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光解水制氫甲醇的作用-放心解決
發布時間：2022-11-04 瀏覽量：5986
摘要：常見的犧牲劑有甲醇、三乙醇胺、乳酸、亞硫酸鈉，犧牲劑作為電子給體通過消耗價帶空穴，來避免電子和空穴的結合[1]。本文從光解水產氫的幾種犧牲劑體系為出發點，綜述了犧牲劑體系的研究進展，并且對其進行了展望。
關鍵詞：光解水產氫、犧牲劑、甲醇、三乙醇胺、亞硫酸鈉
氫能是一種新能源，它的燃燒熱值高且清潔無污染，利用太陽能分解水制氫被認為是一種新興的研究方向。而在光解水產氫實驗中，除了助催化劑的選用，犧牲劑的使用也具有重要意義。
犧牲劑是在化學反應過程中會被消耗掉的，能提高反應效率的物質。在光解水產氫實驗中，犧牲劑的存在能夠防止電子和空穴的結合。
1光解水產氫中犧牲劑體系發揮作用的原理
犧牲劑作為給電子體，可以消耗光生空穴，并留下電子與水反應產生氫氣，犧牲劑的氧化電位比H2O高，增加了氧化半反應的驅動力，從而降低了光生電子的復合，此外部分助催化劑可以有效地抑制光催化劑的光腐蝕，特別是金屬硫化物的光腐蝕[1]。
2甲醇犧牲劑體系
甲醇等醇類可以使電子還原氫離子吸附水分子，從而達到提高催化效率的作用。
2.1甲醇為犧牲劑對Ni(OH)2修飾CdS的光催化產氫活性的影響
光生空穴被甲醇消耗，光生電子和空穴在甲醇的作用下難以結合，以此提高催化劑的光催化活性。當沒有犧牲劑時，Ni(OH)2和CdS摩爾比為1：2時，光催化產氫速率最高是2395μmol/h,而在有甲醇作為犧牲劑時，其他條件相同的情況下，光催化產氫活性是5896μmol/h[7]，光催化氫的活性有了極大提高，由此可看出甲醇是一種優秀的犧牲劑。
2.2甲醇對CuO/TiO2光催化劑的產氫活性的影響
李福穎等人進行了多種一元醇犧牲劑對于光產氫活性影響的實驗，該實驗中催化劑是50 mg Pt/TiO2，選取的犧牲劑分別是5 m L乙醇、丙三醇、正丙醇、正丁醇、甲醇、乙二醇，或 5 mg 丁四醇[6]，分別比較相同時間的產氫量得知，產氫活性順序由高到低是甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇，產氫活性的順序正是和碳鏈由長到短的順序一致，得到了產氫活性的差異可能是由于一元醇的溶劑極性差異所致的結論，碳鏈越短極性越強，越容易吸附到催化劑表面，促進醇分子與催化劑表面的羥基自由基相結合以提高催化效果。也說明吸附效果直接決定了光化學反應的程度。甲醇可以使電子能夠更有效地還原氫離子或者吸附存在于催化劑表面的水分子，和其他醇類犧牲劑相比，它對催化劑的產氫效率提升最多，有了犧牲劑的存在，光產生的電子和空穴復合率降低，使得水分解這個可逆反應正向進行，有利于正反應。
醇類催化劑中氫源作為光生電子－空穴復合抑制劑[9]， 氫源被氧化，生成了羥基自由基，連續不斷的羥基自由基抑制光生電子與空穴復合，提高了催化劑的催化效果，同時醇類被氧化后可以提供額外的電子，催化劑表面的量子產率提高，光解水產氫效率提高。
3乳酸犧牲劑體系
乳酸含有碳氧雙鍵，它有與甲醇類似的作用。
3.1乳酸為犧牲劑對Ni(OH)2修飾CdS的光催化產氫活性的影響
乳酸作為該實驗的犧牲劑時，易與Ni(OH)2進行反應，Ni(OH)2分解后會以鎳離子的形式在溶液中存在，之后鎳離子會與光生電子發生反應，它被還原成單質鎳，有利于光生電子和空穴分離與轉移，提高催化劑的光催化活性。
3.2乳酸為犧牲劑對MoS2/CdS光催化產氫活性的影響
乳酸與光生空穴進行反應時生成CO2和H2O。然而，當乳酸和葡萄糖同時作為犧牲劑時，CdS 價帶中的空穴與 OH-反應生成 OH+,OH+會快速和葡萄糖反應形成甲酸，最終轉化成二氧化碳和H+，這樣一來提高了產氫效率。葡萄糖和乳酸共同作用時，效果明顯好于單單以乳酸作為犧牲劑，葡萄糖反應產生了眾多的H+并進行析氫反應，同時光生空穴被消耗[2]。而且由于葡萄糖來源多種多樣，是眾多化學反應的底物，乳酸和葡萄糖協同作用一定程度上對生物體實現綠色光解水提供了可能性。