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影响纳米材料光催化性能的因素

影响纳米材料光催化性能的因素
影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。

1、半导体的能带位置

半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关,其关系式为:λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势,从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低(更正);而给体电势比半导体价带电势高(更负)。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正,空穴的氧化能力越强,导带底CBB越负,电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好,光生电子或空穴的迁移能力越强,越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂,导带底位置必须比

H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负,才能产生H2,价带顶必须比O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正,才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置,而且考虑到超电压的存在,半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度,这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。

2、光生电子和空穴的分离和捕获

光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径,其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说,光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂,分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子,可能生成活性物种·OH,它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应,是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧,它既能够抑制电子与空穴的复合,同时也是氧化剂,可以氧化已经羟基化的反应产物。

3、晶体结构

除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响,晶体结构(晶系、晶胞参数等)也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石,两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示,两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石,且带间隙(3.2eV)略大于金红石(3.1eV),这是其光催化活性比金红石的高。

4、晶格缺陷

根据热力学第三定律,除了在绝对零度,所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布,实际晶体都是近似的空间点阵式结构,总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时,也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空穴的捕获

中心,抑制了两者的复合,以至于光催化活性有所提高,但也有的缺陷可能成为电子-空穴的复合中心而降低反应活性。

5、比表面积

对于一般的多相催化反应,在反应物充足的条件下,当催化剂表面的活性中心密度一定时,比表面积越大活性越高。但对于光催化反应,它是由光生电子与空穴引起的氧化还原反应,自催化剂表面不存在固定的活化中心。因此,比表面积是决定反应基质吸附量的重要因素,在晶格缺陷等其他因素相同时,比表面积大则吸附量大,活性也越高。然而实际上,由于对催化剂的热处理不充分,具有大比表面往往晶化度较低,存在更多的复合中心,也会出现活性降低的情况。6、半导体晶粒尺寸

半导体颗粒的大小强烈滴影响着光催化剂的活性。半导体纳米颗粒比普通的粒子具有更高的光催化活性,原因主要有:①纳米粒子表现出显著的量子尺寸效应,主要表现在导带和价带变成分立能级,能隙变宽,价带电位变的更正,导带电位变得更负,这使得光生电子-空穴具有更强的氧化还原能力,提高了半导体

光催化氧化污染物的活性;②纳米粒子的表面积很大,这大大增加了半导体吸附污染物的能力,且由于表面效应使粒子表面存在大量的氧空穴,以至反应活性点明显增加,从而提高了光催化降解污染物的能力;③对于半导体纳米粒子而言,七粒径通常小于空间电荷层的厚度,在此情况下,空间电荷层的影响可以忽略,光生载流子可通过简单的扩散从粒子的内部迁移到粒子的表面而与电子给体或

受体发生氧化还原反应。

然而纳米粒子光催化剂在开放环境体系的污染控制应用中,面临如何有效固定化、同时保持高活性的问题,而且实际应用中还需要解决纳米粒子严重团聚的问题。

影响纳米材料光催化性能的因素教学文案

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关,其关系式为:λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势,从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低(更正);而给体电势比半导体价带电势高(更负)。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正,空穴的氧化能力越强,导带底CBB越负,电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好,光生电子或空穴的迁移能力越强,越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂,导带底位置必须比H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负,才能产生H2,价带顶必须比 O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正,才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置,而且考虑到超电压的存在,半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度,这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径,其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说,光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂,分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子,可能生成活性物种·OH,它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应,是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧,它既能够抑制电子与空穴的复合,同时也是氧化剂,可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响,晶体结构(晶系、晶胞参数等)也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石,两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示,两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石,且带间隙(3.2eV)略大于金红石(3.1eV),这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律,除了在绝对零度,所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布,实际晶体都是近似的空间点阵式结构,总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时,也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关,其关系式为:λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势,从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低(更正);而给体电势比半导体价带电势高(更负)。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正,空穴的氧化能力越强,导带底CBB越负,电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好,光生电子或空穴的迁移能力越强,越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂,导带底位置必须比 H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负,才能产生H2,价带顶必须比O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正,才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置,而且考虑到超电压的存在,半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度,这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径,其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说,光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂,分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子,可能生成活性物种·OH,它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应,是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧,它既能够抑制电子与空穴的复合,同时也是氧化剂,可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响,晶体结构(晶系、晶胞参数等)也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石,两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示,两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石,且带间隙(3.2eV)略大于金红石(3.1eV),这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律,除了在绝对零度,所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布,实际晶体都是近似的空间点阵式结构,总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时,也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空穴的捕获

