煤、石油、天然氣等燃料的使用所引發(fā)的的溫室效應(yīng)、空氣污染等環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越成為不容忽視的社會(huì)問(wèn)題，而燃料的不可再生性也意味著這種能源利用方式的不可持續(xù)性。在這樣的背景下，尋找和利用清潔、安全、可再生的新能源成為了亟待研究人員解決的問(wèn)題。
太陽(yáng)能以其廣泛存在、且對(duì)人類社會(huì)而言幾乎取之不盡的特性一直吸引著人們的興趣。實(shí)際上，太陽(yáng)能的利用方式是歷史悠久的，也是多種多樣的。比如，在田野里，我們可以通過(guò)植物的種植，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，儲(chǔ)存在食物中；在家里，我們可以利用太陽(yáng)能熱水器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，儲(chǔ)存在熱水中；在太陽(yáng)能電站，光伏電池陣列則可以幫助我們將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，供給千家萬(wàn)戶、各行各業(yè)的使用。除上面列舉的太陽(yáng)能利用方式之外，近年來(lái)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，即光催化反應(yīng)的研究成為了研究人員的新寵。
太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，也即光催化反應(yīng)的過(guò)程，簡(jiǎn)而言之，就是利用太陽(yáng)能，在光催化劑的輔助下，推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，光催化材料吸收太陽(yáng)能，在內(nèi)部產(chǎn)生具有氧化還原能力的電子和空穴對(duì)，這些電子和空穴對(duì)反應(yīng)體系中的物質(zhì)進(jìn)行還原或者氧化，生成對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物或產(chǎn)生相應(yīng)的效果，完成化學(xué)能的生成和儲(chǔ)存。光催化反應(yīng)已經(jīng)或者有潛力在多種場(chǎng)合發(fā)揮作用。目前而言主要有兩個(gè)方面：即環(huán)境凈化和太陽(yáng)燃料的合成。環(huán)境凈化通過(guò)光催化反應(yīng)，可以將空氣或者水中的污染物分解為簡(jiǎn)單、無(wú)害的無(wú)機(jī)物等，也可以通過(guò)光催化反應(yīng)，破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到水體殺菌的效果；在太陽(yáng)燃料合成方面，可以利用光激發(fā)的電子和空穴對(duì)，將水和二氧化碳合稱為簡(jiǎn)單的有機(jī)物，如甲醇等，即人工光合作用，另一方面可以利用光催化材料中光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴對(duì)，對(duì)水中的質(zhì)子和氧負(fù)離子進(jìn)行還原和氧化，生成氫氣和氧氣，也就是光催化分解水反應(yīng)。由于氫氣具有高熱值，清潔，且可以用作多種化學(xué)工業(yè)的原料，因此這種利用方式堪稱最理想的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化學(xué)能方式。
來(lái)源：中國(guó)科普博覽
