半导体光催化电解水制氢的研究与测试_刘建伟

半导体光催化电解水制氢的研究与测试_刘建伟

农业与技术第32卷第6期2012年6月

半导体光催化电解水制氢的研究与测试

刘建伟，沈

摘

啸，冯震，徐玉强，林世阳

长春130123）

（吉林科技职业技术学院，吉林

要：氢能源的清洁、高效、无污染、便于输运和可再生等的特点，是最理想的能源载体。如何高效的提取和存储氢这对缓解未来能源危机有着重要意义。

本文主要对氢的收集进行探究，目的旨在了解最有效制氢的方法和提高制氢效率的途径。采用理论分析和实验的方式，利用光解水原理，借助Perfectlight光解水系统，为了比较半导体光解水制氢催化材料的性能与效果，分别以钽酸盐、铌酸盐、钛酸盐3种催化材料进行测试，并且对提高光催化性能的途径进行了研究，如光催化剂纳米化，离子掺杂，半导体复合，染料光敏化，贵金属沉积等几种方式的分析与尝试［1］。对该制氢系统进行了多组制氢性能的测试，结果表明：该技术具有光氢转换效率高、节省常规能源、保护环境和便于氢氧分离等优点，一旦发展成熟并投入使用将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益，并可能使能源的使用出现革命性变革。关键词：半导体光催化；太阳能；电解水；氢气中图分类号：TQ116.21

文献标识码：A

1引言

针对以往制氢的转换效率较低，造价昂贵，常规耗能高等缺点，太阳能光解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破，并且逐步走向实用化，最终选择太阳能光解水制氢。其主要途径有光

［2］

电化学法、均相光助络合法和半导体光催化法。经过理论分析，本实验选择半导体光催化太阳能电解水制氢技术，其是将太阳能电解水制氢技术与半导体光催化太阳能光解水制氢技术相结合的一种复合光电分解水制氢技术。借助Perfectlight光解水系统，主要针对半导体光催化太阳能电解水制氢技术中起到重要催化作用的催化材料及提高催化效率的途径进行了研究与分析，借此为进一步更深入的探索光解水制氢技术奠定了良好的基础。

2

光解水制氢的原理

图1

光解水制氢的原理

用真空系统，在常压下进行光照实验，产生的氢气利用气体搅拌器在系统中搅拌均匀，可以在线取样进入气相色谱进行检测，保证了样品取出到检测过程的真空性和一致性，减少测试数据的误差，保证微量氢气在光解水系统也称光解水制氢系统或光解水产氢系统，是利用真空系统，在常压下进行光照实验，产生的氢气利用气体搅拌器在系统中搅拌均匀，可以在线取样进入气相色谱进行检测，保证了样品取出到检测过程的真空性和一致性，减少测试数据的误差，保证微量氢气在线监测的准确性。与传统光催化水制氢实验方式相比，perfectlight光解水系统占地面积小，真空进样，操作便捷，系统兼容性强等特点

［3］

光催化反应可以分为两类“降低能垒”和“升高能垒”

反应。光催化氧化降解有机物属于降低能垒反应，此类反应的△G＜0，反应过程不可逆，这类反应中在光催化剂的作用下引发生成O2－、HO2、OH·、和H+等活性基团。水分解生成H2和O2则是高能垒反应，该类反应的△G＞0（△G=237kJ/mol），此类反应将光能转化为化学能，如图1。

3

Perfectlight光解水系统

。如图2所示。

光解水系统也称光解水制氢系统或光解水产氢系统，是利

图2光解水系统

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