在新能源領(lǐng)域中，氫能已普遍被認(rèn)為是一種最理想的新世紀(jì)無污染的綠色能源，這是因?yàn)闅淙紵�，水是它的唯一產(chǎn)物。氫是自然界中最豐富的元素，它廣泛地存在于水、礦物燃料和各類碳水化合物中。
然而，傳統(tǒng)的制氫方法，需要消耗巨大的常規(guī)能源，使氫能身價(jià)太高，大大限制了氫能的推廣應(yīng)用。于是科學(xué)家們很快想到利用取之不盡、廉價(jià)的太陽能作為氫能形成過程中的一次能源，使氫能開發(fā)展現(xiàn)出更加廣闊的前景。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了以光催化材料為“媒介”，能利用太陽能把水裂解為燃料電池所必需的氧和氫，科學(xué)家稱這種僅用陽光和水生產(chǎn)出氫和氧的技術(shù)為“人類的理想技術(shù)之一”。
太陽能光催化制氫技術(shù)的原理
我們知道，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下把1mol水（18克）分解成氫氣和氧氣需要約285kJ的能量，太陽能輻射的波長范圍是200~2600nm，對(duì)應(yīng)的光子能量范圍是400~45kJ/mol。但是水對(duì)于可見光至紫外線是透明的，并不能直接吸收太陽光能。因此，想用光裂解水就必須使用光催化材料，科學(xué)家們往水中加入一些半導(dǎo)體光催化材料，通過這些物質(zhì)吸收太陽光能并有效地傳給水分子，使水發(fā)生光解。以二氧化碳鈦半導(dǎo)體光催化材料為例，當(dāng)太陽光照射二氧化化鈦時(shí)，其價(jià)帶上的電子（e-）就會(huì)受激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴（h＋）,形成了電子空穴對(duì)。產(chǎn)生的電子（e-）、空穴(h＋)在內(nèi)部電場作用下分離并遷移到粒子表面。水在這種電子-空穴對(duì)的作用下發(fā)生電離生成氫氣和氧氣。
太陽能光催化制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀
技術(shù)研究的關(guān)鍵主要集成電路中在光催化材料的研究方面，光催化材料要滿足以下幾個(gè)條件：（1）光催化材料裂解水效率較高；（3）光催化材料最好要可能利用太陽所有波段中的能量。光裂解水制氫以半導(dǎo)體為催化材料，一般為金屬氧化物和金屬硫化物，然而，目前研究者一般均選用二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋趸姆�(wěn)定性好，但是由于二氧化鈦無臭、無毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，但是由于二氧化鈦的禁帶寬度較寬，只能利用太陽光中的紫外光部分，而紫外光只占太陽光總能量的4％，如何減低光催化材料的禁帶寬度，使之能利用太陽光中可見光部分（占太陽能總能量的43％），是太陽能裂解水制氫技術(shù)的關(guān)鍵。
國內(nèi)研究現(xiàn)狀
國內(nèi)研究太陽能裂解水不是很多，但是近幾年來有明顯增加趨勢(shì)。最近，這項(xiàng)研究又有了新的大突破。
大連物理化學(xué)研究所李燦研究組在2003年7月《化學(xué)通訊》上報(bào)道，發(fā)現(xiàn)了一種新的光催化材料，它由銦鋅的硫化物組成，能在太陽可見光照射下裂解水，連續(xù)產(chǎn)生氫氣和氧氣，并且效率保持穩(wěn)定。
2003年9月南京大學(xué)環(huán)境材料與再生能源研究中心主任鄒志剛通過與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的合作研究，向社會(huì)公布了"可見光響應(yīng)型水全分解光催化劑"這一重大科研成果，研制出一種新型的光催化材料，它由銦鉭氧化物組成，表面有一層鎳氧化物。這種催化材料在可見光波段起作用，它的催化效率和使用壽命都高于現(xiàn)有的同類催化劑。在實(shí)驗(yàn)中，該所科學(xué)家采用陽光中波長為402nm的可見光對(duì)水進(jìn)行分解，結(jié)果氧和氫的生成率為0.66％。據(jù)介紹，如果應(yīng)用納米技術(shù)改進(jìn)催化材料的結(jié)構(gòu)特別是表面結(jié)構(gòu)，可把水的分解率提高百倍。并首次完成了在戶外太陽光下光催化分解水制氫的實(shí)驗(yàn)，這是國內(nèi)開展新型環(huán)境材料和可再生能源研究取得的重要階段性成果。
通過近幾年來押內(nèi)外的研究，開發(fā)出的光催化材料已接近實(shí)用化了。
太陽能光催化制氫技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用前景
水和陽光可稱是取之不盡的物質(zhì)。從水中獲得的氫作為能源使用后又回到了水的形態(tài)，是一種完全的可持續(xù)開發(fā)和利用。
考慮到近幾年太陽能光解水制氫技術(shù)的迅猛發(fā)展和巨大突破，有可能在未來的二三十年內(nèi)就走向?qū)嵱没�，使太陽能光解水制氫產(chǎn)業(yè)化成為現(xiàn)實(shí)。該技術(shù)的應(yīng)用將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，并帶給人類使用能源的革命性變革。
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