光催化剂改性及外场耦合光催化研究进展.pdf

No．3 第36卷第3期 水处理技术 V01．36 2010年3月 Mar．，2010 23 光催化剂改性及外场耦合光催化研究进展 司崇殿，高洪涛，陈万东，刘广军 (济宁学院化学与化工系，山东济宁273155) 籀 要：介绍了光催化剂改性和外场耦合光催化技术研究进展．光催化剂改性主要围绕金属离子掺杂、非金属掺杂， 半导体复合和表面修饰展开，光催化剂制备方法多样化将是今后的发展方向。揭示了超声波场，磁场、电场和微波场 等外场耦合光催化反应机理，其中复合场耦合光催化技术和新型光催化反应器设计成为未来应用外场耦合光催化 降解有机污染物的研究重点． 关键词：光催化剂；改性；外场；光催化降解 1．7 文献标识码：A 中圈分类号：TQ03 文章编号：1000．3770(2010)03-0023．006 光催化氧化技术是一种高级氧化技术(Ad-们能够同吸附在表面上的离子或其它粒子相互作用 vancedoxidation 发生氧化．还原反应。对Ti02来说，光生空穴具有 technologies，AOTs)。光催化剂在 光照的条件下能够产生强氧化性的自由基，该自由 强的氧化性能，其标准电极电位为3．20V，比起氯气 基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H20、 和臭氧的2．07V来说，光生空穴的氧化能力要强得 C02等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条 多，能够氧化绝大多数有机物和无机物。光生电子的 件温和，反应设备简单，二次污染小，操作易于控制， 电极电位很小，大约为．0．2V，因而其具有较强的还 催化材料易得，运行成本低，可利用太阳光为反应光 原能力，它可以把一些金属离子还原，如可用来还原 源等优点，因而近年来受到广泛关注【lj。 Fe斗、CP、Ag+等离子。 1光催化技术原理 2光催化剂改性 当二氧化钛受到波长小于387．5nm的紫外线 为了提高光催化活性首先必须对光催化剂本身进 照射的时候，处于价带的电子就会被激发到导带上 行改性，改性的目的和作用包括：提高激发电荷分 面去，从而在价带和导带上产生了电子．空穴对。活 离，抑制载流子复合以提高量子效率；扩大起作用光 泼的电子和空穴可以分别从半导体的导带(CB)和的波长范围以提高太阳光的利用率；提高光催化剂 价带(VB)迁移至半导体和吸附物质的界面，而且的稳定性；提高光催化反应的选择性或产率等。 跃过界面，在Tio：颗粒内部或者内表面附近重新复 2．1金属掺杂二氧化钛 合，使光能以热的形式散发掉，或者当存在合适的俘 表面贵金属沉积被认为是一种可以捕获激发电 获剂，表面缺陷态或其它电场作用时，空穴与电子发 子的有效改性方法。贵金属在半导体表面七的沉积 生分离，迁移到表面的不同位置，与吸附在其表面的 是形成纳米级的原子簇，它是通过改变体系中的电 电子给体／受体发生作用。 子分布实现对半导体的修饰，当二者接触时，电子从 对于半导体光催化剂，仅有光生电子和光生空 费米能级较高的n型半导体转移到费米能级较低的 穴并不能产生光催化效应，它们必须和表面态吸附 贵金属，直到二者的费米能级相同，形成能俘获激发 的离子作用，才能体现它们的价值，产生光催化效 电子肖特基势垒，从而实现光生载流子分离。 应。通常光生空穴和光生电子位于半导体的表面，它 Anpot