近年來,半導體光催化劑分解水制氫技術(shù)是最有可能解決能源問題的手段之一。TiO₂由于其穩(wěn)定性好、資源豐富、無毒無害的優(yōu)點,是眾多光催化劑中最有發(fā)展前景的材料之一。由于其較寬的帶隙（E_g=3.2 eV）只能響應太陽光中約5%的紫外光,而對太陽光中絕大部分的可見光不能響應。此外,TiO₂在光催化過程中光生電子和空穴容易復合,導致了TiO₂的量子效率和光催化活性很低。因此,對TiO₂進行改性提升其光催化制氫性能顯得十分重要。助劑修飾是最有效的提高半導體材料的光催化性能改性方法之一。作為電子助劑中運用得最廣泛的一類助劑,貴金屬（如Pt、Au、Ag、Pd等）助劑可以改善TiO₂及其他光催化劑的性能,主要原因是由于貴金屬能從半導體表面迅速捕獲和轉(zhuǎn)移電子。除了貴金屬之外,有許多研究證明價格低廉、資源豐富的非貴金屬（如Cu、Co、Ni等）可以用作電子助劑。在光催化制氫過程中,光催化劑中電子的轉(zhuǎn)移和隨后發(fā)生的界面催化反應都能影響光催化劑的光催化制氫活性。然而,由于大多數(shù)金屬（... 

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光催化機理圖[27]

61.2二氧化鈦基光催化劑制氫的研究現(xiàn)狀1.2.1二氧化鈦基光催化劑的制氫機理半導體材料能光催化制氫的前提：其導帶位要比H+/H2的標準電極電勢位置要更負。使用較多的TiO2的導帶位標準電勢為-0.26V(vs.SHE)，比H+/H2的標準電極電勢位置更負，因此當TiO2光催化劑受到紫外光照射的時候，可以發(fā)生光催化產(chǎn)氫反應。TiO2光催化產(chǎn)氫反應主要包括以下三個步驟，如圖1-2所示：(1)光源激發(fā)過程：TiO2光催化劑受到紫外光照射激發(fā)的時候，TiO2價帶上的電子躍遷到導帶位置從而形成光生電子，并在價帶位置留下光生空穴，形成了電子-空穴對：(2)電荷轉(zhuǎn)移過程：激發(fā)態(tài)光生電子和光生空穴會分別向材料表面進行遷移；(3)界面反應過程：在TiO2光催化劑表面，光生電子會與溶液中的質(zhì)子發(fā)生還原反應生成氫氣，而光生空穴會與溶液中的犧牲劑發(fā)生氧化反應生成CO2和H2O。圖1-2TiO2光催化產(chǎn)氫機理圖1.2.2二氧化鈦基光催化劑光催化制氫性能增強方法二氧化鈦有著穩(wěn)定、資源豐富、無毒無害的優(yōu)點，是眾多光催化劑中最有發(fā)展前景的材料之一。但是由于其較寬的帶隙(Eg=3.2eV)只能響應太陽光中的

7約5%的紫外光，對太陽光中絕大部分的可見光不能響應，而且光催化過程中有電子轉(zhuǎn)移速率緩慢、光生電子和空穴容易復合、表面活性位點稀少等缺點，這些共同導致了TiO2的量子產(chǎn)率和光催化活性很低。為了進一步提升TiO2的制氫性能，對其進行改性十分重要。目前對TiO2進行改性常用的方法主要有：(1)半導體耦合；(2)元素摻雜；(3)形貌調(diào)控；(4)染料敏化：(5)助劑修飾等方法。1.2.2.1半導體耦合TiO2的禁帶寬度較大，不利于可見光的吸收，與窄禁帶寬度的半導體材料復合，可以使光生載流子由一種半導體的能級注入到另一種半導體的能級上。從而降低材料的禁帶寬度，使其在可見光范圍內(nèi)有吸收，從而提高制氫性能。Yan等人[46]通過煅燒三聚氰胺的方法得到g-C3N4，水解四氯化鈦的方法得到TiO2，通過將g-C3N4和TiO2進行球磨以及共煅燒的方法得到圖1-3所示的g-C3N4/TiO2納米復合材料，發(fā)現(xiàn)該樣品發(fā)生明顯的紅移，在可見光下有吸收。Sasikala等人[47]采用多元醇法合成了SnO2修飾的TiO2納米復合光催化劑。由于SnO2導帶位置低于TiO2的導帶位置，所以光生電子從TiO2導帶傳輸?shù)絊nO2導帶比較容易，從而加速了電子和空穴的分離，因此光催化活性高于純TiO2。Si等人[48]采用水熱法制備Co3O4-TiO2納米顆粒，利用p型半導體Co3O4和n型半導體TiO2復合形成p-n結(jié)，可以提高對可見光的吸收率。圖1-3g-C3N4/TiO2納米復合材料的光催化原理[46]

【參考文獻】：
期刊論文
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