Tio2的光催化性能研究

TiO2的光催化性能研究 摘要:主要介绍二氧化钛的光催化原理,基本途径,以及光催化剂的结构特性和影响因素,还讲述了关于二氧化钛的光催化应用。 关键字:二氧化钛光催化光催化剂 二氧化钛,化学式为TiO2,俗称钛白粉,多用于光触媒、化妆品,能靠紫外线消毒及杀菌,现正广泛开发,将来有机会成为新工业。二氧化钛可由金红石用酸分解提取,或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定,大量用作油漆中的白色颜料,它具有良好的遮盖能力,和铅白相似,但不像铅白会变黑;它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂,可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。 1 TiO2的基本性质 1.1结晶特征及物理常数 物性:金红石型锐钛型 结晶系:四方晶系四方晶系 相对密度:3.9~4.2 3.8~4.1 折射率: 2.76 2.55 莫氏硬度:6-7 5.5-6 电容率:114 31 熔点:1858 高温时转变为金红石型 晶格常数:A轴0.458,c轴0.795 A轴0.378,c轴0.949 线膨胀系数:25℃/℃ a轴:7.19X10-6 2.88?10-6 c轴:9.94X10-6 6.44?10-6 热导率: 1.809?10-3 吸油度:16~48 18~30 着色强度:1650~1900 1200~1300 颗粒大小:0.2~0.3 0.3 功函数:5.58eV

2TiO2的光催化作用 2.1光催化作用原理 二氧化钛是一种N型半导体材料,锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV,由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式: λg (nm)=1240/Eg(eV) 可知:当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时,价带中的电子就会发生跃迁,形成电子-空穴对,光生电子具有较强的还原性,光生空穴具有较强的氧化性。在半导体悬浮水溶液中,半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒,在这一势垒电场作用下,光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置,还原和氧化吸附在表面上的物质。除了上述变化途径外,光激发产生的电子、空穴也可能在半导体内部或表面复合,如果没有适当的电子、空穴俘获剂,储备的能量在几个毫秒内就会通过复合而消耗掉,而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴,复合就会受到抑制,随后的氧化还原反应就会发生。在水溶液中,光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧,氧俘获电子形成O2-;OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂,空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有高度活性的?OH自由基,活泼的?OH 自由基可以将许多难以降解的有机物氧化为CO2和H2O。其反应机理如下: TiO2 + hv → h+ + e- h+ + e- →热量 H2O → H+ + OH- h+ + OH- → HO? h+ + H2O + O2- → HO?+ H+ + O2- h+ + H2O → HO?+ H+ e- + O2→ O2- O2- + H+ → HO2? 2HO2?→ O2 + H2O2 H2O2 + O2- → HO?+ OH- + O2 H2O2 + hv → 2HO? 从上述光催化作用原理分析可知道,光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程,分别反映出光生空穴和光生电子的反应性能,同时二者又相互影响,相互制约。

异质结纳米材料光催化性能

密级★保密期限:(涉密论文须标注) Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 硕士学位论文 Master’s Thesis 中文论文题目: p-n型Cu2O/TiO2异质结纳米材料的结构及其光催化性能研究 英文论文题目:Structure and photocatalytic performance of p-n heterojunction Cu2O/TiO2 nanomaterals 学科专业:应用化学 作者姓名:周冬妹 指导教师:王惠钢 完成日期:2015年1月

浙江理工大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 签字日期:年月日

目录 中文摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 第一章前言. (1) 1.1背景 (1) 1.2文献综述 1.2.1纳米TiO2概述 (1) 1.2.2纳米Cu2O概述 (2) 1.2.3 p-n异质结用于光催化的基本原理 (2) 1.2.4p-n型Cu2O/TiO2异质结纳米材料光催化反应的研究进展 (4) 1.3本课题的选题思路及研究内容 (6) 参考文献 (7) 第二章还原法制备的Cu2O/TiO2异质结纳米颗粒及其光催化性能 (11) 2.1引言 (11) 2.2实验 (11) 2.2.1主要试剂和仪器 (11) 2.2.2实验方法和步骤 (12) 2.3实验结果与讨论 (13) 2.3.1Cu2O/TiO2颗粒的表征 (13) 2.3.1.1XRD表征 (13) 2.3.1.2XPS表征 (14) 2.3.1.3SEM与TEM表征 (15) 2.3.1.4PL表征 (17) 2.3.1.5DRS表征 (18) 2.3.2光催化性能实验 (19) 2.3.2.1光催化降解装置 (19) 2.3.2.2对亚甲基蓝的光催化降解性能 (19) 2.3.3Cu2O/TiO2复合材料中Cu2O颗粒的粒径调控 (20) 本章小结 (23)

