能源化工概论..docVIP

纳米二氧化钛光催化材料的研究进展 朱碟碟 （）2光催化技术及存在问题，总结了纳米TiO2主要制备方法，从纳米复合体系、复杂结构方面列举了提高纳米TiO2催化活性的改性方法，最后介绍了纳米TiO2材料在气相污染物、涂料、抗菌、传感器和能源领域中的具体应用。 关键词: 纳米TiO2； 制备； 改性；光催化 Progress of nano-titanium dioxide photocatalytic materials Zhu Die-die （College of Chemistry Northwest University, Xi’an 710069） Abstract: This paper reviews Nano-TiO2 photocatalytic technology as well as its problems. The preparation methods for Nano-TiO2 are introduced. The approaches of improving catalytic activity properties of aano-TiO2 are also illustrated from nano-composite system and complex structure. The different applications of Nano-TiO2 materials have been discussed as well，such as gaseous pollutantscoating，antibiosis，sensor and energy source． Keywords: nano-TiO2; preparation; improving catalytic activity; photocatalysis TiO2的光催化技术及存在问题 光催化是指在有光参与的条件下，发生在光催化剂及其表面吸附( 如H2O、O2分子和被分解物等) 之间的一种光化学反应和氧化还原程。目前使用最广泛的光催化材料就是纳米 TiO2。它作为一种半导体自从1972年Fujishima等［1］2电极能够光催化分解水后，TiO2就开始得到了人们的广泛关注。与金属相比，半导体的能带是不连续的，充满电子的最高能带称为价带，未满电子的最低能带为导带，而介于价带与导带之间的称为禁带。当半导体接受的光照能量大于或等于其禁带宽度( Eg) 时，价带上的电子( e-) 则由于受到激发而跃迁，电子转移到导带上，并在价带上生成空穴( h+) ，此时在半导体内部就形成电子—空穴对。TiO2在光的照射下可以发生电子跃迁，产生电子和空穴。空穴与TiO2表面上的H2O发生氧化反应，生成羟基自由基，它可以与有机化合物发生氧化反应，最终分解生成CO2和 H2O。另一方面，电子与附着在表面的O2—发生还原反应，产生超氧化负离子O2—并形成中间产体氧化物，或者与H2O2结合成 H2O。其中产生的·OH 和·O2－都具有极强的氧化性。 针对的光催化技术，我们总结存在以下几方面的问题： (1)反应效率不高。TiO2量子效率偏低，单纯TiO2光催化剂的光生电子一空穴对的再复合率高，光催化性能不突出。较低的光量子效率是限制光催化实用化和工业化的主要原因。 (2)反应机制缺乏必要验证手段。在悬浮水溶液中研究TiO2 ，光催化技术无法准确控制各类被吸附物质在TiO2表面的性质及吸附程度，因而不能准确了解TiO2表面的活性中心以及H2O，OH—，O2等物质各自的作用及具体的反应机制。 (3)太阳能利用率低。纯 TiO2 (锐钛矿型)的吸收带隙为3.2 eV，光谱吸收阈值是387.5 nm，只能利用占太阳频谱范围4％的紫外光部分，因此，对太阳能的有效利用率低。另外，随着昼夜、季节、天气的变化，太阳的辐射强度不同，给光催化处理系统在实际废水处理中的运转带来困难。 (4) TiO2选择吸附性能差。气一固光催化反应过程中的反应产物CO2和H2O极易吸附在催化剂的表面，极大地降低了光催化反应的速率和选择性。 (5)有机污染物降解中间产物的复杂。目前光催化处理有机污染物废水特别是染料废水中的主要问题是染料体系的复杂性和测试方法的局限性。 (6)对部分废水的处理效率不高。TiO2光催化剂对含有重金属离子的废水、浓度较高的废水处理效率不高。对于高浓度废水，由于其透光性差而降低了TiO2的光催化活性。 2 纳米TiO2的制备 2. 1 溶胶－凝胶法 溶胶－凝胶法是指金属醇盐或无机盐在有机介质中进行水解，形成溶胶后再使溶质聚合凝胶化，将凝胶干燥，高温焙烧去除有机成分，最后得到纳米粒子［2］。溶胶－凝胶法包括水解过程和缩聚过程。在此期间，前驱体分子中的金属原子