新型二维碳材料——石墨烯在光催化分解水制氢中的研究进展.pdf

第 25卷第 2期分子催化 ,
2011年 4月 JOURNALOFMOLECULARCATALYSIS(CHINA) Apr. 2011
文章编号:10013555(2011)02016614
新型二维碳材料———石墨烯在光催化分解水
制氢中的研究进展
敏世雄,吕功煊
(中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室,甘肃兰州 730000)
能源危机和日益严重的环境污染问题是目前人导体表面的迁移和减少载流子的复合几率,成为众
类生存和发展面临的严峻挑战,
竭的今天,清洁太阳能的转化、储存和利用成为当半导体光催化效率,三十多年来,在物理、化学以
,并及化工等领域进行了大量的研究工作,并取得一定
(Au,Pt,Pd
的途径之一,其中关键的科学问题是高效光催化制和 Ag)、过渡金属离子和非金属离子掺杂、形成固
、表面光敏化(窄带隙半导体和有机染料敏化)
经过多年的探索和积累,该领域的研究在近些年取等途径对半导体进行表面、体相结构修饰及其能带
,利用太阳能光催化制调节,达到将其吸收范围拓展到可见光区,并同时
氢的效率还有待进一步提高,,在负载型光催
的效率还很低,,对化材料的研究中,利用半导体纳米颗粒与载体间的
太阳能高效光催化分解水制氢中的关键科学问题进相互协同作用,也可以改善光催化剂的光吸收性能
行深入研究,开发出高效的可见光响应型光催化剂并形成激发电子的俘获陷阱以达到延长电子-空穴
和光催化反应体系,从而直接利用太阳能高效、安对寿命的目的.
全、
深远的理论意义和实用价值. 墨化的碳材料,包括石墨、碳黑、活性碳、介孔碳、
目前,利用太阳能光催化分解水制氢的研究主碳纳米管、碳纳米纤维等,广泛地用作催化剂的载
要集中在以下三方面:无机半导体光催化分解水制体[21-25].碳载体大的比表面积可以减少催化剂活
氢,光生物制氢和光敏化分解或还原水制氢[1-20]. 性组分的团聚,,研究
其中对半导体悬浮体系光催化分解水制氢研究的较还表明碳载体的结构对负载催化剂的性能有着强烈
:(1),金属催化剂可以
大,表面积大,可有效利用太阳辐射能;(2)可通选择性地负载到碳纳米管的管外也可以被填充到管
过多种方法进行修饰;(3)体系简单、易操作,成内,碳管石墨层卷曲所导致的限阈效应能够显著地
:(1)稳定的半影响负载催化剂的催化性能[26-30].除此之外,碳
导体材料如 TiO2、SrTiO3等带隙较宽,因此对光的系材料还可以直接作为催化剂催化一些多相反应,
吸收仅限于在紫外区(<400nm),而太阳光中所含例如氧化脱氢反应.
的紫外光不足 5%,这就极大地限制了对太阳能的 Ts)、富勒烯(C60)等碳系材
CdS、料电子传输特性的研究,这些材料也逐渐被引入到
CdSe等存在光腐蚀现象;(2)光激发产生的光生载光电转化和光催化体系中[31].目前,已有许多文献
流子的复合率高,,研究报道了碳纳米管、C60等与半导体(TiO2、ZnO、CdS
如何拓展半导体光谱响应范围、如何促进电子向半等)
收稿日期:20101210;修回日期:20110108.
基金项目:国家重点基础研究(973)计划项目(2007CB613305,2009CB220003).
作者简介:敏世雄,男,回族,1979年出生,博士研究生.
通讯联系人,Email:******@Lzb.;Tel:09314968178.
书
第 2期敏世雄等:新型二维碳材料———石墨烯在光催化分解水制氢中的研究进展 167
表明,由于复合材料中两者的协同作用,增强了材料担载光催化剂和构建新型的光催化反应体系,这对
光催化性能,从而表现出优于单一半导体材料的光深入理解、研究其他碳材料在光催化体系中的作用
,碳材料,尤其具有重要意义.
是碳纳米管的引入对改善复合材料光催化性能的原本文讨论了石墨烯