光催化材料的研究与进展

光催化材料的研究与进展 洛阳理工学院吴华光B08010319 摘要: 光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保新技术.它在去除空气中有害物质,废水中有机污染物的光催化降解,废水中重金属污染物的降解,饮用水的深度的处理,除臭,杀菌防霉等方面都有重要作用,但是作为新功能材料,它也面临着很多局限性:催化效率不高,催化剂产量不高,有些催化剂中含有有害重金属离子可能存在污染现象。但是我们也应当看到他巨大的发展潜力和市场利用价值,作为处理环境污染的一种方式,它以零二次污染,能源消耗为零,自发进行无需监控等优势必将居于污染控制的鳌头。本文介绍了一些关于光催化研究的制备与发展方向的思考,光催化正在以TiO 2 ,ZnO为主导多种非重金属离子掺杂,趋于多样化的制备方法方向发展。 关键字:光催化催化效率 正文: 光催化(Photocatalysis)是一种在催化剂存在下的光化学反应,是光化学与催化剂的有机结合,因此光和催化剂是光催化的必要条件。“光催化”定义为:通过催化剂对光的吸收而进行的催化反应(a catalytic reaction involving light absorption by a catalyst or a substrate)。氧化钛(TiO 2 )具有稳定的结构、优良的光催化性能及无毒等特点,是近年研究最多的光催化剂, 但是,TiO 2 具有大的禁带宽度,其值为3.2 eV,只能吸收波长A≤387 11111的紫外光,不能有效地利用太阳能,光催化或能量转换效率偏低,使它的应用受到限制。因此,研制新型光催化剂、提高光催化剂的催化活性仍是重要的研究课题]1[。复合掺杂不同半导体,利用不同半导体导带和价带能级的差异分离光生载流子,降低复合几率,提高量子效率,成为提高光催化材料性能的有效方法5]-[2。 与一元氧化物如TiO 2 和ZnO等光催化剂相比,复合氧化物光催化剂,如 ZnO- SnO 2TiO 2 -SnO 2 和WO3- TiO 2 等体系具有吸收波长更长和光催化效率更 高等特点因而成为研究热点. 一、常用的光催化剂的制备方法 (一)水热合成法。 热合成反应是在特制的密封容器中(能够产生一定的压力),以水溶液作为反应介质,通过对反应体系加热或接近其临界温度而产生高压,从而进行材料的合成与制备的一种有效方法。 (二)溶剂热合成法 溶剂热合成技术是在水热法的基础上,以有机溶剂代替水作为介质,采用类似水热合成的原理制备纳米材料,极大的扩展水热法的应用范围。 (三)溶胶-凝胶法

第二节 二氧化钛光催化影响因素

第二节TiO2光催化影响因素 目前主要针对TiO 2 进行增加表面缺陷结构、减小颗粒大小增大比表面、贵金 属表面沉积、过渡金属离子掺杂、半导体复合、表面光敏化、以及改变TiO 2 形貌和晶型等方法来提高其量子效率以及扩展其光谱响应范围。研制具有高量子产率,能被太阳光谱中的可见光激发的高效半导体光催化剂,探索适合的光催化剂负载技术,是当前解决光催化技术中难题的重点和热点。 表面缺陷结构 通过俘获载流子可以明显压制光生电子与空穴的再结合。在制备胶体和多晶光催化是和制备化学催化剂一样,一般很难制得理想的半导体晶格。在制备过程中,无论是半导体表面还是体内都会出现一些不规则结构,这种不规结构和表面电子态密切相关,可是后者在能量上不同于半导体主体能带上的。这样的电子态就会起到俘获载流子的阱的作用,从而有助于压制电子和空穴的再结合[7]。 颗粒大小与比表面积 研究表明,溶液中催化剂粒子颗粒越小,单位质量的粒子数就越多,体系的比表面积大,越有利于光催化反应在表面进行,因而反应速率和效率也越高。催化剂粒径的尺寸和比表面积的一一对应直接影响着二氧化钛光催化活性的高低。粒径越小,单位质量的粒子数目越多,比表面积也就越大。比表面积的大小是决定反应物的吸附量和活性点多少的重要因素。比表面积越大,吸附反应物的能力就越强,单位面积上的活性点也就越多,发生反应的几率也随之增大,从而提高其光催化活性。当粒子大小与第一激子的德布罗意半径大小相当,即在1-10 nm 时,量子尺寸效应就会变得明显,成为量子化粒子,导带和价带变成分立的能级,能隙变宽,生成光生电子和空穴能量更高,具有更高的氧化、还原能力,而粒径减小,可以减小电子和空穴的复合几率,提到光产率。再者,粒径尺寸的量子化使得光生电子和空穴获得更大的迁移速率,并伴随着比表面积的加大,也有利于提高光催化反应效率。 贵金属沉积的影响 电中性的并相互分开的贵金属的Fermi能级小于TiO 2 的费米(Fermi)能级, 即贵金属内部与TiO 2相应的能级上,电子密度小于TiO 2 导带的电子密度,因此 当两种材料连接在一起时,载流子重新分布,电子就会不断地从TiO 2 向贵金属

