环境功能材料-6-光触媒(光催化剂)分析.ppt

半导体耦合 纳米 TiO2 与其它半导体复合，形成偶合半导体。通过半导体的复合，提高半导体的电荷分离效率，抑制电子-空穴的复合。 光激发TiO2 产生的电子从较高的导带迁移至 SnO2 的较低的导带。空穴的运动方向跟电子的运动方向相反, 光生空穴则从SnO2 的价带迁移至TiO2 的价带, 实现了电子和空穴的良好分离。 复合半导体 偶合型复合半导体电荷分离示意图 SnO2–TiO2电子转移过程示意图 表面敏化 敏化作用可以把敏化剂产生的自由电子注入半导体表面,从而扩展光催化剂的激发波长的响应范围,使之有利于降解有色化合物。实验研究表明,一些普通染料、 叶绿素、 腐殖酸等常被用作敏化剂。 掺杂改性 在半导体中掺杂不同价态的金属离子,不仅可以加强半导体的光催化作用,还可以使半导体的吸收波长范围扩展至可见光区域。 (1)形成捕获中心 抑制光生电子和空穴复合 杂质的引入能够形成活性捕获中心，起到捕获阱的作用，价态高于Ti4+，的金属离子捕获电子，价态低于，Ti4+的金属离子则捕获空穴，致使电子与空穴分离并抑制其电子－，空穴对复合，延长了载流子的寿命，从而增强了光催化剂的活性。 (2)形成氧空位和Ti3+活性中心 掺杂的金属离子进入ＴｉＯ２的晶格内，引起局部的晶格畸变和电荷的不平衡，在近邻位形成氧空位，同时Ｔｉ４＋被还原为Ｔｉ３＋形成Ｔｉ３＋还原中心。氧空位和Ｔｉ３＋还原中心可充当反应的活性中心，从而提高光催化性能。 (３) 形成掺杂能级 降低ＴｉＯ2 的带隙 禁带中引入施主和受主等杂质能级，不同掺杂物形成的能级不同，从而具有复杂的能级结构，其离子掺杂也可在，ＴｉＯ２的禁带中引入杂质能级，增加对光吸收的波长范围。 粉末型光催化剂 TiO2 的制备 溶胶-凝胶法：采用钛醇盐或钛的无机盐作为原料, 经水解和缩聚得溶胶,再进一步缩聚得凝胶,凝胶经干燥、 煅烧可得到粉末型的 TiO2 粒子。此法工艺简单, 合成温度低。溶胶- 凝胶法获得的TiO2 粉末粒度小, 分散性好,粉体具有较高的烧结活性。 水热合成法：在特制的密闭反应容器里,以水溶液作反应介质, 通过对容器加热,创造一个高温、 高压的反应环境,使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶, 从而制得相应的纳米粉体。该法的优点是:制得的超细产品纯度高, 分散性好,晶型好且颗粒大小可控。 负载型 TiO2 的制备 随着研究的深入, 人们很快地发现悬浮态的半导体体系存在着催化剂难以回收、 容易中毒、 溶液中存在着高价阳离子时催化剂不易分散等缺点。这些缺点使得该体系难以成为一项实用的技术,于是人们把焦点转向固定态催化剂的研究和制备。 目前研究的催化剂固定方法主要有两种: 一种是直接将催化剂固定在反应容器内壁上;另一种是将催化剂固定在催化剂载体表面。 常见的催化剂固定方法有阴极电沉积法、 溶液浸渍法、 溶胶 凝胶法、 有机化学气相沉淀法等。 纳米TiO 2在环境保护方面的应用 纳米Ti02薄膜玻璃 纳米TiO2薄膜玻璃可光催化降解空气中的有机污染物。有机物吸附在TiO2薄膜表面被氧化成CO2、H2O等对人类无害的物质。因TiO2薄膜具有超亲水特性，污物不易附着在薄膜表面，显示出高度的自清洁效应,具有长期自洁去污能力。 在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、路灯等表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛在太阳光照射下产生的的强氧化能力和超亲水性，可以实现表面自清洁。 TiO2薄膜 有机污垢 无机污垢 CO2 H2O 空气净化 汽车尾气，工业废气中含有大量对人体有害的氮氧化物，利用TiO2的高催化活性和空气中的NH3可直接实现NO的光催化氧化。 Ti02光催化剂和某些气体吸附剂混合，可在紫外光的照射下，吸附并分解空气中的恶臭气体，减少空气污染。 废水处理 纳米TiO2可光催化降解水中的污染物。 例如化工、焦化及各种工业生产废水中的酚类化合物等有毒物质。TiO2光催化氧化水中烃类、卤代烃、染料、含氮有机物，有机磷杀虫剂。 纳米TiO2产生的自由电子可以光催化还原水体中的重金属离子，如 Cr6+ 。 纳米TiO2薄膜在光催化作用下产生的空穴和形成于表面的氧离子表面态能与细菌细胞发生生化反应，使细菌细胞死亡。 在医院病房,手术室及生活空间细菌密集场所，安放TiO2光催化剂来杀死细菌。降低空气中的浮游细菌的数量 。 防晒油、化妆品的应用 太阳光包含光的各种波长，有可见光、红外光、和紫外光。对人体伤害的是紫外光, 300～400nm之间。所以在防晒油、化妆品中加入纳米TiO2，一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高，达到保护皮肤的目的。颗粒不能太大或太小，一般40 nm, 太大起不到吸收作用，太小会堵