BiOBr/TiO2光催化剂的制备及其全解水性能研究
摘要：随着工业的发展，环境问题日益严重，水资源污染和短缺问题日益突出，对水资源的保护显得尤为重要。氢能是一种高效的清洁能源,再利用其能量时不会造成环境污染,因此开展将太阳能转化成氢能的研究是十分必要的。光催化技术为降解水制氢提供了一种新思路，在半导体光催化剂上通过水裂解制氢是一种简单、经济的大规模太阳能氢合成方法。在众多的光催化材料中，TiO2因其高效节能、安全环保，稳定性好而被广泛应用，在光催化领域备受关注。但TiO2存在带隙较宽，可见光利用率低、光生电子空穴易复合等缺点，纳米TiO2光催化剂的应用受到限制。近年来，对TiO2进行改性研究成为了光催化领域的热点。本文主要对BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备、分解水制氢的工作原理以及该催化剂的研究进展进行了综述，并对今后的研究发展方向进行了展望。
关键词：TiO2； BiOBr/TiO2； 光催化； 光解水
1 引言
1.1 研究背景
当今世界面临的人口、资源与环境三大问题，都与水资源有着密切的关系，可以说水资源是各种资源中不可替代的一种重要资源，水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。虽然地球表面约有70%以上的面积为海水所覆盖，而且剩余约占地球表面30%的陆地也存在着大量的水，但能够供人类利用的淡水只占到陆地水的2.53%。由于开发困难或技术经济条件的限制，到目前为止，海水、深层地下水、冰雪固态淡水等难以被人类直接利用。我国水资源总量约为2.8 万亿m3 ，人均占有量仅为2300 m3 ，约为世界平均水平的1/4，是世界13个人均水资源占有量贫乏国家之一[1]。1997年联合国发布的《世界水资源综合评估报告》指出：水资源将严重制约21世纪全球经济与社会发展，并可能导致国家间的冲突[2]。预计到2025年，世界将近一半的人口会生活在缺水的地区。水资源危机已经成为目前全球共同关注的重点议题。
半导体光催化技术是一种环境友好型的技术，在处理污水方面发挥着巨大作用。其中，纳米TiO2光催化剂因其优良的化学稳定性、光催化活性、热稳定性、安全无毒、成本低、清洁环保等优点[3,4]，在水环境处理领域表现出潜在的巨大应用前景，逐渐成为当今科学研究的热点[5]。光催化技术不仅可以降解污水，还能在一定条件下实现水光解制氢，为开发二次清洁能源提供了一种新思路。其中，纳米TiO2光催化分解水制氢的原理是：当光照射TiO2半导体催化剂，催化剂吸收太阳光能量后，价带中产生光生电子，电子跃迁到导带中，同时价带中留下一个空穴，而价带中的光生空穴和导带中的光生电子没有短时间内复合，继而将H 还原成H2、O2-氧化成O2[6]。但因TiO2对可见光的吸收低和电子－空穴复合高等原因，限制了TiO2光催化分解水制氢的效率[6]。目前TiO2光催化分解水制氢技术还不能运用到工业上，其主要原因是锐钛矿型的TiO2禁带宽度为3.2 eV，对可见光的利用率低，同时光生电子－空穴复合率高等[7]。多年来，研究人员不断克服难题，对TiO2催化剂进行不同的改性或修饰，都可以不同程度地提高光催化分解水制氢的效率，但是多数还是停留于实验水平上。相信随着科技的进步和研究的深入，催化剂的改性将得以不断完善和创新，光催化分解水制氢技术将有质的突破，从而大大提高太阳光制氢效率，解决全球能源危机及环境问题。
2 BiOBr/TiO2光催化剂的制备和研究进展
2.1 BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备
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