NiCr-LDHs的制备及光催化性能研究

化学工程学院 新产品开发训练报告 2014-12 课题名称: CoCr-LDHs的制备及光催化性能研究 课题类型:论文 班级:应化 1102 姓名:周柳 学号: 1112083076 指导教师:薛莉 (使用说明:设计/论文请选一使用,左侧装订)

第一部分文献综述 1.1 水滑石的定义及研究背景 层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide,LDH)是水滑石(Hydrotalcite,HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs)的统称,由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料(LDHs)[1]。 水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物,利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性,将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物(LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。 LDHs的发展已经历了一百多年的历史,但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。1842年,Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。[2]后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。在二十世纪初,人们发现了LDH对氢加成反应具有催化作用,并由此开始了对LDH结构的研究。1942年,Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH,并提出了双层结构模型的设想。1966年,Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。1969年,Allmann等通过测定LDH单晶结构,首次确认了LDH的层状结构。[3,4]七八十年代时,Miyata等对其结构进行了详细研究,并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。在此阶段,Taylor和Rouxhet 还对LDH热分解产物的催化性质进行了研究,发现它是一种性能良好的催化剂和催化剂载体。Reichle等研究了LDH及其焙烧产物在有机催化反应中的应用,指出它在碱催化、氧化还原催化过程中有重要的价值。 进入二十世纪九十年代,人们对LDHs的研究更为迅速。随着现代分析技术和测试手段的广泛应用,人们对LDHs结构和性能的研究不断深化,对LDHs层状结构的认识加深,其层状晶体结构的灵活多变性被充分揭示。特别是近年来,基于超分子化学定义及插层组装概念,有关LDHs的研究工作获得了更深层次上的理论支持,在层状前体制备、结构表征、超分子结构模型建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的功能开发等诸方面得到了许多具有理论

纳米材料在光催化中的应用

纳米材料在光催化中的应用 姓名:杨明学号:5400209157 班级:工管093班 摘要: 纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。以半导体材料为催化剂光催化氧化水中有机污染物在近年来受到广泛关注,许多研究工作者在有机物光催化氧化方面进行了大量研究工作,发现卤代芳香烃、卤代脂肪烃、有机酸类、染料、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化反应,除毒、脱色、生成无机小分子物质,最终消除对环境的污染。纳米材料是晶粒尺寸小于100 nm的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等(1)。正是因为纳米材料具有这些优良性能,因此纳米材料在今后一定有着广泛的应用。 引言: 此法能处理多种污染物,适用范围广,特别是对难降解有机物具有很好的氧化分解作用;还具有反应条件温和,设备简单,二次污染小,易于操作控制,对低浓度污染物及气相污染物也有很好的去除效果;催化材料易得,运行成本低;可望用太阳光为反应光源等优点,是一种非常有前途的污染治理技术。 关键字:纳米纳米材料纳米材料光催化纳米TiO2 水热合成法 纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000—8000nm,人体红细胞的直径一般为3000—5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃(2)。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1—100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 纳米TiO2在光催化领域已经显示出广阔的应用前景.但是,由于TiO2仅仅能吸收5%紫外区附近的太阳光而限制了它的广泛应用,许多研究试图通过表面改性与掺杂来扩大它的光谱响应范围和提高它的催化活性。有选择性的进行掺杂已被证明是一种提高半导体氧化物光催化活性的极其有效的方法,掺入一定的金属阳离子能极大的提高TiO2的光催化效率,最近有大量的关于通过掺杂来提高TiO2的光催化性能的报道,掺杂的半导体光催化材料由于其物理和光学性质的改变,通过扩展光响应范围和提高光生电荷的分,从而提高了光催化性能(2)。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景(3)。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用,从而有效地将太阳光能转换为热能。纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用,光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制,在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子

