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二氧化钛光催化氧化的研究进展解读
二氧化钛光催化氧化的研究进展 山东大学泰山学堂 李明重 什么是光催化? * * * 模板来自于 * ◎光催化剂:一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质。利用光能转换成为化学反应所需的能量,产生催化作用,使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由基或负离子。 ◎光催化剂在光照条件(可以是不同波长的光照)下所起到催化作用的化学反应,统称为光催化反应。 ◎光催化一般是多种相态之间的催化反应。 什么是光催化? 什么是光催化? 1972年,Fujishima 在n-型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用,从而开辟了半导体光催化这一新的领域。 1977年,Yokota T 等发现在光照条件下, TiO2对丙烯环氧化具有光催化活性,从而拓宽了光催化的应用范围,为有机物氧化反应提供了一条新的思路。 近十年来,光催化技术在环保、卫生保健、有机合成等方面的应用研究发展迅速,半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。 光催化技术的发展概况 3.1 a-Fe2O3 2.2 Fe2O3 1.2 WSe3 3.5 SnO3 3.4 SrTiO3 3.7 ZnS 2.4 CdS 2.7 WO3 3.2 TiO2(Anatase) 3.0 TiO2(Rutile) 3.2 ZnO 1.1 Si Ebg (eV) Photocatalyst Ebg eV) Photocatalyst 金属硫化物在水溶液中不稳定,会发生阳极光腐蚀,且有毒! 铁的氧化物会发生阴极光腐蚀 常见的光催化材料 ZnO在水中不稳定,会在粒子表面生成Zn(OH)2 TiO2光催化氧化原理 TiO2表面贵金属沉积 催化剂表面负载金属提高光催化效率,如在TiO2中加入Pt和Ag等贵金属。 2. 金属离子掺杂 金属离子掺杂把金属离子引入到TiO2的晶格缺陷位置,金属离子是电子的良好接受体,可以捕获电子。由于金属离子对电子的争夺,减少了TiO2中光生电子和空穴的复合几率,而产生更多的·OH,提高光催化效率。 TiO2光催化剂的改性研究 3. 加入氧化剂 促成·OH的生成与提高电子-空穴对分离效率是提高光催化氧化反应速率和效率的重要途径,因此向体系中加入氧化剂,使得催化剂表面的电子被氧化剂捕获,可以有效地抑制电子和空穴复合,提高光催化的效率。 4. 复合光催化剂 采用浸渍法或混合溶胶法等将TiO2与其他半导体复合,形成复合型半导体,包括半导体-半导体复合物和半导体-绝缘体复合物。 TiO2光催化剂的改性研究 TiO2光催化氧化的应用 纳米TiO2能处理多种有毒化合物,可以将水中的烃类、卤代烃、酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂、木材防腐剂和燃料油等很快地完全氧化为CO2、H2O等无害物质。 TiO2光催化氧化的应用 将TiO2制成薄膜或在树脂、玻璃、金属、纤维等不同材料中镀上TiO2光催化层,在光的照射下可以消除空气中的异味和有毒成分。并且降解后的最终产物是CO2和H2O,没有其它毒副产物出现,不会造成二次污染。 TiO2光催化氧化的应用 * * 模板来自于 * * *
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