【摘要】 光催化全分解水两种路径：（1）一步激发法：单一光催化剂（2）两步激发：产氢光催化剂/氧化还原介质/产氧光催化剂。

光催化全分解水两种路径：（1）一步激发法：单一光催化剂（2）两步激发：产氢光催化剂/氧化还原介质/产氧光催化剂。

光催化分解水的原理在于：利用太阳能光催化分解H2O制氢技术的关键是获得使H2O快速分解的高催化活性催化材料。通过分解H2O制氢气虽然存在着一定热分解阻力，但在光能作用下，从热力学理论角度考虑，分解1个水分子需提供1.23eV的能量，对应1000nm红外光。实际上1000nm红外光不能光解水制氢气，说明太阳能光解水制氢反应过程中存在较大的动力学阻力，可以通过特定催化剂来克服这种阻力实现水的光催化分解，如图1所示。光催化剂受到能量等于或大于其能隙的光辐射后分别产生具有一定的还原能力和氧化能力的电子与空穴，H2O分子所电离的H+与-OH分别与电子和空穴反应生成H和O。

 

图1 光催化分解水的原理示意图

但是,不是所有能被光激发产生电子和空穴的催化剂都能实现水的分解，催化剂的光生电子还原电势必须负于H+还原为H的电势，光生空穴的氧化电势必须正于-OH氧化为O的电势，如图2所示。催化剂能隙必须大于1.23eV并且光激电子和空穴的还原和氧化电势与水的分解电位匹配才可以催化水的分解，加之过电位的存在，合适的催化剂能隙应为1.8eV。一些研究表明能满足上述能隙要求的催化剂存在一些缺陷，例如容易发生光溶解或光腐蚀，光量子效率低等。而能隙偏大的催化剂无法响应红外光，因此对太阳能的利用率低。

 

图2 某些催化剂的能级与水分解电位的对应关系

 

[1] 杨亚辉，陈启元等，光催化分解水的研究进展[J],2005,17(4).

 

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