浅谈纳米材料光催化技术研究现状

龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/1b5213032.html, 浅谈纳米材料光催化技术研究现状 作者:林雪牛文成 来源:《神州》2012年第29期 摘要:近年来,人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年Fujishima和Honda利用TiO2电极实验发现光解水现象开始,人们逐步开始对半导体材料进行研究。本文就纳米材料光催化技术研究现状和发展前景进行了简要介绍。 关键词:纳米材料,光催化 一、纳米材料的分类 人类对材料科学的探索与研究已有上千年的历史了,但是纳米材料作为新型材料的一种,其从发展到现在也不过二三十年的时间。1984年,德国著名学者通过现代技术将一个6nm的铁晶体压制成纳米块,并详细的分析了其内部结构的改变而引起的性能差异。发现从强度和硬度上都较普通钢铁强很多倍,并且在低温下失去传导能力,随着自身晶粒尺寸的减小,材料的熔点也会随之降低。1990年,纳米科技大会在美国第一次胜利举办,《纳米技术杂志》的正 式创刊标志着纳米科技从此正式开山立派。而我国的纳米领域的研究基本与国际发展同步,目前已具备开展纳米科技的研究条件,国家重点研究机构对相关高科技的研究步伐不断加快,部分领域已经与国际先进水平持平,这些都为实现跨越式发展提供了可能。近年来,我国通过结合国家战略需求,对纳米技术在能源、环境、资源和污水处理等领域开展深入研究,纳米材料净化机、助燃剂、固硫剂和降解剂等新型产品相继研究成功。 人们对于一门新学科——纳米材料学的研究已经有一定的进展。通常纳米材料以三种方式分类:按结构分类、按化学组分分类和按应用分类: 1、按结构分,我们通常将其分为四类:第一类是具有原子簇与原子束结构的零维纳米材料;第二类是具有纤维结构的一维纳米材料;第三类是具有层状结构的二维纳米材料;第四类是晶粒尺寸至少在一个方向上在纳米量级的单位纳米材料。 2、按化学组分,通常又有两种分类方式,一种是按材料的化学性质分类,另一种是按材料的物理性质分类。按材料化学性质,我们通常将其分为纳米金属材料,纳米晶体材料,纳米陶瓷,纳米玻璃,纳米高分子和纳米复合材料;按材料物理性质,我们可将纳米材料分为纳米半导体材料,纳米磁性材料,纳米非线性光学材料,纳米铁电体材料,纳米超导材料和纳米热电材料等等。 3、按应用,我们可将其分为纳米电子材料、纳米光催化材料、纳米生物医学材料、纳米光敏材料、纳米储能材料等等。 二、纳米光催化技术的研究现状

影响纳米材料光催化性能的因素

1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关,其关系式为:λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势,从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低(更正);而给体电势比半导体价带电势高(更负)。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正,空穴的氧化能力越强,导带底CBB越负,电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好,光生电子或空穴的迁移能力越强,越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂,导带底位置必须比H+/H 2 O的氧化 还原势负,才能产生H 2,价带顶必须比O 2 /H 2 O(+的氧化还原势正,才能产生O 2 ,。 因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置,而且考虑到超电压的存在,半 导体禁带宽度Eg应至少大于。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度,这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径,其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说,光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂,分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子,可能生成活性物种·OH,它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应,是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧,它既能够抑制电子与空穴的复合,同时也是氧化剂,可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响,晶体结构(晶系、晶胞参数等)也影响半导体的光催化活性。TiO 2 是目前认为最 好的光催化剂之一。TiO 2 主要有两种晶型—锐钛矿和金红石,两种晶型结构均可 由相互连接的TiO 6 八面体表示,两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石,且带间隙()略大于金红石(),这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律,除了在绝对零度,所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布,实际晶体都是近似的空间点阵式结构,总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时,也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在

tio2光催化技术

纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者:北京化工大学 徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径,我们可以合理利用自然光资源,通过纳米TiO2半导体的光催化效应,在材料内部由吸收光激发电子,产生电子-空穴对,即光生载流子,迅速迁移到材料表面,激活材料表面吸附氧和水分,产生活性氢氧自由基(oOH )和超氧阴离子自由基(O2·-),从而转化为一种具有安全化学能的活性物质,起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉,利用自然光即可催化分解细菌和污染物,具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点,且能长期有益于生态自然环境,是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上,根据光催化功能高效性的需要,进行掺杂和表面处理,制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛,将其作为功能粉体材料,复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中,研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料,充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能,这类环保型功能材料实施方便、应用性强,能实用到生活空间的多种场合,发挥其多功能效应,成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2.1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用,室内装饰材料和各种家用化学物质的使用,室内空气污染的程度越来越严重。调查表明,室内空气污染物浓度高于室外,甚至高于工业区。据有关部门测试,现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种,其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种,极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强,人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切,纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地,也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。

