在新能源領(lǐng)域中，氫能已普遍被認(rèn)為是一種最理想的新世紀(jì)無污染的綠色能源，這是因為氫燃燒，水是它的唯一產(chǎn)物。氫是自然界中最豐富的元素，它廣泛地存在于水、礦物燃料和各類碳水化合物中。
然而，傳統(tǒng)的制氫方法，需要消耗巨大的常規(guī)能源，使氫能身價太高，大大限制了氫能的推廣應(yīng)用。于是科學(xué)家們很快想到利用取之不盡、廉價的太陽能作為氫能形成過程中的一次能源，使氫能開發(fā)展現(xiàn)出更加廣闊的前景�？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了以光催化材料為“媒介”，能利用太陽能把水裂解為燃料電池所必需的氧和氫，科學(xué)家稱這種僅用陽光和水生產(chǎn)出氫和氧的技術(shù)為“人類的理想技術(shù)之一”。
太陽能光催化制氫技術(shù)的原理
我們知道，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下把1mol水（18克）分解成氫氣和氧氣需要約285kJ的能量，太陽能輻射的波長范圍是200~2600nm，對應(yīng)的光子能量范圍是400~45kJ/mol。但是水對于可見光至紫外線是透明的，并不能直接吸收太陽光能。因此，想用光裂解水就必須使用光催化材料，科學(xué)家們往水中加入一些半導(dǎo)體光催化材料，通過這些物質(zhì)吸收太陽光能并有效地傳給水分子，使水發(fā)生光解。以二氧化碳鈦半導(dǎo)體光催化材料為例，當(dāng)太陽光照射二氧化化鈦時，其價帶上的電子（e-）就會受激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴（h＋）,形成了電子空穴對。產(chǎn)生的電子（e-）、空穴(h＋)在內(nèi)部電場作用下分離并遷移到粒子表面。水在這種電子-空穴對的作用下發(fā)生電離生成氫氣和氧氣。
太陽能光催化制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀
技術(shù)研究的關(guān)鍵主要集成電路中在光催化材料的研究方面，光催化材料要滿足以下幾個條件：（1）光催化材料裂解水效率較高；（3）光催化材料最好要可能利用太陽所有波段中的能量。光裂解水制氫以半導(dǎo)體為催化材料，一般為金屬氧化物和金屬硫化物，然而，目前研究者一般均選用二氧化鈦作為光催化氧化的穩(wěn)定性好，但是由于二氧化鈦無臭、無毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，但是由于二氧化鈦的禁帶寬度較寬，只能利用太陽光中的紫外光部分，而紫外光只占太陽光總能量的4％，如何減低光催化材料的禁帶寬度，使之能利用太陽光中可見光部分（占太陽能總能量的43％），是太陽能裂解水制氫技術(shù)的關(guān)鍵。 |
