当前化石能源枯竭和环境污染两大问题极大困扰着全球，”节能减排”成为最为关注的焦点。

现代社会发展不可或缺的基本条件就是能源，能源问题无疑是一重大战略问题。目前中国已成为世界上最大的能源消耗国，形成了煤炭，电力，石油天然气以及新能源和可再生能源全面发展的能源供应体系。中国能源发展面临诸多挑战，煤炭、石油、天然气人均拥有量较低。能源消费总量近年来增长迅速，能源供应压力增大。大力发展新能源和可再生能源，是推进能源多元清洁发展、培育战略性新兴产业的重要战略举措，也是保护生态环境、应对气候变化、实现可持续发展的迫切需要。《中国能源政策白皮书》指出将坚定不移地大力发展新能源和可再生能源，到”十二五”末，即2015年末，非化石能源消费占一次能源消费比重将达到11.4 %，非化石能源发电装机比重达到30 %[1]。

中国目前的新能源结构组成包括风水电能，核电，太阳能，氢能，生物质能及其他可再生能源。氢值的热值为28900kcal/kg,大约是汽油热值的三倍。其燃烧产物是水，对环境没有污染，所以人们把氢称作最洁净的能源。无论从产氢总量还是储氢材料的发展上来讲，中国目前在氢能源上的发展在国际上处于领先地位。

目前氢能的制取方法有以下几种，1. 电解水制氢：这是目前应用较广且比较成熟的方法之一。其工艺过程简单，无污染，但电量消耗大，因此其应用受到一定的限制。2. 化石资源制氢：以煤、石油及天然气为原料生产氢气是当今制氢最主要的方法。制得的氢气主要用作化工原料，如生产合成氨、合成甲醇等。3. 生物质制氢：生物质资源丰富，是重要的可再生能源。可通过生物质气化和微生物发酵制备氢气。4. 太阳能光解水制氢：以水为原料，通过太阳光催化分解水制取氢气的方法。零星的关于TiO2在紫外光照下的催化活性在20世纪初就有报导，但直至1972年日本科学家Fujishima 和Honda发现TiO2光电催化分解水反应后，TiO2光催化技术的系统研究才正式拉开序幕[2]。在这些方法中，其中太阳能光催化分解水制氢方式，由于利用的是丰富的太阳能和水资源且不产生二次污染，被认为是最理想的制氢途径。

对于光催化产氢技术，目前利用无机半导体材料实现光催化产氢，已被广泛研究，特别是TiO2。TiO2作为光催化剂有以下几点优势：高催化活性、高稳定性、低价易得和对人类和环境的友好性等。就TiO2而言，也存在几个关键的科学难题制约着这一技术的应用进程，首先是量子效率低，光生载流子的复合率高[3-4]；其次是可见光响应性差，TiO2光催化剂的禁带宽度为3.2 eV，仅能吸收利用太阳光中波长小于387 nm紫外光，换句话说，只有3～4%的到达地面的太阳能被利用，对太阳能的利用率极低[5]；第三是固定化困难大，难于既能将光催化剂均匀牢固地负载在其它载体上，又能保持较高的光催化活性和满足特定的性能要求，即稳定性不高[6-7]。

从光催化机理上看，产氢速率必然与光生载流子e-和h 的浓度有关，而纳米级的TiO2随着粒径的减小，表面原子迅速增加，光吸收效率随之提高，从而增加表面光生载流子的浓度。TiO2膜用于光催化产氢，当尺寸小于50nm时，会产生尺寸量子效应，即能隙增大，导带能级负移，价带能级正移，从而使导带电位更负，价带电位更正，增强了TiO2的氧化还原能力，提高光催化活性。另外固定相膜体系可以降低分离以及后续工作难度，例如，膜体系不存在颗粒易团聚的缺陷[8]。因此TiO2膜在光催化产氢领域有着很好的应用前景。

但是由于运输氢气的安全性问题，以及当前储氢材料的限制，氢气的实用性显然次于天然气的主要成分甲烷。如若能有效的将氢气转化为甲烷，就可以很好的避免氢气运输和储存的问题，拓宽氢气的应用前景。

生物质甲烷化是当前甲烷的制取方式之一，从物质转化和能量利用角度来看，目前生物甲烷过程存在着”速率低，浓度低”的难题，直接导致生物质甲烷化产业的入不敷出。

针对”速度低，浓度低”的难题，经过对生物甲烷过程的系统研究发现，生物质产氢过程有两种途径，一种是耗乙酸产甲烷菌利用乙酸产甲烷路径，该路径存在乙酸过量时，不利于甲烷菌生存的缺点；另一路径是耗氢产甲烷菌利用H2和CO2产甲烷，但是产氢产乙酸菌分解有机酸生产的氢是少量的，不足以转化所有的CO2，如果在此基础上输入额外的氢气，无疑可以提高这一路径的转化效率[9]。

使用光催化产氢技术,直接利用清洁太阳能和水资源制取氢气，来解决生物质产甲烷过程中，产氢细菌不足以转化所有CO2问题，就可以在一定程度上解决生物甲烷速度，浓度低的难题。因此，设计开发新材料，提高光催化产氢速率，获得高量子效率，解决生物甲烷化的两大难题，无疑同时具备 ”用能，产能，环保” 三重优势。