氫因具有放熱效率高、清潔及可再生等特點(diǎn)，被視為21世紀(jì)最理想的清潔能源。通常氫氣主要由化石原料，如煤、石油、天然氣等制備，但在這制備過(guò)程中不僅會(huì)消耗大量的能量，而且會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳的排放，與可持續(xù)發(fā)展理念相悖。而利用太陽(yáng)能在光催化劑的條件下分解水制氫則是一種可持續(xù)的、能夠緩解能源緊缺現(xiàn)狀的一種理想方案，太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭，而且制備過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳的排放。
氫能源體系光催化分解水產(chǎn)氫示意圖
來(lái)源：分子催化
光催化分解水的關(guān)鍵在于催化劑材料的選擇。作為光催化劑的半導(dǎo)體材料，應(yīng)具備能在可見(jiàn)光照射時(shí)發(fā)生電子從價(jià)帶到導(dǎo)帶躍遷的特性。半導(dǎo)體寬帶越大，電子躍遷所需要的光波長(zhǎng)越短。目前常見(jiàn)的半導(dǎo)體光催化劑是TiO2,其禁帶寬度為3.2eV,只有波長(zhǎng)小于390nm的光才能引起電子的躍遷，而可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在400~800nm的區(qū)間里，因此TiO2無(wú)法利用可見(jiàn)光進(jìn)行催化分解水。從太陽(yáng)光的利用效率看，半導(dǎo)體的帶隙應(yīng)盡可能的小，通常要小于3.0eV。同時(shí)考慮到氫質(zhì)子還原形成氫氣所需要的電勢(shì)為0V（標(biāo)準(zhǔn)氫電極，NHE），而水分子氧化形成氧氣所需要的電勢(shì)為+1.23V，以及電極過(guò)電位和半導(dǎo)體能帶彎曲所帶來(lái)的影響，半導(dǎo)體催化劑的最小禁帶寬度約為1.8eV。
半導(dǎo)體光催化劑的全分解水原理
良好的光解水催化劑應(yīng)具備以下條件：
合適的禁帶寬度，一般在1.8~3.0eV之間
帶邊勢(shì)要符合水分解的要求
良好的穩(wěn)定性，在分解水的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生光化學(xué)腐蝕
SiC具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)廉、無(wú)毒、無(wú)污染等特性，禁帶寬度在2.4eV~3.3eV之間，且邊勢(shì)符合水分解的要求，是一種極具應(yīng)用潛力的光分解水制氫催化劑材料，目前SiC光解水制氫的研究仍處于起步階段，值得非常深入的研究。
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