光催化分解水產(chǎn)氫技術(shù)可利用太陽(yáng)光的能量將水分解為清潔的能源氫氣,將太陽(yáng)能存儲(chǔ)為高密度的能量,因此有望成為人類解決當(dāng)前面臨的能源和環(huán)境問(wèn)題的最佳方法之一。雖然光催化分解水產(chǎn)氫技術(shù)經(jīng)過(guò)了40多年的發(fā)展,已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步,但是光催化分解水產(chǎn)氫技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用還面臨很多問(wèn)題,最重要的就是當(dāng)前常見(jiàn)的半導(dǎo)體光催化劑的效率不夠高。此外,當(dāng)前光催化技術(shù)成本過(guò)高也是限制其發(fā)展的主要原因。因此,對(duì)半導(dǎo)體光催化材料進(jìn)行改性使其具有高的光催化性能和開(kāi)發(fā)高效且廉價(jià)的材料應(yīng)用于光催化領(lǐng)域就顯得尤為重要。光催化分解水產(chǎn)氫的過(guò)程可分為如下幾步:（1）半導(dǎo)體光催化劑吸收光的能量產(chǎn)生電子與空穴對(duì);（2）光生電子與空穴發(fā)生分離和轉(zhuǎn)移;（3）光生電子在光催化劑的表面與質(zhì)子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,同時(shí)空穴氧化犧牲劑而被消耗。提升上述過(guò)程中任何一步的效率都可以有效地改善半導(dǎo)體的光催化分解水產(chǎn)氫性能,因此較為有效的常用方法如下:（1）通過(guò)摻雜等手段調(diào)控半導(dǎo)體光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)使其可以吸收更多能量的光,改善光催化分解水產(chǎn)氫過(guò)程中第一步的效率;（2）通過(guò)調(diào)控結(jié)構(gòu)或者構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)等改善光生電子與空穴的分離和轉(zhuǎn)移過(guò)程;（3）通過(guò)表面... 

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【部分圖文】：

絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)示意圖

用于光催化分解水產(chǎn)氫的光催化劑多為半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體(semiconductor)通常是指常溫常壓下導(dǎo)電性能在絕緣體(insulator)和導(dǎo)體(conductor)之間的材料。材料的導(dǎo)電性通常是由材料自身的導(dǎo)帶(conduction band,CB)和價(jià)帶(valence band,VB)之間的禁帶寬度的大小所決定的,禁帶寬度又稱帶隙通常用Eg表示,當(dāng)電子獲得能量從價(jià)帶跳躍到導(dǎo)帶時(shí),電子便能自由移動(dòng)從而使材料導(dǎo)電。一般常見(jiàn)的金屬材料之所以具有較好的導(dǎo)電性就是因?yàn)槠鋵?dǎo)帶和價(jià)帶之間的帶隙較小,在常溫下電子很容易獲得能量從價(jià)帶跳躍到導(dǎo)帶;而絕緣體材料的導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能隙較大,從而使電子躍遷較難,使其無(wú)法導(dǎo)電;半導(dǎo)體的導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的帶隙通常介于1 e V到3 e V之間,在絕緣體與導(dǎo)體之間,如圖1-5所示。通常,半導(dǎo)體的價(jià)帶中的電子只有受到足夠的外界能量的激發(fā)時(shí),才能躍遷轉(zhuǎn)移到其導(dǎo)帶上。根據(jù)電子的躍遷方式,半導(dǎo)體還可以分為直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料可以被具有一定能量的光激發(fā)而使其價(jià)帶的電子獲取足夠的能量轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶,同時(shí)在價(jià)帶位置留下一個(gè)帶正電的空位,即半導(dǎo)體可以吸收光的能量而被激發(fā)產(chǎn)生電子(e-)-空穴(h+)對(duì),然而并不是任意能量的光都能激發(fā)半導(dǎo)體而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)或者任意半導(dǎo)體都能被光激發(fā)。通常,只有半導(dǎo)體受到的光照能量E大于其帶隙Eg時(shí),半導(dǎo)體光催化劑價(jià)帶上的電子才可以被激發(fā)而發(fā)生躍遷轉(zhuǎn)移到其導(dǎo)帶上,即光的能量E需滿足如下條件:

自然界中光合作用和光催化分解水產(chǎn)氫過(guò)程示意圖以及吉布斯自由能的變化[5]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光催化分解水制氫反應(yīng)中助催化劑的作用及機(jī)理（英文）[J]. 肖楠,李松松,李旭力,戈磊,高旸欽,李寧.  Chinese Journal of Catalysis. 2020(04)
[2]Ni-Mo/LaNi5多孔復(fù)合電極的制備及其電催化析氫性能[J]. 王森林,張藝.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2011(06)



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