大连育明高级中学
摘要：目前，我国正面临着能源短缺和环境污染的严峻挑战，解决这两大问题是人类社会实现可持续发展的迫切需求。中国既是能源短缺国，又是能源消耗大国。近年来，伴随社会经济的快速发展，环境污染严重影响国家经济健康发展和社会稳定，并威胁到国家能源安全。同时，石油等化石能源的过度消耗导致污染物大量排放，加剧了环境污染，尤其是我国近年来雾霾天气的频繁出现，严重影响了人民的生活和身体健康，开发和利用太阳能是解决这一难题的有效方法之一。
利用太阳光将水分解为氢气和副产物氧气是未来解决能源危机与环境污染的一个重要方法。有关太阳光驱动的水分解体系的构建仍然存在很多未解决的问题，尽管世界各国科学家在这方面早已进行了广泛大量的研究，但依然没有一项成熟的技术可以运用在商业领域。
关键词：苯甲醇 太阳能 催化剂 水分解
一、关于水分解体系介绍
太阳能光催化分解水制氢是科学界最具挑战的课题之一，受到世界各国科学家越来越广泛的重视。现在的技术可以将分解水的体系分成三大类：通过太阳能电池驱动电解池电解水，利用能够吸光的半导体组成光电化学电池和分散胶体体系。近年来光催化分解水制氢和还原二氧化碳的研究在国际学术界引起广泛的重视。光催化分解水被认为是最具挑战的难题，一旦取得突破，有望影响世界能源格局。实现这个反应的关键是发展高效的光催化剂，进而构筑高效光催化或光电催化体系。
水分解过程包括两个反应过程：第一步反应是将水氧化成氧气，同时释放质子和电子，第二步反应是将释放的质子还原成氢气(a)。该过程当中水氧化半反应会涉及到多个电子和多个质子的转移，这是整个反应的决速步骤也是主要的障碍。
水氧化整个反应的副产物为氧气，没有多大的经济价值，并且在与氢气后续的分离中会造成很大的安全隐患并提高了商业成本。用有价值的有机底物氧化反应取代水氧化反应成为了另一条人工光合作用的有效途径(b)。途径b相对于途径a需要更少的能量，反应过程中需要转移更少的电子，并且由于产物是液体状态在后续与氢气的分离中更加容易。
二、苯甲醇应用
苯甲醇在工业化学品生产中，用途广泛，是合成香料和医药的重要中间体，也广泛应用于感光、染整、化妆品、涂料及油墨等领域。随着相关行业的发展及向国际市场开放，国内外对苯甲醇的需求不断增加。随着各类技术的不断发展，环保意识增强，特别是“绿色化学”的研究与发展，国内外又产生了过新的方法。氧化苯甲醇生成苯甲醛无论在实验室范围还是工业或商业领域上都具有重大的意义和价值。
苯甲醇的有关物质分为有机杂质与无机杂质，而有机杂质主要来自于生产工艺和储存期产生的杂志。目前，绝大部分的苯甲醇氧化反应都是在高温高压或强氧化剂等苛刻的条件下进行，这不利于构建绿色化学的合成路线以及获取最大的经济效益。因此需要发展出设备操作更加简单，条件更加温和的反应路线。最近我们研究发现硫化镉（CdS）半导体材料在负载助催化剂铂（Pt）的情况下可以在室温下光催化氧化苯甲醇并且产生氢气。
氧化苯甲醇能够生成重要的化工原料，苯甲醛以及过氧化产物甲苯（如下图所示）。催化循环数（TON）能够达到10000。研究发现精确的材料结构和组成能够决定反应的活性和选择性。助催化剂金属的引入能够显著地提高反应的活性和选择性以及光催化半导体自身的稳定性。这个绿色的合成途径使其在今后在大规模工业生产中使用变成了可能.
参考文献：
[1] 刘自力,韦江慧;光催化降解糖蜜酒精废水的研究[J];工业催化;2004年02期
[2] 夏杰祥;离子液体中Bi系光催化剂的设计及其降解环境有机污染物研究[D];江苏大学;2011年
[3] 闫世成;罗文俊;李朝升;邹志刚;;新型光催化材料探索和研究进展[J];中国材料进展;2010年01期
[4] 邹志刚;;光催化材料与太阳能转换和环境净化[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
[5] 张小超;新型BiOCl光催化材料的第一性原理研究[D];太原理工大学;2013年
论文作者:田鸿昊
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
标签：甲醇论文; 光催化论文; 氢气论文; 催化剂论文; 分解论文; 材料论文; 环境污染论文; 《基层建设》2017年2期论文;