文 献 综 述

1.前言

由于传统能源资源日趋紧张，且污染严重，导致能源问题成为阻碍人类发展的第一大难题，毋庸置疑，开发新能源成了人类发展的当务之急。新能源包括核能、太阳能、地热能、潮汐能、风能、氢能等等，在这些新能源当中，就目前科技而言，最容易获得，最容易控制，生产最稳定，获取最安全的当属氢能。氢能作为一种二次能源，其特点是燃烧热值高，产生能量大；燃烧后产物是水，清洁无污染；来源丰富，可以用水制得，通过水循环可开发循环制备，具有广泛应用前景。氢能制备方法目前有电解水制氢、光解水制氢、重油及天然气制氢等，在这之中，毫无疑问光解水制氢是最佳方案。太阳能也是一种清洁能源，取之不尽用之不竭，高能量且无污染，将此二者新能源结合起来，无疑会是解决能源问题和环保问题的一大成功之举。

光催化制氢最重要的一点就是找到高效的催化剂，历史上人们发现贵金属几乎都对析氢反应具有良好的催化性能，其中以铂为首。但贵金属都是稀有金属，储量稀少而且价格昂贵，这限制了它们作为催化剂的发展。寻找非贵金属作催化剂成了新的研究方向。在这之后，研究人员发现过渡元素碳化物因为有与Pt类似的能带结构，而具有优良的催化性能，称之为类铂催化剂。而在这些过渡元素之中，碳化钼因为储量高，成本低，催化性能好而极具研究价值。

2.光催化机理

光催化现象最早是于1967年被东京大学的博士生Fujishima和他的导师Honda^[1]共同发现，他们发现TiO₂电极表面的水分子在紫外光照射下被水解成氢和氧，这一现象后被称为Honda-Fujishima Effect。

当能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射该半导体时，价带电子被激发而跃迁成为光生电子，同时在原位置产生空穴，光生电子具有较强的还原性，而光生空穴具有较强的氧化性。空穴容易被半导体表面的H₂O和OH^#8212;捕获发生氧化反应生成羟基自由基#8226;OH，#8226;OH具有强氧化性，可以与大多数有机污染物发生快速的链式反应，几乎无选择性地降解污染物为CO₂、H₂O或矿物盐。电子通常被O₂捕获，最终生成O₂和OH^#8212;[2]。

3.碳化钼的结构与性质

碳化钼是一种渗碳体，碳原子间隙式地进入金属钼的晶格中形成一种非计量间隙化合物^[3]。碳原子进入钼的间隙中，使得钼的晶格被撑大，金属钼的d轨道和碳的s与p轨道发生杂化使得d带变宽，从而与Pt的d带结构近似^[4-6]，而具有优异的催化性能。碳化钼作为催化剂，主要应用于氢解反应^[7]、加氢脱硫和加氢脱氮反应^[8,9]、异构化反应^[10]、烃类转化与合成反应、氨合成反应。

虽然碳化钼催化性能优越，但它比表面积小，单一的碳化钼催化性能不及Pt，这限制了它作为催化剂的应用。我们可以将其与高比表面积的材料通过复合效应制成复合材料来充分发挥并提高它的催化性能^[11]。此外，研究人员经过大量的理论计算和实际研究后，发现Mo₂C的析氢活性位主要集中于(101)晶面，因此可以通过将其制成纳米材料，调节其晶面使更多的活性点暴露出来，以此提高析氢催化性能^[12]。