太阳能光催化制氢技术

太阳能光催化制氢技术 在新能源领域中,氢能已普遍被认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源,这是因为氢燃烧,水是它的唯一产物。氢是自然界中最丰富的元素,它广泛地存在于水、矿物燃料和各类碳水化合物中。 然而,传统的制氢方法,需要消耗巨大的常规能源,使氢能身价太高,大大限制了氢能的推广应用。于是科学家们很快想到利用取之不尽、廉价的太阳能作为氢能形成过程中的一次能源,使氢能开发展现出更加广阔的前景。科学家们发现了以光催化材料为“媒介”,能利用太阳能把水裂解为燃料电池所必需的氧和氢,科学家称这种仅用阳光和水生产出氢和氧的技术为“人类的理想技术之一”。 太阳能光催化制氢技术的原理 我们知道,在标准状态下把1mol水(18克)分解成氢气和氧气需要约285kJ的能量,太阳能辐射的波长范围是200~2600nm,对应的光子能量范围是400~45kJ/mol。但是水对于可见光至紫外线是透明的,并不能直接吸收太阳光能。因此,想用光裂解水就必须使用光催化材料,科学家们往水中加入一些半导体光催化材料,通过这些物质吸收太阳光能并有效地传给水分子,使水发生光解。以二氧化碳钛半导体光催化材料为例,当太阳光照射二氧化化钛时,其价带上的电子(e-)就会受激发跃迁至导带,同时在价带上产生相应的空穴(h +),形成了电子空穴对。产生的电子(e-)、空穴(h+)在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离生成氢气和氧气。 太阳能光催化制氢技术的研究现状 技术研究的关键主要集成电路中在光催化材料的研究方面,光催化材料要满足以下几个条件:(1)光催化材料裂解水效率较高;(3)光催化材料最好要可能利用太阳所有波段中的能量。光裂解水制氢以半导体为催化材料,一般为金属氧化物和金属硫化物,然而,目前研究者一般均选用二氧化钛作为光催化氧化的稳定性好,但是由于二氧化钛无臭、无毒,化学稳定性好,但是由于二氧化钛的禁带宽度较宽,只能利用太阳光中的紫外光部分,而紫外光只占太阳光总能量的4%,如何减低光催化材料的禁带宽度,使之能利用太阳光中可见光部分(占太阳能总能量的43%),是太阳能裂解水制氢技术的关键。 国内研究现状 太阳能光伏太阳能光伏