【摘要】：光電催化分解水系統(tǒng)能直接將收集的電子與空穴用于分解水,將太陽能轉化成了具有高能量密度的氫氣,是一種集太陽能轉化和儲存于一體的高效綠色能源系統(tǒng)。光陰極和光陽極串聯(lián)要求其在工作狀態(tài)下兩電極通過的總電流必須一致,低效率的一端將會限制整個體系的反應速度,因此對于光陽極材料的系統(tǒng)研究具有十分重要的意義。理論預測表明,基于部分可見光響應的半導體光陽極能帶間隙計算得到的極限太陽能制氫轉化效率達到了15%。但實際上由于光催化的整個過程是一個多步反應,各個步驟上發(fā)生的光生載流子的復合和損失導致了目前合成的相關電極材料的轉換效率遠低于理論水平。一般可以認為光催化過程包括五個步驟:光電極材料中電子的光致激發(fā)而產(chǎn)生電子-空穴對、電子和空穴由于能帶彎曲的反向分離和傳遞、電子(或空穴)通過半導體-電解液界面的注入水中析氫(或析氧)、載流子的復合以及反應物和產(chǎn)物的傳質過程。由于這些過程的進行效率與電極材料的本質特性和性能密切相關,為了評估材料性能而引入的一些效率指標往往和這幾個步驟相對應。本文首先簡要介紹了評價光陽極的一些效率計算以及它們與上述各個步驟的內在聯(lián)系。最后,在前人和最近的研究基礎上總結了幾種對光陽極材料的主要提升策略,包括形貌控制、元素摻雜、異(同)質結和表面修飾等改性方法,對這些改性方法和各步驟效率之間的聯(lián)系作了簡單的介紹。
[Abstract]:Photocatalytic water decomposition system can directly use the collected electrons and holes to decompose water and convert solar energy into hydrogen with high energy density. It is an efficient green energy system which integrates solar energy conversion and storage. The total current of photoanode and photoanode in series must be the same under the working condition. The low efficiency end will limit the reaction speed of the whole system, so it is very important to study the system of photoanode material. The theoretical prediction shows that the limited conversion efficiency of hydrogen production from solar energy based on the band gap calculation of semiconductor photoanode based on partial visible light response is up to 15. However, in fact, the whole process of photocatalysis is a multi-step reaction, and the recombination and loss of photogenerated carriers in each step result in the conversion efficiency of the related electrode materials synthesized at present is much lower than the theoretical level. The photocatalytic process is generally considered to consist of five steps: the photoexcitation of electrons in photopolar materials produces electron-hole pairs, and electrons and holes are separated and transmitted in opposite directions due to the bending of energy. Electron (or hole) hydrogen evolution (or oxygen evolution), carrier recombination, and mass transfer of reactants and products through the semiconductor-electrolyte interface in the injected water. Because the efficiency of these processes is closely related to the essential properties and properties of the electrode materials, some efficiency indicators introduced to evaluate the properties of the materials often correspond to these steps. In this paper, some efficiency calculations for evaluating photoanode and their internal relation with the above steps are introduced briefly. Finally, on the basis of previous and recent studies, several strategies for improving photoanode materials are summarized, including morphology control, elemental doping, different (identical) bonding and surface modification methods, etc. The relationship between these modification methods and the efficiency of each step is briefly introduced.
【作者單位】： 中山大學化學學院;香港科技大學化學系;
【基金】：supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars,China(21425627) National Natural Science Foundation of China(21461162003,21476271) Natural Science Foundation of Guangdong Province,China(2014KTSCX004,2014A030308012)~~
【分類號】：O643.36

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本文編號：2349027