早在 1972 年，Fujishima 和 Honda 等就开始从事光催化剂方面的研究，提出 在紫外光照射下，TiO2 电极可以分解水产生氧气和氢气[1]。自此，世界上就掀起 了对光催化剂研究的热潮。到 1976 年时，半导体材料被应用于研制光催化剂， 半导体催化剂的序幕自此打开。但是目前我们所研究的半导体催化剂却都还存在 着各自的缺点。TiO2 价格十分低廉，并且它的氧化性能比较强，在光催化产氢过 程中十分稳定，但其存在着一个比较严重的问题，就是它只有在紫外光的照射下 才有比较好的催化产氢效果，但是紫外光只占了太阳光的 4%左右。换句话说， 就是如果使用自然光源的话，太阳光照强度到不到效果，而如果换用人造光源的 话，这就会消耗大量电能，所以这就限制了 TiO2 半导体光催化剂的大规模应用[2]。 目前被比较广泛研究的过渡金属硫化物 CdS 因为拥有合适的禁带宽度而被视为 典型的可见光催化剂。CdS 具有比较窄的禁带，它的量子效率高。但是它也存在 比较大的缺点，它的光生载流子分离效率比较低，而且容易被光腐蚀。这就制约 了它的推广[3]。所以，设计制备出高效稳定能大规模推广应用的光催化剂就显得

尤为重要。

1。2 半导体光催化剂光解水产氢机理简介

如图所示，光催化剂在可见光或者在紫外光照射下，吸收其能量，光催化剂 价带中的电子就会被激发到导带中去，这样的话，导带中就会产生空穴，形成电 子-空穴对(e--h+)。激发长生出来的 e-和 h+就会分离并且迁移到光催化剂表面。这 样的话，e- 和 h+就会分别发生氧化和还原反应从而就会产生 H2 和 O2。[4]一般来 说，在半导体水悬浮液中，OH-、H2O 分子和有机物本身本身都可以被当做光之 空穴的捕获剂。光致电子的捕获剂一般为吸附在半导体表面的氧，氧有抑制电子 与空穴复合的作用，同时它也充当着氧化剂，能够把已经羟基化的中间产物氧化， 这样的话就提供了大量羟基，大量研究表明，羟基自由是光催化反应的主要物质。 催化剂的效率高低由导带与价带之间的氧化还原电位决定[5]。

图 1。1 光催化产氢机理图

1。3 提高光催化产氢效率方法

由半导体光催化催化反应的基本原理。我们可以知道，半导体催化材料与材 料空穴和电子有着紧密的联系。所以我们就要进一步的使空穴和光生电子分离， 我们常用催化剂纳米化和半导体复合等方法。

1。3。1 光催化剂的纳米化

光催化剂的粒径大小能够很大意义上的决定催化剂的活性，如果是纳米材料 的话，同样体积的光催化剂，它的比表面积就会大大增加。有一个较大的比表面 积之后，催化剂所能提供的反应场所就会变大，相同时间内就会有更多的水分子

分解，这样的话就提高了光催化产氢的效率。同时，比较小的催化剂粒径会由于 尺寸效应使得催化剂能系变宽，价带电位更正，导带电位更负，这样一来，电子

-空穴对就会更加活跃，更容易发生催化产氢反应。这并不意味这催化剂颗粒越 小越好，比表面积过大时，光生载流子的复合率随之增加，从而导致光催化活性 降低，所以我们要把粒径控制在一个比较合适的范围内。

1。3。2 半导体光催化剂的复合

我们通过复合催化剂也可以提高光催化产氢效率，大大提升光催化剂的性能。 原因在于两种或者两种以上的半导体光催化剂复合之后，会产生相互的作用，产 生纳米质异结构，这样的结构对催化剂的物化性能都会产生影响。比如说，在二 元复合体系中，一个带隙比较宽的半导体复合一个带隙比较窄而且导带电位更负 的半导体时，这样的话，受激发产生的光生电子就会转移到导带比较宽的催化剂 上，从而有效避免了光生载流子的再复合，对持续光催化产氢有重大意义。有研 究证明 CdS/SnO2 通过复合之后，可以实现在可见光下面催化产氢，这样就拓宽 了 CdS 的适应范围。同样很多研究都已经表明，TiO2/CdS 等通过复合之后，光 催化效果都有显著的提升[6]。论文网