上海比朗浅谈光解水制氢系统。

　　现代社会，能源危机日益明显，这一方面是由于人们对能源的利用率不高，而另一方面是没有找到很好的新能源。在石油，煤，等传统能源日益减少，且造成大量污染时，我想，氢气必定是未来人类社会可持续发展的理想能源。

　　太阳能是zui干净而又取之不尽的自然能源。而光合作用是绿色植物和藻类在可见光作用下将二氧化碳和水转化为碳水化合物的过程，人类赖以生存的能源和材料实际上都直接和间接地来自光合作用。由于石油短缺引起的能源危机，人们对光合作用及光解水制氢产生了兴趣，目前看来，太阳能光解水制氢将是从根本上解决能源短缺问题的的途径。

　　经过收集资料，我们了解到，太阳能光催化制氢技术的原理如下：

　　在标准状态下把1mol水(18克)分解成氢气和氧气需要约285kJ的能量，太阳能辐射的波长范围是200~2600nm，对应的光子能量范围是 400~45kJ/mol。但是水对于可见光至紫外线是透明的，并不能直接吸收太阳光能。因此，想用光裂解水就必须使用光催化材料，科学家们往水中加入一些半导体光催化材料，通过这些物质吸收太阳光能并有效地传给水分子，使水发生光解。以二氧化碳钛半导体光催化材料为例，当太阳光照射二氧化化钛时，其价带上的电子(e-)就会受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴(h+),形成了电子空穴对。产生的电子(e-)、空穴(h+)在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离生成氢气和氧气。

　　从太阳能利用角度看，光解水制氢过程主要是利用太阳能而不是它的热能，也就是说，光解水过程中首先应考虑尽可能的利用阳光辐射中的紫外光和可见光部分，那么，太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。

　　一.光电化学池：即通过太阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。

　　二.助络合催化：即人工模拟光合作用分解水的过程。

　　三.半导体催化：即将Tio2或cds等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。

　　在这里，我们着重研究了一，三点。

　　光电化学池——光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子。空穴对。光阳极和对极(阴极)组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体导带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气。光电化学池法的优点是放氢放氧可以在不同的电极上进行，减少了电荷在空间的复合几率。其缺点是必须加偏压，从而多消耗能量。

　　半导体催化——半导体光催化在原理上类似于光电化学池，细小的光半导体颗粒可以被看作是一个个微电极悬浮在水中，它们象光阳极一样在起作用。所不同的是它们之间没有象光电化学池那样被隔开，甚至对极也被设想是在同一粒子上。在半导体微粒上可以担载铂，有人把铂作为阴极来看待，但从铂的作用机制上看更象是催化剂。因为在没有“外电路”只有水作为电解质的情况下，光激发所产生的电子无法象在体系外的导体中一样有序地从“光阳极”流向“阴极”，铂的主要功能是聚集和传递电子促进光还原水放氢反应。和光电化学池比较，半导体光催化分解水放氢的反应体系大大简化，但通过光激发在同一个半导体微粒上产生的电子空穴对极易复合。这样不但降低了光电转换效率，而且也影响光解水同时放氢放氧。但实验证明即使在同时有铂存在下也只能加速光解水总包反应的进行，而无助于在光解水产氢中同时放氧。通过向反应体系中注入气相氧进一步证实，在光照下氧气会大量被半导体微粒 吸收而使半导体材料氧化。尽管半导体光催化循环分解水同时放氢放氧未能实现，象络合催化光解水一样必须在反应体系中加入电子给体或受体分别放氢放氧，但半导体光催化的发展却为光催化研究打开了若干新的领域。如大气和水中污染物的消除以及光氧化合成含氧化合物等。这些新型光催化反应的发现，都是基于对光催化分解水认识的深化和受光催化分解水的启发。

　　水和阳光可称是取之不尽的物质。从水中获得的氢作为能源使用后又回到了水的形态，是一种*的可持续开发和利用。考虑到近几年太阳能光解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破，有可能在未来的二三十年内就走向实用化，使太阳能光解水制氢产业化成为现实。该技术的应用将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益，并带给人类使用能源的革命性变革。

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