光催化材料研究进展概要

光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷[1]。光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO2、ZnO、CdS、WO 3、Fe 2 O 3等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许多研究者看好[2]。 1.1 TiO 2光催化概述 1.1.1 TiO 2的结构性质 二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、

金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景[3]。 1.1.2TiO2光催化反应机理 半导休表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上,同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴(h+)随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO2催化剂的局限及改性途径 作为光催化剂,虽然二氧化钛具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸收的光的波长主要集中在紫外区,

改性纳米氧化锌的光催化性能研究

改性纳米氧化锌的光催化性能研究 改性纳米氧化锌的光催化性能研究 摘要:本文考察了光降解时间、亚甲基蓝溶液的PH值、亚甲基蓝溶液的初始浓度、催化剂的用量等对亚甲基蓝光催化降解率的影响。实验结果表明,纳米ZnO具有荧光性,掺入不同的金属离子能够改变纳米ZnO对亚甲基蓝溶液的降解效果,其中掺铈纳米ZnO降解效果最好;掺铬纳米ZnO的降解率最低。 关键词:纳米ZnO 掺杂光降解亚甲基蓝溶液 氧化锌,俗称锌白,属六方晶系纤锌矿结构,白色或浅黄色晶体或粉末,无毒,无臭,系两性氧化物,不溶于水和乙醇,溶解于强酸和强碱,在空气中能吸收二氧化碳和水。ZnO是具有较大能隙及优良光学性质的n-型半导体材料,常被用于制备场发射显示器及阴极射线发射装置,光催化材料,紫外半导体激光的发生介质,这些应用主要利用了纳米ZnO粒子吸收紫外光后发出荧光的特点。所吸收与发出的荧光波长取决于其能隙大小。如何降低纳米氧化锌等材料的制备成本、也是纳米氧化锌能否应用于环境污染物治理的关键因素之一,因此探讨氧化锌的光催化性能具有十分重要的意义。 一、实验试剂和实验装置图 (一)仪器试剂 79-1磁力加热搅拌器(江苏金坛市中大仪器厂);UV751GD紫外可见分光光度计(重庆医药股份有限公司化玻分公司);真空干燥箱(重庆银河试验仪器有限公司);高硼紫外线杀菌灯管(ZGZ30W启东市海联有限公办公司);水浴锅;电子天平;马弗炉 乙酸锌、二乙醇胺、四水硫酸铈、硝酸镍、硫酸铬、硝酸铁、无水乙醇、亚甲基蓝均为国产分析纯。 二、纯纳米ZnO和掺杂纳米ZnO的制备 量取50ml无水乙醇置于烧杯中,开始搅拌。称取二水乙酸锌约4.39g(0.02mol),搅拌下加入,缓慢滴加二乙醇胺约2ml。在二乙醇胺溶解之后室温下反应3h,静置陈化24h,水浴锅中控制水温在蒸

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备,表征及其光催化性能的研究

第一章绪论 自18世纪60年代的第一次工业革命到现在以来,科学技术迅猛发展、日新月异。工业革命(第一次科技革命)以瓦特的蒸汽机的发明为标志,宣告了人类社会由原来的火器时代,进入到了蒸汽时代。第二次科技革命发生在19世纪70年代,在这个时期,自然科学取得了飞速的进展,由于资本主义制度的逐渐形成和完善,资本主义国家为了生存和发展,开始了大量的对世界资源进行掠夺。两次工业革命对然建立了世界的初步两极格局,但是两次科技革命的功劳还是不容忽视的,它们推动了传统的农业,手工业向现代化工业以及机器化工业的飞速发展,并且带给了人类社会巨大的物质财富,在资本主义国家逐利的对外扩张过程中,不可否认的是它们的争斗促进了人类文明的进步和繁荣。但是,当资本家们在大力发展社会生产力,提高生活水平的同时,对环境也造成了严重的破坏,至今,已严重威胁着我们所处在的的生存环境。 特别是在进入20世纪50年代之后的第三次科技革命;随着工业现代化进程的加快,人类向所生存的环境排放了大量的生产废水、废气,它们其中含有大量的有毒污染物如医用药品、农药、工业染料、表面活性剂和含有重金属离子的溶液等,含有上述物质的这些废水给人类的健康和生存环境带来巨大的威胁。而且在上述这些污染物中,用传统的处理方法很难将其完全消灭和降解。废水中的很多有机化合物能使水中的厌氧微生物发生异变,从而产生明显的毒害作用;所以必须创造出一些其它的非生物的降解技术来除去这些有机化合物[1-3]。因此,开发一种简便、有效、快捷、无害的方法来治理水体污染和大气污染是当前社会一个亟待解决的问题。并且,社会现代化的发展需要消耗大量的能源,据专家分析,传统的化石能源已经不能继续维持人类社会的长期发展,而且传统的化石能源的使用是当前引发严重环境问题的万恶之源。所以,环境问题和能源问题是21世纪可持续发展战略的两大亟待解决的严重问题。

