福州大学：基于光催化的清洁能源与环境新技术 Photocatalysis-based Novel Technologies for Clean Energy & Environment（付贤智）

基于光催化的清洁能源与环境新技术 Photocatalysis-based Novel Technologies for Clean energy Environment 付贤智 UNIVA 福州大学 (Fuzhou university) 能源与环境光催化国家重点实验室 国家环境光催化工程技术研究中心

福州大学 (Fuzhou University) 能源与环境光催化国家重点实验室 国家环境光催化工程技术研究中心 付贤智 基于光催化的清洁能源与环境新技术 Photocatalysis-based Novel Technologies for Clean Energy & Environment

报告提纲( Contents) 研究背景与光催化简介 Research background Introduction to Photocatalysis )光催化最新研究进展 Latest Research Progress on Photocatalysis 光催化技术应用示例 Application Examples of Photocatalysis Technology 四)展望 Prospects

报告提纲 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 (Contents) 一 研究背景与光催化简介 Research Background & Introduction to Photocatalysis 二 光催化最新研究进展 Latest Research Progress on Photocatalysis 三 光催化技术应用示例 Application Examples of Photocatalysis Technology 四 展望 Prospects

、研究背景与光催化简介( Background& ●未来50年人类面临的十大挑战 Humanity's Top Ten Problems for the Next 50 Years 1. Energy 能源 2. Water 水 3. Food 食物 4. Environment 环境 5. Poverty 贫困 6. Terrorism and war恐怖主义和战争 7. Disease 疾病 8. Education 教育 9. Democracy 民主 10. Population 人口 Richard e smo∥ley

高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 Humanity's Top Ten Problems for the Next 50 Years 1. Energy 能源 2. Water 水 3. Food 食物 4. Environment 环境 5. Poverty 贫困 6. Terrorism and War 恐怖主义和战争 7. Disease 疾病 8. Education 教育 9. Democracy 民主 10. Population 人口 —— Richard E. Smalley 未来50年人类面临的十大挑战 一、研究背景与光催化简介（Background & Introduction） ●

研究背景与光催化简介( Background& 全球初级能源消耗不断增加,化石能源为主要能源 Global Primary energy demand increased and Fossil Fuels is the major Energy Supply From 1973-2005, global primary energy demand increased 86.7% Fossil energy was over 80% of primary energy a During 2004-2030, the average annual 97219751978191194198719193190619200205 growth rate of energy demand is about 1.6 □col □N % Fossil fuels will still be the major □Hdo口 Combustible Renewables&Wase口ahe "Other includes geothermal, solar, wind, heat, et energy supply in 2030 传统能源逐渐枯竭 Depletion of conventional energy 资源量(可开采年数 Exploitable Years 煤炭154 石油31 天然气57 Source: IEA, Key World Energy Statistics 2007; Source: IEA, World Energy Outlook 2006

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） Global Primary Energy Demand Increased and Fossil Fuels is the Major Energy Supply —— 全球初级能源消耗不断增加,化石能源为主要能源  From 1973-2005, global primary energy demand increased 86.7% ; Fossil energy was over 80 % of primary energy.  During 2004–2030, the average annual growth rate of energy demand is about 1.6 %; Fossil fuels will still be the major energy supply in 2030. Source: IEA, Key World Energy Statistics 2007; Source: IEA, World Energy Outlook 2006 —— 传统能源逐渐枯竭 Depletion of Conventional Energy 资源量( 可开采年数 Exploitable Years ) 煤炭 154 石油 31 天然气 57

研究背景与光催化简介( Background& 环境污染日益恶化 Environmental pollution Soil contamination Atmospheric pollution Water pollution 土壤污染 大气污染 水污染 Haze雾霾 北京 上海 西安 杭州 洛杉矶

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） —— 环境污染日益恶化 Environmental Pollution Soil contamination Atmospheric pollution Water pollution 土壤污染 大气污染 水污染 北京 上海 西安 杭州 洛杉矶 Haze 雾霾

