纳米氧化钛光催化材料及应用.ppt

负载型TiO2/凹凸棒石TEM图300℃煅烧2h负载型TiO2/α-Fe2O3纳米材料的制备负载型TiO2/α-Fe2O3纳米材料的制备流程负载型TiO2/α-Fe2O3的SEM、TEM图A:α-FeOOH在350℃下煅烧的透射电镜图B:350℃下煅烧的TiO2/α-Fe2O3复合光催化剂的场发射扫描电镜图像光催化反应器类型*01目前,光催化反应器种类较多。按光源类型02可分为聚光型和非聚光型反应器,按光源的位03置可分为外置型和浸入型反应器,按催化剂在04溶液中的存在状态,可分为悬浮型、镀膜型和填05充型反应器。镀膜型和填充床型又被称为负载06型光催化反应器。半导体（TiO2）光催化原理*半导体（TiO2）光催化原理简介*二氧化钛晶体的基本物性*不同晶相结构TiO2的物理化学性质锐钛矿相和金红石相二氧化钛的能带结构CB/e-VB/h+CB/e-VB/h+3.2eV3.0eV0.2eV两者的价带位置相同，光生空穴具有相同的氧化能力；但锐钛矿相导带的电位更负，光生电子还原能力更强。混晶效应：锐钛矿相与金红石相混晶具有更高光催化活性，这是因为在混晶氧化钛中，锐钛矿表面形成金红石薄层，这种包覆型复合结构能有效地提高电子－空穴对的分离效率锐钛矿相金红石相VB-价带CB-导带纳米光催化剂的效应*量子效应当半导体粒子的粒径小于某临界值时，导带和价带间的能隙变宽，光生电子和空穴的能量更高，氧化还原能力增强载流子扩散效应粒径减小，光生电子从晶体内扩散到表面的时间越短，电子和空穴的复合几率减小，光催化效率提高表面积增大效应粒径减小，表面积增大使吸附底物的能力增强，可促进光催化反应的进行将光催化剂的粒子纳米化，可以有效提高量子产率，有利于光催化反应TiO2光催化材料的特性纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂之一光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强）化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀),对生物无毒常温常压下就可进行，能彻底破坏有机物、没有二次污染且费用不太高原料来源丰富催化剂光催化氧化反应速率的影响因素*可以用作光催化剂的N型半导体种类很多，有TiO2、纳米TiO2微粒有三种结构：锐钛矿型、金红石型、正方晶系，而板钛矿型纳米TiO2属斜方体系。用作光ZnO、Fe2O3、CdS和WO3等，由于TiO2有较高的光稳定性和反应活性，且价廉无毒，所以目前多采用TiO2作催化剂。板钛矿型。锐钛矿型晶相和金红石晶相的纳米TiO2属催化剂的主要是锐钛矿型纳米TiO2和金红石型纳米TiO2。光催化氧化反应速率的影响因素*这两种晶型的结构均可由相互连接的TiO2八面体表1示。两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间的2相互连接的方式不同，这种差异导致了两种晶型不同3的质量密度及电子能带结构的不同。锐钛矿型的TiO24的质量密度（3.894g/cm3）略小于金红石型（4.2505g/cm3）,带隙能略大于金红石型。这些结构特性上的6差异直接导致了金红石型的纳米TiO2表面吸附有机物7及O2的能力不如锐钛矿型的纳米TiO2，产生的光生电子8和空穴更容易复合，最终导致金红石型纳米TiO2的催9化活性低于锐钛矿型纳米TiO2。10光催化氧化反应速率的影响因素*01但近来人们研究发现：具有高光催化活性的TiO2多数为02锐钛矿型和金红石型的混合物。混合物具有高活性的原因、03是混合物存在混晶效应，即在锐钛矿型晶体的表面生长了04薄的金红石型结晶层，这能有效地促进锐钛矿型TiO2晶体05中光生电子、空穴电荷分离。06TiO2粉体晶型的控制07纳米TiO2微粒晶体类型不仅由煅烧的温度决定，还由煅08烧的时间决定。制备方法也非常重要。纳米TiO2粉体的制09备方法，可分为气相制备法和液相制备法。10列表比较如下：*纳米TiO2粉体的制备方法制备方法产品成分产品特点用途TiCl4氢氧火锐钛矿型和金红石产品纯度高、粒径小、电子材料、催化焰水解法型纳米TiO2的混和表面积大、分散性好。剂和功能陶瓷等团聚程度小TiCl4气相金红石型的优质粉体优质粉体处于实验室氧化法