光催化剂的分类和机理总结讲课文档.pptVIP

第一页，共三十一页。 光催化的机理和应用 第二页，共三十一页。 防止电子和空穴的再结合 1、用一种陷阱式的纳米结构限制光生空穴或者捕捉光生电子； 2、用牺牲剂（乙醇、Na2S、Na2SO3）作为电子给体消耗价带空穴，是导带电子还原氢离子；用牺牲剂（AgNO3）作为电子受体消耗导带电子，使价带空穴氧化氧离子。 3、多种半导体共存，让半导体Ⅰ导带上的电子转移到半导体Ⅱ的导带上或价带上； 第三页，共三十一页。 光催化剂的影响因素 1、光子能量要比催化剂的禁带宽度Eg高；（窄的禁带宽度有利于太阳能的利用） 2、反应物的氧化还原电势应在导带电位与价带电位之间；（更负的导带电位和更正的价带电位有利于氧化还原反应） 第四页，共三十一页。 光催化反应体系 1、加入电子给体和电子受体（牺牲剂） 2、担载助催化剂 3、双光子系统（Z-Scheme） 第五页，共三十一页。 加入牺牲剂 ★用牺牲剂（乙醇、Na2S、Na2SO3）作为电子给体消耗价带空穴，是导带电子还原氢离子； ★用牺牲剂（AgNO3）作为电子受体消耗导带电子，使价带空穴氧化氧离子。 第六页，共三十一页。 加入牺牲剂 [1] M.J. Berr, P. Wagner, S. Fischbach, A. Vaneski, et al., Hole scavenger redox potentials determine quantum efficiency and stability of Pt-decorated CdS nanorods for photocatalytic hydrogen generation. Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 223903. 第七页，共三十一页。 加入牺牲剂 SO32-相对于标准氢电极的电极电势最负，最易失电子，所以最易消耗价带空穴 第八页，共三十一页。 加入牺牲剂 缺点： 当牺牲剂的量消耗殆尽时，催化效率也会大大降低。 所以需要定时加入牺牲剂。 第九页，共三十一页。 担载助催化剂 紫外光照射时单纯的光催化剂并不能有效分解水析出氢气和氧气, 在光催化剂颗粒表面上担载一些金属或金属氧化物可以促进水的分解； 常用的助催化剂有：Pt、NiO、Ru2O等； 在水溶液粉末悬浮Pt/TiO2光催化体系中，Pt的作用就是助催化剂。 第十页，共三十一页。 助催化剂的作用 金属与半导体界面上形成了势垒，称为Schottky势垒，作为电子陷阱，能有效阻止半导体上的电子与空穴的复合。 光生电子向金属迁移，为Schottky势垒所俘获，空穴向半导体其他位置移动，促进了电子与空穴分离，有利于光催化反应的进行。 第十一页，共三十一页。 Ni装饰的CdS纳米棒 [2]T. Simon, N. Bouchonville, M.J. Berr, A. Vaneski, et al., Redox shuttle mechanism enhances photocatalytic H2 generation on Ni-decorated CdS?nanorods. Nat. Mater. 13 (2014) 1013-1018. 第十二页，共三十一页。 Ni装饰的CdS纳米棒 ★制备： Ni的前驱体NiCl2加到CdS纳米棒的分散系中，用447nm激光照射； CdS导带中的光生电子将NiCl2还原成Ni纳米颗粒，便沉积在CdS纳米棒表面。 ★性能： 447nm激光照射，表观量子效率53%，内部量子效率71%，H2生产速率：63mmol g-1 h-1 第十三页，共三十一页。 Ni装饰的CdS纳米棒 ★影响因素：PH值 OH-浓度是影响H2生产速率的重要因素 说明OH-是不只是改变碱度，而是直接参与反应的 随着PH升高，H2生产速率显著提高。尤其在14向14.7过渡时，也说明在这个PH范围内，催化的反应机制发生的本质上的改变。 第十四页，共三十一页。 Ni装饰的CdS纳米棒 两步氧化反应 当PH=14时 EVB=1.70V 因此，价带空穴可以氧化OH- 生成的羟基再去氧化乙醇，该过程很快，其中空穴的转移是控诉环节 第十五页，共三十一页。 光催化反应体系 1、加入电子给体和电子受体（牺牲剂） 2、担载助催化剂 3、双光子系统（Z-Scheme） 第十六页，共三十一页。 双光子系统（Z-Scheme） 自然界中的光合作用 [3]P. Zhou, J. Yu, M. Jaroniec, All-Solid-State Z-Scheme Photocatalytic Systems. Adv. Mater. 26 (2014) 4920-4935. 第十七页，共三十一页。 光催化反应体系 分类： 1、PSⅠ-PSⅡ体系 2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体