甲酸体系中NiFe2O4/CdS/TiO2的光催化分解水制氢性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

TiO₂是无毒无害、化学性质稳定、催化活性高的宽带隙半导体，仅对波长小于387nm的紫外光有响应，而太阳光中紫外光只占5%左右，因此对太阳能的利用率低。CdS和NiFe₂O₄均是窄带隙半导体且对可见光有很好的响应，二者复合形成n-n异质结复合半导体NiFe₂O₄/CdS，再将窄带隙半导体NiFe₂O₄/CdS与宽带隙半导体TiO₂复合，制备复合半导体NiFe₂O₄/TiO₂/CdS，在提高光吸收效率的同时，利用能带的交迭，可促进电子-空穴对的分离，提高光催化分解水制氢的活性，为光催化分解水制氢的工业化应用提供依据。

2. 国内外研究现状分析

1. 半导体光催化的研究现状

太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源。随着能源危机和环境危机的日益加深，太阳能电池及太阳能电池材料、光催化分解水制氢及制氢材料、光催化降解有机污染物及光催化材料等研究领域，都已成为全球的热点研究领域。各国纷纷投入大量的人力和物力进行太阳能电池、光催化降解和光催化分解水制氢的研究^[1-3]。

对于把太阳能转化为清洁、可再生的氢能而言，利用半导体光催化分解水是一个有效的方法。因为太阳光和水资源丰富且可再生，用水分解法将太阳能转化为化学能是一种解决全球能源和环境挑战的极具吸引力的方法。在过去几十年许多人致力于寻找高效光催化剂，利用太阳能将水分解为氢气。迄今为止，因为用于还原和氧化水的半导体材料且具有合适的氧化还原电位和能带间隙的并不易得，只有有限的半导体光催化剂被报道出来可以用于水分解^[4-5]。因此，对于应用太阳能产氢，研究稳定高效的可见光催化剂是一个十分重要的课题也是一个挑战。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

nife₂o₄/tio₂/cds的制备；在甲酸体系中研究nife₂o₄/tio₂/cds的光催化分解水制氢气性能。

研究计划：

4. 研究创新点

本课题将两种对可见光有很好的响应的窄带隙半导体CdS和NiFe₂O₄与宽带隙半导体TiO₂复合，制备复合半导体NiFe₂O₄/TiO₂/CdS，在提高光吸收效率的同时，利用能带的交迭，可促进电子-空穴对的分离，提高光催化分解水制氢的活性，为光催化分解水制氢的工业化应用提供依据。