研究背景与光催化简介( Background& Introduction c排放与全球变暖效应CO2 Emission and warming Effect Global Land-Ocean Temperature Index EA CO2 Emissions per Year vs IPCC Scenarios 品so=os 2.2% -AlT 一A1F1 1.3% c2排放量 全球气温变化 1990 1995 2000 2005 2010 1880 1900“1920 940 1960 1980 ea Average Glacier Thickness Chang Cumulative Mean Thickness Change 196019651970197519801985199019952000 冰川消失 海平面上升 水灾频发 SourceRealclimate,2011http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） —— CO2排放与全球变暖效应 CO2 Emission and Warming Effect 1.3 % 2.2 % CO2排放量 全球气温变化 Source：RealClimate，2011 http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/ 冰川消失 海平面上升 水灾频发

研究背景与光催化简介( Background& ●可再生能源的开发与利用 Renewable Energy Wind energy source Solar energy Biomass energy 风能 太阳能 生物质能 Hydroenergy Geothermal energy Tidal energy 水能 地热能 潮汐能

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） 可再生能源的开发与利用 Renewable Energy Wind energy source Solar energy Biomass energy 风能 太阳能 生物质能 Hydroenergy 水能 Geothermal energy 地热能 Tidal energy 潮汐能 ●

研究背景与光催化简介( Background& Introduction 太阳能—取之不尽、用之不竭的清洁能源 Solar energy 每年到达地球表面的太阳能约相当于130万亿吨煤,1小时太阳辐 射能够全球使用1年。 The total solar energy absorbed by Yearly Solar fluxes Human Energy Consumption Earth's atmosphere, oceans and Solar 138500018 land masses is approximatelyWind 2250Ej9 3, 850,000 EJ per year. In 2002, this Biomass potential 100-300E10 was more energy in one hour than Primary energy use(2010) 539 EJ1 the world used in one year Electricity(2010) 66.5E12 1EJ=1018J

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） Solar Energy 太阳能——取之不尽、用之不竭的清洁能源 The total solar energy absorbed by Earth's atmosphere, oceans and land masses is approximately 3,850,000 EJ per year. In 2002, this was more energy in one hour than the world used in one year. 每年到达地球表面的太阳能约相当于130万亿吨煤, 1小时太阳辐 射能够全球使用1年。 1EJ = 1018J

研究背景与光催化简介( Background& Introduction 太阳能的主要利用方式 The Utility Patterns of Solar Energy 光-热转换 光-电转换 光-化学转换 Solar-thermal Solar-electrie Solar-chemical conversion conversion conversion 储电电泡 Sunlight 电解液 太阳能热水器 太阳能电池光解水制氢/002固定

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） The Utility Patterns of Solar Energy 太阳能的主要利用方式 光-热转换 Solar-thermal conversion 太阳能热水器 光-化学转换 Solar-chemical conversion 光-电转换 Solar-electric conversion 太阳能电池 光解水制氢/CO2固定

研究背景与光催化简介( Background& 光催化是近年发展起来的可以利用太阳能进行环境净 化、能源转化和c02还原的新技术 Photocatalysis 能源光催化 环境光催化 将低密度的太阳能转化为 通过光催化反应分解各种 高密度的化学能(氢能) 污染物和杀灭细菌与病毒 导带 HO Organics 甲醛、苯、PCB、二恶英、 ehu≥Eo 染料、农药…) 2:2 价带 CO. HO cO2 有用化学品(CH4、CH3OH…) 人工光合成

一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） H2O H2 , O2 Organics CO2， H2O 将低密度的太阳能转化为 高密度的化学能（氢能） 通过光催化反应分解各种 污染物和杀灭细菌与病毒 （甲醛、苯、PCB、二恶英、 染料、农药…） 能源光催化 环境光催化 + - 价带 导带 CO2 有用化学品(CH4、CH3OH…) 人工光合成 人工光合作用 光催化是近年发展起来的可以利用太阳能进行环境净 化、能源转化和CO2还原的新技术 ● Photocatalysis