[材料科学]TiO2光催化的光能转换.ppt

Photoenergy conversion with TiO2 photocatalysis: New materials and recent Applications 第十一组 图3（a）紫外线照射前的疏水表面。 （b）高度紫外线照射下形成的亲水表面。 （c）暴露在水蒸汽中的疏水二氧化钛镀膜玻璃。（小水滴）雾的形成阻挡了放在玻璃后面的纸张上的文字。（d）建立一个紫外线照射时可以防雾的表面。高亲水性表面可以防止水滴的形成，使文字清晰可见 1995年，Fujishima和同事发现，二氧化钛的表面用紫外线光照后，其水润湿性有显着变化，（图3）。在TiO2表面最初表现出的几十度的润湿角由表面粗糙度和其他条件而定。当这种表面被暴露在紫外线照射下时，水润湿角减少，也就是说，它往往在TiO2表面传播。最后，润湿角几乎达到0?。在这个阶段，表面是不防水的，被称为超亲水性。 TiO2光催化的基本机制如下： 紫外线照射引起的电子 - 空穴对的形成，这些电子-空穴对携带载流子与化学物质发生反应，例如分别与空气中的水分子和氧分子反应生成羟基自由基（?OH）和超氧阴离子自由基（O 2 - ），这导致在TiO2表面的有机分子的分解（图4）。这些氧化过程，可用于环境清洁的空气和水净化。 此外，在紫外线照射下二氧化钛的表面具有非常好的亲水性（图5）。 该机制包括在氧晶格中诱捕大量二氧化钛时产生光生空穴。被困的空穴可能打破钛点阵坐标中晶格钛和氧离子以及水分子之间的键。水分子释放一个电荷补偿的质子，然后形成一个新的OH基团，使表面的OH基团的数量增加。这些配位的新的OH基团具有很高的表面能，可以使材料表面具有高度亲水性。 3.新型二氧化钛材料 Fig. 6. 静电反应示意图。Syringe注射器 solution 溶液 electrode电极 nozzle喷嘴 fiber 光纤 target靶 High Voltage Power 高压电源  制备一维纳米二氧化钛有好几种方法。其中，静电纺丝法是一个通过使用高电场生产纳米纤维（图6)的简单，浅显的和有效的方法。 其最终纤维的形貌和性能可以根据工艺参数，包括溶液的浓度，分子量的聚合物，溶剂，应用电场强度和沉积距离来选择;这种良好的可控性在纳米结构的设计中被认为是一种优势。这种静电纤维具有独特地形貌特征，例如，由于低阻力而导致质量传输以及具有大的比表面积的开放式结构，预计将导致其有不同的应用。 静电纺丝法还可以用于制备由化学反应获得的金属纳米粒子掺杂聚合物，比如将金属盐转化为金属微粒。此外，无机纤维，也可以由无机前驱体热分解来制备。 提高光催化性能的另一种方法是与非金属原子或阴离子进行表面改性。 例如，赵等报道，与磷酸二氧化钛粉末的表面改性，提高了光催化性能。这样的表面改性应增加电子 - 空穴的分离，从而影响光催化性能。 Nakata等人通过在含HF和磷酸的混合电解液中用改性磷酸盐用阳极氧化法制备纳米管tio2。二氧化钛纳米管的形貌（长度，直径，壁厚）在含磷酸的情况下改变。在HF/H3PO4混合电解质制备的碳纳米管比在纯HF中制备出纳米管表现出优越的性能。在HF/H3PO4混合电解质中制备的样品表面的上存在的磷酸根离子，而且样品结晶度越高，可以提高他们的光催化性能。  4. 二氧化钛光催化的应用 TiO2光催化的光能转换 摘要 综述最近二氧化钛光催化的方法，包括新材料及应用。TiO2光催化在许多领域被广泛应用，因此其新材料及应用希望能得到推广。在本文中，我们对二氧化钛光催化的历史以及其基本机制做出了简要的介绍。重点是讲述新型二氧化钛纳米纤维和碳纳米管的制备和二氧化钛光催化在水，空气的净化和印刷等方面的应用。 目录： 1.简介 2.光催化基础 3.新型二氧化钛材料 3.1.静电二氧化钛纤维 3.2.阳极二氧化钛纳米管 4. 二氧化钛光催化的应用 4.1.净化环境 4.2.印刷 5.总结 1.简介 最近，人们越来越关注如何将太阳能转换为其他类型的能源，比如电能或热能以及像氢和碳氢化合物的储能材料。光催化剂能将太阳能转换成化学能用来氧化或减少材料，它被广泛用于许多领域，包括材料的生产和环境净化（图1）。 Oxidation 氧化反应 superhydrophilicity亲水 Road:Tunnel lighting 隧道照明 Sound insulation 隔音 Removal of NOx去除NOx Electric appliance电器:Refrigerator电冰箱 fluorescent