二氧化钛的光催化性能

二氧化钛的光催化性能 摘要:以廉价易得的四氯化钛为原料,利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛,工艺 过程简单、易控制、污染少,是一种制备二氧化钛的理想方法。同时研究了催化剂用量和时间对TiO2 光催化降解甲基橙的降解率的影响,实验结果表明当催化剂用量为4 g/L,光催化时间为60 min时,降解率可达到90%以上。 关键词: 二氧化钛,制备,甲基橙,光催化 TiO2 具有化学性质稳定、催化活性高、催化简单有机物彻底、不引起二次污染等优点,在污水处理、空气净化等领域被广泛研究。它利用半导体氧化物材料在光照时表面能受激活化的特性,利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味,无二次污染,不仅经济,而且自身无毒、无害及无腐蚀性,还可反复使用,并可望用太阳光为反应光源等特点而被广泛地应用到光催化降解有机污染物,是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。 目前,制备二氧化钛的方法很多,分类方法也有所不同。根据物理性质,分为气相法、固相法和液相法。气相法制备出的TiO2纯度高、分散性好、团聚少、比表面活性大,但是气相法的反应要求在高温条件下瞬间完成,对反应器的选择、设备的材质,加热方法等均有很高的要求,欲达到工业化生产还要解决一系列工程问题和设备材质问题。与气相法相比,液相法具有原料廉价、无毒、常温下可以反应、工艺过程简单、易控制、污染少、产品质量稳定等优点。因此,以廉价、易得的四氯化钛为原料,利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛是一种具有工业发展潜力的理想方法。其他实验方法 1实验部分 1.1实验试剂 99.9%的四氯化钛(分析纯)(天津市科密欧化学试剂有限公司),28%的氨水,97%的乙醇(洛阳市化学试剂厂),0.1mol/L的浓硫酸,0.1mol/L的氢氧化钠,0.1mol/L的硝酸银溶液,去离子水,二次蒸馏水 1.2 实验仪器 抽滤器烘箱 1.3 实验原理 将四氯化钛加入乙醇的水溶液中,让TiCl4水解后再加入含羟基或可释放出羟基的化合物(本实验用氨水),使其缩合,逐渐凝胶化后经干燥和煅烧可得二氧化钛粉末,反应如下: 水解反应: TiCl4 + 4C2H5OH = Ti(OC2H5)4 + 4HCl Ti(OC2H5)4 + 4H2O = Ti(OH)4↓+ 4C2H5OH 煅烧反应:

纳米材料光催化技术商业计划书

纳米光催化技术商业计划 项目单位: 项目地址: 负责人: 联系电话:

目录 第一章项目方背景介绍 (3) 第二章项目技术介绍 (3) 一、光触媒工作原理...........................................................................................................3、4 二、技术关键点 (5) 第三章商业价值 (6) 第四章项目进展 (6) 一、技术所在位置 (7) 二、技术优势 (8) 三、相关产品 (8) 第五章市场与竞争分析 (9) 一、市场分析 (9) 二、本项目的SWOT分析 (9) 三、公司竞争及应对 (10) 第六章创业团队介绍 (10) 一、团队成员及其背景介绍..........................................................................................10、11 二、企业组织架构 (11) 第七章公司战略及商业模式 (12) 一、公司发展及其战略 (12) 二、商业模式 (13) 第八章市场营销规划及后续发展方向 (13) 一、本公司产品分为两大类型:实物型产品和技术服务型产品 (13) 二、市场推广模式...........................................................................................................13、14 三、后续发展方向 (14) 第九章财务及融资计划.........................................................................................................15、16第十章风险分析及应对策略 (17) 一、技术风险及应对策略 (17) 二、市场风险及应对策略 (17)

