【摘要】 目前研究比较热门的催化剂包括金属及其复合氧化物光催化剂，半导体复合型光催化剂，Z型光催化反应体系等。

光催化分解水的催化剂之金属及其复合氧化物光催化剂

 

上期内容中提到用于光催化分解水的能隙合适或能隙偏大的催化剂催存在一些缺陷，因此需要研究开发新型催化剂，提高光分解水的效率，并将催化剂对太阳光的响应拓展到50Onm的可见区，充分利用太阳光。目前研究比较热门的催化剂包括金属及其复合氧化物光催化剂，半导体复合型光催化剂，Z型光催化反应体系等。

  • 金属及其复合氧化物光催化剂

以铜系催化剂及其复合氧化物光催化剂为例进行说明：对于铜元素溶解在有TiOz悬浮液的水溶液而言，其可能的机理是在紫外光的照射和有机物的存在下铜离子被还原成Cu0或质子的还原可能是由于CuCl在紫外光照射下释放一个电子造成，过程如图1所示。

 

图1

假设在光催化过程中当铜离子被还原为Cu+后，能够立刻与Cl-形成化合物，并在光催化氧化过程中产生一个电子，如果进一步部分还原Cu+成为Cu°，产氢的过程可以解释为-Cu°被氯光氧化催化过程如图2所示。如果pH高，由于质子被光生电子还原，则产氢速率就会降低。

 

图2

在TiO2负载纳米和微米级别的CuO后，催化性能会得到提高。当铜元素负载在TiO2上时，CuO会作为次层存在，活性随着Cu含量的增加而增加，当Cu的含量处在一定值时复合催化剂的性能最好，高过这个值后活性迅速减少。一种机理解释是CuO的导带电势比TiO2的导带电势要正，但与颗粒大小无关，因此可以让电子由后者转移到CuO上。然而，由于块状CuO的导带有一个电势,它不会让电子转移到H/H对，当电子由TiO2到CuO时，后者的费米能级增加，导致CuO的导带电势更负能够促进水(或H')的还原，CuO的导带电势的负移通过电势的测量得以确认。另一种机理认为(1)CuO作为助催化剂存在使得电子由TiO2的导带转移到CuO的导带，阻止了电子-空穴的复合。(2）随着CuO颗粒尺寸的增大，它的价带和导带的电势都发生变化且导致带隙减少，当CuO以块状形态负载在TiO2上时，由于不同电压的存在，电子由块状CuO 的导带转移到H/H对的过程受阻，导致产氢减慢。

 

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

[2] 彭必宇，金属铜及其氧化物复合光催化剂的制备及性能研究[D].