毕业论文课题相关文献综述

1. 全球能源现状

随着新世纪的到来，可持续发展己经成为全球各国发展中共同面临的问题，在这方面我国所面临的挑战尤为严峻。我们在享受经济高速增长的同时，也面临着中国历史上规模最大、涉及面最广、后果最严重的能源短缺和环境污染的问题。石油、天然气、煤、铀等地球有限资源的日益短缺以及随之带来的环境污染问题，使得开发新能源已成为国内外众多科学家共同研究的问题。风能、水力发电、核能、氢能等新兴能源得到了普遍关注。风能与水力发电应用受自然环境制约，而最近日本地震引发的核辐射危机，更让人们对核能的安全性顾虑重重。

氢能作为一种清洁、无污染、可储存、可运输、可再生的能源，具有广阔的应用前景，受到越来越多人的青睐^[1]。虽然氢是宇宙中最富有的元素，但是在地球上并没有直接可利用的氢气资源。如果能将水中的氢全部都提取出来，它将产生十分巨大的能量。到目前为止，制氢的主要方法包括：热化学法制氢、电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢等。自20世纪70年代Fijishima和Honda^[2]报道了n-型半导体TiO₂单晶电极上可光照可分解水产生H₂和O₂以来，将太阳能与氢能联合起来，用丰富的太阳能来制备能存储及运输的氢能是一个非常有前景的研究方向^[3]。

2. 光催化制氢原理

当半导体受到能量大于其禁带宽度的光照射的时候，价带的电子就会被激发而跃迁到导带，在价带角下一个空穴。产生的光生电了和空穴也有可能在半导体材料的内部或表面位置发生复合，以热能或者其它形式散发掉。当催化剂存在捕获剂、表面缺陷等时。光生电了和空穴就可能被捕获，从而抑制了光生载流子的复合，就会在半导体表而发生氧化-还原反应。价带空穴本身具有氧化性，可以直接或者与溶液中的氢氧根离子(OH^-)结合成羟基自由基(OH)而氧化有机物等。跃迁到导带的电子具有还原性，一般与表面吸附的溶解氧反应生成超氧自山基(O₂^-)等活性基团。电子和空穴的转移速率和可能性取决于半导体价带、导带的位置和被吸附物质的氧化还原电位的高低，如果导带的位置高于受体的还原电势，受体物质就有可能被还原。以水的氧化还原为例，导带电势在标准氢电势以上时(比氢电极电位更负)，才有可能将质子还原为氢气。同样的道理，半导体的价带位置需要比氧电位更正，价带的空穴才能将H₂O氧化为O₂。

3. CdS光催化剂

硫化镉是最常见的半导体光催化剂，其禁带宽度约为2.42eV，具有适宜的导价带电位、量子产率高及成本低等优点，广泛应用于光催化分解水制氢和降解污染物等方面。不少工作者对硫化镉的掺杂进行了大量的研究，通过掺杂可以改进硫化镉的光学和电学特性，促进其在宽谱光电器件的应用。掺杂一般可分为直接掺杂和间接掺杂。

3.1 直接掺杂

直接掺杂是指直接将掺杂物质与CdS一同合成。掺杂物质及掺杂量的不同，产物的组成、结构、颗粒尺寸及光学性能也有差别。常用的掺杂物质有Mn^[4]、Cu^[5]、Fe^[6]等。Balram等人对CdS掺杂了铁，掺杂前后样品的结构没有明显变化，但随着铁含量的增加，晶格常数减小。Cheng等人对CdS掺杂了Mn² ，发现紫外-可见漫反射光谱发生明显的蓝移现象，这可能是由于量子尺寸效应引起的。

3.2 间接掺杂