光催化影响因素

5.光催化作用的影响因素 5.1水蒸气对二氧化钦光催化剂的影响及光催化剂的失活 通常情况下,TiO2镀膜表面与水有较大的接触角,但经紫外光照射后,水的接触角减少到5度以下,甚至可以达到O度(即水滴完全浸润在TiO2的表面),显示非常强的亲水性。停止光照后,表面亲水性可以维持数小时到1周左右,随后慢慢恢复到照射前的疏水状态。进一步研究证明,在光照条件下,TiO2表而的超亲水性起因于其表面结构的变化:在紫外光的照射下,TiO2价带电子被激发到导带,电子和空穴向TiO2表面迁移,在表而生成电子一空穴对,电子与Ti4+反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正三价的钦离子和氧空位。此时,空气中的水解离吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面轻基),化学吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附层。研究表明,光照时间、光照强度、品面、环境气氛和热处理都会影响到TiO2的表面结构,从而影响到其光催化性能。还有研究表明,反应浓度低时,反应速率受水蒸气的影响不敏感,而反应物浓度高时,水蒸气的存在使反应速率降低。催化剂的失活除了表面氢氧基消耗所导致以外,反应物或反应中间产物在催化剂表面吸附从而占据了活性位也可引起其失活。 5.2TiO2纳米粒子的表面积大小对催化作用的影响 表面积是决定反应基质吸附量的重要因素。在晶格缺陷等其它因素相同时,表面积大则吸附量大,活性就高。一般认为光催化活性由催化剂吸收光的能力、载流子分离以及向表面转移效率决定。TiO2吸收光的能力越强,光照产生的电子一空穴对越多。分离的电子和空穴在能量弛豫中被底部捕获时,引起氧化还原的几率越大,光催化反应活性也就高。另外,表面的粗糙度、表面的结晶度、表面的轻基等也影响着表面的吸附和电子一空穴的复合,进而影响催化剂的活性。

第二节----二氧化钛光催化影响因素

第二节 TiO2光催化影响因素 目前主要针对TiO 2 进行增加表面缺陷结构、减小颗粒大小增大比表面、贵金 属表面沉积、过渡金属离子掺杂、半导体复合、表面光敏化、以及改变TiO 2 形貌和晶型等方法来提高其量子效率以及扩展其光谱响应范围。研制具有高量子产率,能被太阳光谱中的可见光激发的高效半导体光催化剂,探索适合的光催化剂负载技术,是当前解决光催化技术中难题的重点和热点。 1.2.1 表面缺陷结构 通过俘获载流子可以明显压制光生电子与空穴的再结合。在制备胶体和多晶光催化是和制备化学催化剂一样,一般很难制得理想的半导体晶格。在制备过程中,无论是半导体表面还是体内都会出现一些不规则结构,这种不规结构和表面电子态密切相关,可是后者在能量上不同于半导体主体能带上的。这样的电子态就会起到俘获载流子的阱的作用,从而有助于压制电子和空穴的再结合[7]。 1.2.2 颗粒大小与比表面积 研究表明,溶液中催化剂粒子颗粒越小,单位质量的粒子数就越多,体系的比表面积大,越有利于光催化反应在表面进行,因而反应速率和效率也越高。催化剂粒径的尺寸和比表面积的一一对应直接影响着二氧化钛光催化活性的高低。粒径越小,单位质量的粒子数目越多,比表面积也就越大。比表面积的大小是决定反应物的吸附量和活性点多少的重要因素。比表面积越大,吸附反应物的能力就越强,单位面积上的活性点也就越多,发生反应的几率也随之增大,从而提高其光催化活性。当粒子大小与第一激子的德布罗意半径大小相当,即在1-10 nm 时,量子尺寸效应就会变得明显,成为量子化粒子,导带和价带变成分立的能级,能隙变宽,生成光生电子和空穴能量更高,具有更高的氧化、还原能力,而粒径减小,可以减小电子和空穴的复合几率,提到光产率。再者,粒径尺寸的量子化使得光生电子和空穴获得更大的迁移速率,并伴随着比表面积的加大,也有利于提高光催化反应效率。 1.2.3 贵金属沉积的影响 电中性的并相互分开的贵金属的Fermi能级小于TiO 2 的费米(Fermi)能级, 即贵金属内部与TiO 2相应的能级上,电子密度小于TiO 2 导带的电子密度,因此 当两种材料连接在一起时,载流子重新分布,电子就会不断地从TiO 2 向贵金属

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