光電催化

通過選擇半導體光電極（或粉末）材料和（或）改變電極的表面狀態（表面處理或表面修飾催化劑）來加速光電化學反應的作用。光電化學反應是指光輻照與電解液接觸的半導體表面所產生的光生電子－空穴對被半導體/電解液結的電場所分離后與溶液中離子進行的氧化還原反應。光電催化是一種特殊的多相催化。最有意義的光電催化是轉換太陽能為化學能的貯能反應，如鉑/鈦酸鍶或鉑/鉭酸鉀催化太陽光分解水，產生氫和氧。

半導體光電極 在將光能轉換為化學能的光電化學電池中，用半導體材料作光電極，起光吸收和光催化作用。n型半導體構成光陽極，只催化氧化反應;p型半導體構成光陰極，只催化還原反應。但半導體表面一般不具有良好的反應活性，電極反應往往需較高的過電位。經過適當的表面處理(如熱處理、化學刻蝕和機械研磨等)來改變電極的表面狀態（如價態分佈、晶格缺陷、晶粒粒度、比表面和表面態分佈等），可以大大改善其催化活性。

表面修飾的半導體光電極 單純半導體光電極一般催化活性不高，採用表面修飾方法（如沉積法、強吸附法、共價法和聚合成膜法等）將具有某些功能的物質(金屬、半導體、化學基團和聚合物)附著於電極表面，使它成為表面修飾電極，就能改善和擴大電極功能。當具有催化活性的物質以高分散的島狀分佈修飾在半導體電極表面並形成透光的肖特基接觸時，就可能改變反應勢壘，提高反應速率。例如，在半導體二氧化鈦光陽極表面修飾上鉑或鈀，可大大提高乙醇水溶液光電催化氧化同時放氫的速率。

太陽能利用中的光電催化問題 目標是提高太陽能轉換成化學能的光能轉換效率，以期取得應用價值。除了光電催化水分解以製取氫燃料外，光電催化固氮成氨，固二氧化碳成有機物，光電合成化學藥品和材料以及利用光電催化變廢為利、保護環境等，都是有理論和實踐意義的太陽光電催化的課題。

普遍存在的問題是：光能轉換效率低，大多在1%～3%甚至更小；催化劑活性不夠高；催化劑選擇性不夠好，大多是系列產物分佈；催化劑壽命不夠長，連續使用期僅數月或數年。

新的系統由金電極組成，金電極採用磷化銦(InP)納米顆粒層包復。然後，研究人員在層狀排布上引入鐵-硫絡合物[Fe2S2(CO)6]。當浸沒在水中，並在相當小的電流條件下用太陽光照射時，該光電催化系統就可產出氫氣，效率為60%。

東Anglia大學研究人員給出了反應的以下機理：到達的光粒子被InP納米結晶所吸收，在InP上激發出電子。在這一激髮狀態，電子可被轉移到鐵-硫絡合物中。

在催化反應中，鐵-硫絡合物然後通過這些電子，使之成為包繞水中的氫離子(H+)。金電極不斷地向InP納米結晶供應必要的電子。

與現有的過程不同，新系統工作無需採用有機分子。現有過程必須被轉換成激發態才能參與反應，反應也會隨時間而降級。這一問題限制了使用有機組分的系統壽命。而新系統純粹為無機物質，可使用很長時間。

新開發的光催化電極系統堅固耐用、高效、廉價，且無有毒的重金屬。它可成為工業化生產氫氣十分有前途的替代方案。