La摻雜鈦酸鈣光催化劑在可見光下分解水制氫的影響因素

成榮敏, 徐 虹, 單瑞平, 詹從紅

(1. 吉林大學化學學院, 長春 130012; 2.吉林大學材料科學與工程學院, 長春 130022)

氫能具有燃燒熱值較高和燃燒產物清潔、 無污染等優點, 是未來重點發展的新能源之一[1～3]. 1972年, Fujishima和Honda[4]發現利用半導體材料二氧化鈦作為光催化劑可以分解水制取氫氣. 該方法操作簡單, 制氫效率較高, 引起了廣泛關注, 也使光催化分解水制氫技術成為實現氫氣綠色高效生產的重要途徑[5,6]. 但大部分半導體光催化材料能帶較寬, 只能吸收紫外光(在太陽光譜中不到5%), 不能吸收可見光(在太陽光譜中占到49%左右)[7]. 因此, 制備低成本、 在可見光下具有高效光催化活性的光催化材料是解決光催化分解水制氫技術實用化的重要環節. 如TiO2晶體進行染料敏化處理后能在可見光下完成光催化. 近些年來, 鈣鈦礦型光催化劑以其獨特的結構(ABO3)在光催化領域表現出比半導體材料更優秀的性能[8,9], 其制備方法簡單易行, 成本較低, 無需繼續處理即可應用于可見光條件下的光分解水制氫, 因此在光催化分解水領域有著廣闊的應用前景. 根據鈣鈦礦ABO3結構, 當用其它金屬離子部分取代A位或B位離子后, 可以形成陰離子缺陷、 陽離子缺陷, 從而使鈣鈦礦型光催化劑在不改變晶體結構的情況下提高光催化性能[10,11]. 光催化分解水制氫過程還與鈣鈦礦型光催化劑價帶上發生的氧化半反應和導帶上的還原半反應過程有關, 在這兩個半反應過程中產生的光生電子-空穴……