毕业论文课题相关文献综述
氢能源具有没有污染、可以再生、燃烧效率高等优点，氢能可以很好地解决传统资源的不可再生和二次污染问题，是全球科学家公认的最好的绿色能源，这是因为氢气的燃烧产物只有水。此外，氢气无毒无味，储存，运输方便，使用安全。目前获得氢气的主要方法有：生物制氢、电解水制氢及光电分解水等。但是通过以上途径来制备氢气需要耗费的成本非常高，如何用便捷且又廉价的方法来制备氢气，一直以来是科学工作者梦寐以求的愿望。太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，可以免费使用，不会对环境造成任何污染，具有巨大的发展潜力。利用太阳能光解水制氢气是人类利用氢能的最佳途径[1-3]。1972年，日本科学家Fujishima和Honda报道了通过TiO2电极分解水产生氢气，从此利用半导体的光催化制氢技术便引起人们的极大兴趣。目前在众多的多相光催化剂中，TiO2半导体由于其自身优良的无毒性、稳定性、低成本、较好的生物相容性及较高的催化活性等优良特性而被研究者广泛应用在光催化、太阳能电池、多相催化、气体传感器，废物处理等领域。但是因为TiO2能隙较宽，导致它只能在紫外光线的激发下才能显示出光催化活性，严重地限制了TiO2的应用。正因为TiO2此方面的缺憾，TiO2的改性研究如何使TiO2在可见光区表现出更佳的光学活性已经成为光催化研究领域的一个重要课题。
1. 光催化分解水制氢原理
当半导体材料在受到能量相当于或高于其禁带宽度的光照时，价带上的电子受激发跃迁到导带，在导带形成自由电子，在价带形成空穴，H 与电子结合生成氢气[4]。
与光解水过程的效率有关的因素有：受光激发产生的自由电子和空穴对的多少、存货寿命、自由电子-空穴对的分离、再结合以及逆反应的抑制等。在这里需要指出的是，并不是所有半导体材料都可以成为光解水的催化剂。成为光解水的催化剂有几个必要条件，第一，禁带宽度一定要大于水的电解电压(理论值为1.23 eV)；第二，一定要满足电化学方面（半导体价带的位置应比O2/H2O的电位偏正，并且半导体导带的位置应比H2/H2O 的电位偏负）的要求[5]。
2. TiO2的改性
纯 TiO2粉体光催化制氢性能并不理想，对光催化剂进行改性是提高制氢性能的重要方式。目前，科研工作者对TiO2改性的方法主要有：贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属元素掺杂、染料敏化、晶面控制及半导体复合等。
2.1 贵金属沉积
贵金属沉积是开展研究比较早的一种提高TiO2光催化剂活性的方法[6-7]。经常用的贵金属有Pt、Au、Pd、Ru、Ag等。厦门大学的Wu等科研工作者对贵金属Pd 沉积TiO2催化剂的光催化制氢活性做了相关研究。在紫外-可见光照射下，通过光沉积得到的0.8 wt%Pd/TiO2在纯水体系中光催化制氢速率为3.9μmolh/1，较纯P25在光催化制氢活性上有很大提高。Khnayzer等用浸渍法将P25缓慢加到Pt(dcbpy)Cl2溶液中，制得Pt(dcbpy)Cl2/TiO2纳米复合光催化剂。通过紫外-可见光下的光催化制氢实验结果表明，Pt(dcbpy)Cl2/TiO2在甲醇-水体系中的产氢速率为300μmol/h，高于TiO2与H2PtCl6 混合经紫外还原得到的Pt/TiO2的产氢速率130μmol/h。
2.2 金属离子掺杂
Xu 等[8]人采用水热法以SnCl4 和钛酸四丁酯为前驱体合成了Sn 掺杂TiO2纳米线，发现Sn 掺杂的TiO2 纳米线光阳极在0 V(vsAg/AgCl)、100 mW/cm2 模拟太阳光照射下的光电流密度为2.0 mA/cm，是未掺杂TiO2纳米线电极光电流密度的2 倍，光电转化效率约1.2 %。Le等[9]报道了Co掺杂TiO2以及罗丹明B(Rh B)敏化Co/TiO2的光催化制氢活性。在纯水体系中，Co/TiO2在可见光照射下表现出光催化制氢活性为1.8 μmol/h；用罗丹明B(Rh B)敏化后，带隙进一步降为2.58 eV，可见光下的光催化制氢活性得到提高为11.3 μmol/h。
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