光催化完全分解水制氫被譽為化學(xué)中的“圣杯”,為將太陽能直接轉(zhuǎn)化為清潔、可存儲的化學(xué)能提供了重要途徑。目前,光催化完全分解水制氫的研究主要圍繞尋找高效的可見光催化劑和提高現(xiàn)有光催化劑能量轉(zhuǎn)換效率兩大主題。本文將以新型的能響應(yīng)可見光的Bi_xY_1-xVO₄和g-C₃N₄為光催化劑主體,通過摻雜、復(fù)合或其它手段來提高光催化完全分解水制氫的性能,并對助催化劑Pt在光催化完全分解水制氫中作用機理進(jìn)行探究。本論文具體研究內(nèi)容及研究成果如下:固相法制備的Bi_xY_1-xVO₄固溶體可重復(fù)性差且光催化完全分解水活性不高。本文首先對Bi_xY_1-xVO₄固溶體形貌進(jìn)行調(diào)控,利用水熱法合成了具有十二面體結(jié)構(gòu)的Bi_xY_1-xVO₄固溶體,其暴露面為{101}和{100}兩個晶面族。通過在該十二面體結(jié)構(gòu)的Bi

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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我國近十年能源消耗量和環(huán)境污染治理投資的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

過太陽能電池可以將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，但這種電能品質(zhì)低且不能直接貯存。相對于過程性能源的電能，含能體能源的氫能是一種清潔的高品位能源，在未來清潔能源發(fā)展中將扮演重要角色[1]。然而，全球氫氣需求量的 95%是通過化石燃料制備，4%來源于水的電解，1%來源于生物質(zhì)等其它方法[2]。這些氫氣制備方法成本高，技術(shù)復(fù)雜，且耗能常常大于所獲得氫能。1972 年，F(xiàn)ujishima 和 Honda 發(fā)現(xiàn) TiO2單晶電極在光照下能夠分解水產(chǎn)生氫氣，這一重大發(fā)現(xiàn)使太陽能直接轉(zhuǎn)換為化學(xué)能成為可能[3]。光催化分解水制氫就是利用太陽能將水分解成氫氣和氧氣（H2O→H2+ O2），從而將太陽能直接轉(zhuǎn)化為清潔、可存儲的氫能，被譽為化學(xué)界的“圣杯”，吸引了無數(shù)研究者從事相關(guān)的研究[4-20]。經(jīng)過幾十年的努力，在響應(yīng)可見光的新型催化材料制備、活性改善和反應(yīng)機理等方面獲得了令人矚目的發(fā)展。作為代表性的光催化材料， Pt-PdS/CdS 和 NiSx/Cd0.5Zn0.5S 體系在 420 nm 處光催化分解水制氫半反應(yīng)的量子效率已經(jīng)超過90%[21,22]；而C-dot/g-C3N4和SrTiO3:La,Rh/Au/BiVO4:Mo體系完全分解水時能量轉(zhuǎn)換效率也突破了 1%[23,24]。但是，光催化分解水制氫離產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)（能源轉(zhuǎn)換效率超過 10%）仍然很遠(yuǎn)[4]。

在光照射下分解水產(chǎn)生 H2，如圖 1-2 所示；2）將光催化劑制成電極，在光照和一定的偏壓下，兩電極分催化制氫方式最大的優(yōu)點是裝置簡單，而缺點是生成進(jìn)一步分離，當(dāng)然粉末體系 Z 型光催化分解水制氫不光電催化制氫方式與非均相光催化制氫的優(yōu)缺點正好在兩個電極產(chǎn)生易分離，缺點是裝置過于復(fù)雜成本高。種方式相當(dāng)，目前光電催化制氫（PEC）稍占優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]太陽能光催化制氫研究進(jìn)展[J]. 溫福宇,楊金輝,宗旭,馬藝,徐倩,馬保軍,李燦.  化學(xué)進(jìn)展. 2009(11)
[2]光催化材料與太陽能轉(zhuǎn)換和環(huán)境凈化[J]. 鄒志剛.  功能材料信息. 2008(04)
[3]太陽能光解水制氫的研究進(jìn)展[J]. 上官文峰.  無機化學(xué)學(xué)報. 2001(05)



本文編號：3494852