高比表面积碳化硅在光催化分解水制氢领域大有可为

氢因具有放热效率高、清洁及可再生等特点，被视为21世纪最理想的清洁能源。通常氢气主要由化石原料，如煤、石油、天然气等制备，但在这制备过程中不仅会消耗大量的能量，而且会产生大量的二氧化碳的排放，与可持续发展理念相悖。而利用太阳能在光催化剂的条件下分解水制氢则是一种可持续的、能够缓解能源紧缺现状的一种理想方案，太阳能取之不尽、用之不竭，而且制备过程中也不会产生二氧化碳的排放。

 氢能源体系光催化分解水产氢示意图

来源：分子催化

光催化分解水的关键在于催化剂材料的选择。作为光催化剂的半导体材料，应具备能在可见光照射时发生电子从价带到导带跃迁的特性。半导体宽带越大，电子跃迁所需要的光波长越短。目前常见的半导体光催化剂是TiO2,其禁带宽度为3.2eV,只有波长小于390nm的光才能引起电子的跃迁，而可见光的波长在400~800nm的区间里，因此TiO2无法利用可见光进行催化分解水。从太阳光的利用效率看，半导体的带隙应尽可能的小，通常要小于3.0eV。同时考虑到氢质子还原形成氢气所需要的电势为0V（标准氢电极，NHE），而水分子氧化形成氧气所需要的电势为+1.23V，以及电极过电位和半导体能带弯曲所带来的影响，半导体催化剂的最小禁带宽度约为1.8eV。

 半导体光催化剂的全分解水原理

来源：分子催化

良好的光解水催化剂应具备以下条件：

• 合适的禁带宽度，一般在1.8~3.0eV之间
• 带边势要符合水分解的要求
• 良好的稳定性，在分解水的过程中不会发生光化学腐蚀

 

SiC具有化学性质稳定、价廉、无毒、无污染等特性，禁带宽度在2.4eV~3.3eV之间，且边势符合水分解的要求，是一种极具应用潜力的光分解水制氢催化剂材料，目前SiC光解水制氢的研究仍处于起步阶段，值得非常深入的研究。

为了解更多关于高比表面积碳化硅制备技术与应用方面的最新研究进展，“第六届国际碳材料大会暨产业展览会——碳化硅陶瓷论坛”特邀常州大学 郭向云教授与大家分享《高比表面积碳化硅: 新型绿色催化材料》。