氢能因其具有清洁、高效等优点,被认为是最具潜力的化石燃料替代能源。利用太阳能分解水制氢是一种理想的氢气制备方法。直接太阳能热分解水需要很高的温度,难以实现。利用热化学循环分解水能够有效降低温度并且避免氢气和氧气的分离问题。基于金属氧化物的两步式热化学循环是研究最多的循环之一包含两步,第一步,金属氧化物在高温下还原,这一步通常采用太阳能聚光驱动；第二步,还原后的金属氧化物与水在相对较低的温度下反应,产生氢气,同时生成的金属氧化物用于第一步,如此循环。总反应就是水分解生成氢气和氧气。该循环面临的最大问题是金属氧化物分解需要极高的温度,一般的单金属氧化物在1500℃以上。目前国际上普遍采用的方法是对金属氧化物掺杂其他金属离子,形成二元或多元的金属氧化物。该方法在一定程度上降低了温度,然而想要达到理想的氢气产量,依然需要1400℃左右的高温。本课题组将光化学反应引入热化学循环,提出了新型光热化学循环。在该循环中,高温的金属氧化物分解反应被光化学反应替代,在常温下即可进行；而水分解制氢反应仍采用热化学的方法。这样循环的最高温度极大地降低了(本论文为600℃)。本文首先以Ti02作为光热化学的循环物质,通过一系列对比循环实验,初步验证了光热化学循环的可行性。对光照时间、加热时间、温度对氢气产量的影响进行了探究。然后以光反应中光照时间为40 min,热反应中温度为600℃,时间1h为条件,做了连续五个循环,发现TiO2具有很好的循环性能,在五个循环中氢气产量比较稳定,平均每个循环产生的氢气量为0.421 mL/g。通过XPS和EPR分析,建立了光热化学循环的初步机理。对比了循环前后TiO2的晶型和比表面积,没有明显的变化,这是TiO2具有良好循环性能的原因。在TiO2中掺杂了0.5%的Fe,通过TEM、SEM、UV-VIS、PL等手段对掺杂了Fe的TiO2和纯TiO2做了对比。通过TEM, SEM发现掺杂了Fe后的TiO2颗粒更加分散；通过UV-VIS对比发现,掺杂了Fe后,吸收光谱发生了红移,并且在300-500nm波段内吸收率提高了；通过PL对比发现掺杂了Fe后,电子空穴复合率降低了。对光照时间、加热时间、温度对氢气产量的影响进行了探究。然后以光反应中光照时间30 min,热反应中温度600℃,时间1h为条件,做了连续五个循环,发现掺杂了0.5% Fe的TiO2同样具有很好的循环性能,平均每个循环的氢气产量为0.747 mL/g,是TiO2的1.77倍。