们对开发和合成新型光催化剂进行了广泛的研究，这些催化剂能够利用太阳能的紫外光谱和可见光光谱将水分解为氢和氧。通过直接光催化裂解水可以实现大规模、清洁、相对低成本和高效的制氢。

光催化分解水的简单之处在于利用入射阳光的溶液中的粒子从水中产生H2和O2。它可以提供一种清洁的、可再生的氢气来源，而不会产生温室气体或对大气产生不利影响。在过去的研究中，有许多光催化剂在紫外线辐射下进行了测试，其中一些材料具有很高的量子效率。然而，现有的光催化剂在水分解过程中往往效率低下。一个有效的光催化分解水过程中所需要的光催化剂应具备的因素包括：

① 一个适当的带隙以支持尽可能多的太阳光谱利用；

② 适当的导带和价带放置以驱动整体水分解的氧化和还原反应；

③ 氧化还原环境中的稳定性好；

④ 生产经营成本低；

⑤ 良好的再循环能力；

⑥ 储量丰富；

⑦ 耐腐蚀；

⑧ 适合大规模生产。