文 献 综 述

1. 半导体光催化概述

1.1 光催化研究背景

随着经济与社会的发展，煤炭、石油、天然气等化学能源日益枯竭，同时自然生态环境也日趋恶化。现在，能源和环境问题已经成为全人类共同关注和急需解决的重要问题。因此，寻找高效、洁净、可再生的新能源，已经成为全球科研工作者的共同目标。风能、核能、地热能和太阳能等新能源逐渐走进科学家的视野，他们已经在这些方面做了很多有意义的研究工作。其中，太阳能因其无臭无毒、存储方便、燃烧值大、清洁无污染等诸多优点而备受关注。利用太阳能光催化分解水制氧，是解决能源与环境问题的一种有效途径。

1972年，A.Fujishima和K.Honda^[1]在n型半导体TiO₂电极上发现了水的光电催化分解作用，提供了被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术。以此为契机，开始了多相催化研究的新纪元。经过几十年的发展，光催化在基础理论研究与应用研究方面都取得了重大进展并且逐渐形成了太阳能转化光催化和环境光催化两大分支。

光催化剂是光催化过程的关键，而它的活性和稳定性又是光催化技术能否应用的一个重要因素。当前，研究的光催化剂主要分为两类：可见光激发的光催化剂和紫外光激发的光催化剂。可见光在太阳光谱中所占比例为大约43%，为了能充分地利用太阳能，研究具有可见光活性的催化剂具有非常重大的意义。目前，研究较多的可见光催化剂包括：硫化物（CdS)、离子掺杂的半导体（如Fe³ /TiO₂)、复合半导体（如TiO_2/CdS)、染料敏化半导体（Eosin Y-TiO₂)及新型可见光响应光催化剂（如H₄Nb₆O₁₇/Cd_1-xZn_xS层状化合物）。紫外光激发的光催化剂包括：金属氧化物（如TiO₂)和金属硫化物（如ZnS)。

对于金属硫化物，研究最多的是CdS、ZnS及其固溶体。CdS具有合适的禁带宽度（Eg=2.42eV)和带边位置（其导带电位比氢电极电位E_{H /H2}负，而价带电位则比氧电极电位E_O2/H2O正），能够被可见光激发而进行光催化分解水或降解水体中的有机污染物，具有很高的可见光活性，被广泛地应用于光催化领域。然而，CdS中的S^2-易被光生空穴氧化而发生光腐烛，同时，Cd² 被释放到溶液中而引起环境的污染，这大大限制了它的应用。为了充分发挥它的优势，科研工作者们做了很多改进。曹营^[2]等设计了 CdSP/Al-MCM-41负载型光催化剂，以Na₂S和Na₂SO₃为反应介质，CdS/M41光催化产氢速率可达43.96mmol/g#183;hcat.(CdS)，是纯CdS光催化剂的9.85倍。

鉴于光催化在环境保护、洁净能源（太阳能转化为氢能)、国防军事、医疗卫生、建筑材料、汽车工业、家电行业、纺织工业等众多领域具有广阔应用前景和重大社会经济效益，受到科学界、政府部门和企业界的高度重视，投入了大量的资金和研究力量开展催化基础理论、应用技术开发及工程化研究，使得光催化成为近年来国内外最活跃的研究领域之一。

1.2 影响光催化剂的因素