摘 要

光催化分解水制氢技术是应对环境污染和能源紧缺问题有效方法之一。助催化剂在很大程度上影响光催化剂的光催化效率，本论文从光催化分解水制氢原理入手，将对金属助剂与活性位点共修饰增强光催化剂的制氢性能展开研究。

通过查阅资料，简要介绍金属助剂和活性位点的协同作用，总结近年来为增强光催化剂制氢性能而研发的金属助剂的种类与内容，对几类重要的金属助剂讨论其特点和作用机理，最后总结各种表征手段。

大量文献表明金属助剂和活性位点共修饰能够有效提高光催化剂的制氢性能，相比与单一助剂，二者协同修饰其制氢性能得到很好改善。

文章最后对金属助剂的发展进行展望，以期为新型高效光催化剂的设计提供参考。

关键词：光催化剂，金属助剂，活性位点，光催化制氢，表征方法

Abstract

Photocatalytic water decomposition to produce hydrogen is one of the effective methods to deal with environmental pollution and energy shortage. The cocatalyst greatly affects the photocatalytic efficiency of photocatalyst. In this paper, starting from the principle of photocatalytic hydrogen production by water decomposition, the hydrogen production performance of photocatalyst was studied by the co-modification of metal additives and active sites.

By consulting the data, the synergistic effects of metal assistants and active sites are briefly introduced, the types and contents of metal assistants developed in recent years to enhance the hydrogen production performance of photocatalysts are summarized, the characteristics and mechanism of several important metal assistants are discussed, and finally various characterization methods are summarized.

A large number of literatures have shown that the co-modification of metal cocatalyst and active sites can effectively improve the hydrogen production performance of photocatalyst. Compared with the single auxilators, the co-modification of metal auxilators and active sites can significantly improve the hydrogen production performance of photocatalyst.

Finally, the development of metal auxiliaries is prospected in order to provide reference for the design of new and efficient photocatalysts.

Keywords: photocatalyst; metal cocatalyst; active site; photocatalytic hydrogen production; characterization method

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪 论 1

1.1 光催化制氢研究概述 1

1.1.1 光催化制氢研究背景 1

1.1.2 光催化制氢技术的反应机理 1

1.1.3 光催化材料研究现状 2

1.2 光催化材料性能的增强方法 3

1.2.1 半导体耦合 3

1.2.2 元素掺杂 4

1.2.3 形貌调控 4

1.2.4 助剂修饰 5

1.3 本论文研究内容与意义 6

第2 章 金属助剂与活性位点共修饰 7

2.1 助剂修饰研究现状 7

2.1.1 空穴助剂 7

2.1.2 电子助剂 7

2.2 金属助剂 8

2.2.1 贵金属助剂 8

2.2.1.1 Pt电子助剂 8

2.2.1.2 Au电子助剂 9

2.2.1.2 Ag电子助剂 9

2.2.2 过渡金属助剂 10

2.2.3 双组分催化剂 10

2.3 金属助剂和界面催化活性位点协同修饰 10

第3章 光催化材料表征方法总结 12

3.1晶体结构与表面形貌的表征方法 12

3.1.1 XRD 12

3.1.2 SEM 12

3.1.3 TEM 13

3.2 光谱和能谱类的表征方法 13

3.2.1 XPS 13

3.2.2 UV-Vis 14

3.3 光催化性能的表征方法 15

3.3.1 光催化制氢实验 15

3.3.2 电化学表征 15

第4章 结论与展望 16

4.1结论 16

4.2展望 16

致 谢 17

参考文献 18

第1章 绪 论

1.1 光催化制氢研究概述

1.1.1光催化制氢研究背景

能源是人类赖以生存的根本，人类活动的方方面面都离不开能源，但随着人类社会的不断发展,人类对能源的开采力度逐渐变大，当今世界正面临严峻的能源危机，能源与环境平衡的问题也越来越严重。一方面，社会经济的迅猛发展，大大消耗了全球能源，各种能源资源日渐枯竭,现有能源产量不能满足日益增长的能源需求。另一方面，传统能源（如煤、石油、天然气等）在生产和消费过程中会生成大量有毒有害气体和烟尘，严重污染环境，危害人类的生存和发展。因此，在能源危机和环境污染的双重压力下，开发新型能源成了各国科学家研究的首要任务^[1]。

在各种新能源当中，氢气能源是一种可以有效缓解常规能源危机的新型二次能源，氢能因其具有储量大、高燃烧值、高效率、极致清洁、来源广泛等优点，被科研工作者广泛研究，有望成为21世纪应用最广的能源^{[2, 3]}。但自然界存在的氢气很少，主要通过催化裂解转化法、微生物产氢法、煤炭气化法、光电催化法等^[4]，但通过这些方法制得氢气会对环境造成很大污染，或者需要投入大量人力物力。因而开发新型制氢技术成为研究重点，在制备氢气的各类技术中，反应条件温和、能耗低、操作简便的半导体光催化制氢技术研究最广，是一项具有巨大应用潜力的新型制氢技术^[5-7]。因此，光催化分解水制氢的方法在众多获取氢能的途径中是较为理想的方法。

1.1.2 光催化制氢技术的反应机理