文 献 综 述

太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源。随着能源危机和环境危机的日益加深，太阳能电池及太阳能电池材料、光催化分解水制氢及制氢材料、光催化降解有机污染物及光催化材料等研究领域，都已成为全球的热点研究领域。各国纷纷投入大量的人力和物力进行太阳能电池、光催化降解和光催化分解水制氢的研究。

对于把太阳能转化为清洁、可再生的氢能而言，利用半导体光催化分解水是一个有效的方法。因为太阳光和水资源丰富且可再生，用水分解法将太阳能转化为化学能是一种解决全球能源和环境挑战的极具吸引力的方法。在过去几十年许多人致力于寻找高效光催化剂，利用太阳能将水分解为氢气和氧气。迄今为止，因为用于还原和氧化水的半导体材料且具有合适的氧化还原电位和能带间隙的并不易得，只有有限的半导体光催化剂被报道出来可以用于全面水分解^[1]。因此，对于应用太阳能产氢，发展稳定、高效的可见光催化剂是关键，也是一个挑战。

1. 半导体可见光催化剂

对于半导体光催化剂的研制，必须控制它的能带结构。最新的研究进展表明，研制可见光光催化剂主要有3 种能带设计方法：1)通过掺杂过渡金属元素，在半导体禁带中形成离散的掺杂能级；2)利用非氧元素形成新的连续价带，提高价带电位；3)制备固溶体来控制能带结构；另外，还有半导体复合型光催化剂、Z 型光催化反应体系及其他新型可见光催化剂。以下分别从这几方面出发介绍近五年来可见光催化分解水制氢领域的研究进展。

1.1 离子掺杂型光催化剂

选择适当的过渡金属离子掺杂在半导体中，可以在半导体能带结构的价带与导带之间形成一个杂质能级。杂质能级为光生电子提供了一个跳板，从而可以利用能量较低的可见光激发电子，由价带分两步传输到导带，从而激发半导体的光吸收边移向可见光区。离子掺杂的光催化剂有它掺杂型和自掺杂型两类。它掺杂型典型的例子是La 和Cr 共掺杂的SrTiO₃^[2]。在强碱性甲醇水溶液中，由La 和Cr 共掺杂的SrTiO₃ 在可见光(λgt;420 nm)下有很高的产氢活性，在波长425#177;12 nm 处的表观量子效率高达25.6 %；Cr³ 形成的施主能级位于半导体禁带中，从而使光催化剂具有可见光响应。最近，Zuo等^[3]合成了自掺杂Ti³ 的TiO₂，Ti³ 把TiO₂的吸收光谱从紫外光拓展到可见光区域，这种光催化剂具有很高的可见光产氢活性，产氢速率为50 μmol/g#183;h，并可重复使用且其光催化活性不会明显下降。