文 献 综 述

1 前言

进入21世纪，人类面临着能源和环境两个非常严峻的问题。一方面，在过去20年里全世界能源消耗增长了50%，据预测，以目前的消耗速度，即使是地球储量较丰富的煤炭资源，在未来200年内也将消耗殆尽^[1]。另一方面，以煤、石油、天然气为主的化石燃料的燃烧所释放的CO₂、SO₂等有害气体又带来了”温室效应”、酸雨等诸多环境污染问题。因此，为了实现人类的可持续发展，开发清洁的可再生能源已迫在眉睫。

氢气是一种具有高燃烧值、高效率和清洁的能源。但是目前氢能的生产还主要是依靠煤、天然气的重整来获得，这必然会加剧不可再生能源的消耗并且带来环境污染问题。因此，以水、生物质等可再生物资为原料，利用太阳能制氢则是从根本上解决能源及环境污染问题的理想途径之一。

利用太阳能制氢的可能途径包括太阳能发电与电解水制氢，太阳能高温集热分解水，重整生物质制氢，光生物制氢及光催化制氢等。其中，利用太阳能光催化分解水制氢被称为”21世纪梦的技术”，受到了国内外科学家的高度关注 。

2 不含牺牲剂的制氢体系

2.1 纯水体系

如图1所示，在光催化制氢纯水体系中，光催化剂表面能够同时产生氢气和氧气。要想实现这一目标，光催化剂就必须满足特殊的能带结构要求：同时满足导带电位较H /H₂电位更负，价带电位较O₂/H₂O电位更正。由于硫化物光催化剂的sp³轨道位置偏高，目前适用于纯水体系制氢的光催化剂主要是氧化物及少数氮（氧）化物。该体系不需要任何牺牲剂就能实现完全分解水产生

氢气和氧气，具有较低的成本，所以引起了光催化工作者的广泛重视。四十多年来，一些完全分解水光催化剂被相继开发出来，主要有TiO₂、钛酸盐、钽酸盐、铌酸盐等。最近几年，科学家又开发出了几种新的完全分解水光催化剂。

2.2 Z型光催化分解水反应体系