非贵金属光电催化材料分解水制氢研究进展

李方园，侯永江，国洁，李博，靳绍鹏

(1.河北科技大学 环境科学与工程学院，河北 石家庄 050018；2.河北科技大学 河北省分析测试研究中心，河北 石家庄 050018)

工业时代以来，能源短缺危机与环境污染问题在人类社会日益突出。由天然气等非可再生燃料制造氢气会排放污染物，这种方式不能够长期可持续发展[1]。1972年，Fujishima和Honda[2]通过光电化学池中光照TiO2光电极制得氢气，该种制氢方式绿色清洁且可以降低传统电解池所需的电压以及电解水的能耗[3-5]。半导体电极材料产生电子-空穴对的分离效率以及对太阳光的吸收效率等，都会对光电催化反应产生影响[6-8]。非贵金属催化材料成本低，储存量大，结构和形貌可控性强，但目前普遍效率较低，因此制备高性能的非贵金属催化剂是研究的重点方向。

1 光电催化分解水制氢的原理

光电催化指的是通过选择半导体光电极(或粉末)材料和(或)改变电极的表面状态(表面处理或表面修饰催化剂)来加速光电化学反应的作用。可以大致分为三个步骤：①半导体接受光照后，被激发产生电子空穴对；②电子空穴对分离，以及半导体表面会聚集分离迁移后的电子；③发生表面反应(即水的还原或者氧化)[1]。

基本原理(以TiO2半导体电极为例)是：光照射半导体表面时，若光子能量≥n-TiO2禁带宽度，价带电子会吸收能量跃迁到导带，而成为导带电子。同时，价带上会产生空穴，光生电子-空穴对在半导体表面空间电场分离后，会发生以下电极反应：

铂电……