吸附器不工作 10 可见光区光催化分解水制氢的研究进展(3)

(Ga1-x Zn x )(N1-x O x ) 得到了5.9%的分解纯水的量子效率[18]。该工作是可见光光催化分解水制氢研究中的突破性进展，进一步证实了太阳能光催化分解水制氢的应用前景。

李灿研究小组[19]采用高温氮化的方法制备了Y 2Ta 2O 5N 2钽基氮氧化物，YTaO 4光催化剂的带宽为3.8eV ，只能吸收紫外光。但是经过氮化后，Y 2Ta 2O 5N 2的吸收边红移到了2.2eV ，在可见光区具有很强的吸收。当以乙醇为牺牲剂，研究发现共担载Pt 和Ru 的Y 2Ta 2O 5N 2催化剂的产氢活性比单独担载Pt 和Ru 的催化剂的活性要高很多，这可能是Pt 和Ru 的协同效应造成的。

3 硫化物光催化体系

CdS 半导体是人们研究最多的具有可见光响应的硫化物光催化剂，它的禁带宽度为2.4eV ，可吸收波长小于510nm 的太阳光。1981年，Gratzel [20]报道了Pt 和RuO 2共担载的CdS 光催化体系可等化学计量比的分解纯水为氢气和氧气，但是否能采用CdS 光催化产氧目前还存在着很大的争议。影响CdS 的光催化产氢活性的因素有很多，例如CdS 的晶体结构和制备方法[21, 22]、CdS 的助催化剂结构和类型[23]、反应所用牺牲剂、反应温度、反应液pH 值等[24]。

Jang 等[25]利用TiO 2来修饰CdS 纳米线，制备出了TiO 2/CdS复合可见光催化剂。当用可见光照射该复合体系时，CdS 吸收可见光产生光生电子－空穴对。由于CdS 的导带位置比TiO 2更高，光生电子就从CdS 的导带转移到TiO 2的导带上，在TiO 2表面上发生还原反应；空穴则继续留在CdS 的价带中，在CdS 的表面发生氧化反应，这样就实现了光生电子－空穴在空间上的分离，大大提高了其分离效率，进而提高了光催化活性。日本的Kida 研究组[26]开发了CdS-LaMnO 3复合光催化体系，在该体系中单独的CdS 仅有少量的产氢活性，单独的LaMnO 3没有产氢活性。但是将两者耦合以后CdS-LaMnO 3复合光催化剂的产氢活性有了很大的提高。作者认为CdS 的价带比LaMnO 3的价带

要低，光生空穴会从CdS 转移到LaMnO 3上，然后发生氧化反应；质子的还原反应则在CdS 表面发生。同样光生电子－空穴的分离效率得到了提高，光催化活性也有了很大的改善。周鹏等人[27]以Na 2S 为硫源，通过共沉淀法制备了ZnS-CdS/SiO2复合光催化剂，并且形成了以ZnS 为外层，以CdS 为壳的包覆型结构，提高了电子－空穴对的分离效率和对光能的利用效率，从而增加了光催化产氢活性。Li 等[28]采用溶剂热的方法合成了石墨烯修饰的CdS 复合材料，此纳米复合催化剂在可见光照射下光催化产氢速率达到了1.12mmol/h，是纯CdS 纳米粒子产氢活性的6倍，420nm 波长处的表观产氢量子效率高达22.5%。作者认为石墨烯作为电子收集器延长了CdS 中光生载流子的寿命是该复合体系高活性的主要原因。Ge 等人[29]用化学浸渍法合成了CdS 量子点耦合石墨状C 3N 4形成的复合光催化剂，研究发现C 3N 4与CdS 的协同作用促进了光生载流子的高效分离，该复合光催化剂在可见光区的产氢速率是纯C 3N 4催化剂的9倍。

李灿研究小组[30]最近合成了Pt-PdS/CdS三元催化剂体系，当在CdS 表面担载Pt 和PdS 分别作为还原和氧化共催化剂组成三元催化剂时，仅分别需要0.3wt%和0.13wt%的担载量便可获得93%的产氢量子效率，这是迄今为止报道的最高的光催化产氢量子效率。作者认为还原和氧化双共催化剂有效解决了电子和空穴在空间上的分离和传输问题，从而极大地提高了产氢量子效率。Zong 等[31]利用廉价MoS 2代替贵金属Pt 作为助催化剂，结果发现MoS 2/CdS可见光催化分解乳酸制氢的活性比Pt/CdS还要高，原因是MoS 2和CdS 催化剂之间能很好地形成异质结，有利于电子传输。另外，李灿研究小组[32]还采用水热方法制备了一系列S 和Zn 共掺杂的In(OH)3催化剂In(OH)y S z : Zn，该系列催化剂在可见光区有较强的吸收，并且随着S 含量的增加或Zn 含量的减少其吸收带边逐渐红移。在可见光照射下，该系列催化剂具有较高

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