材料的性质及应用.pptVIP

TiO2与半导体复合时，由于不同的半导体的禁带宽度不同，将不同的半导体进行复合造成能级交错，可以提高系统的电荷分离效果，有效地扩展其光谱响应范扩大其对太阳光中可见光部分的吸收。 复合的主要方法有简单的组合、包裹、偶合、掺杂等 与其他改性方法相比，复合半导体具有很多优点：通过改变粒子大小，可以很容易地调节半导体的带隙和光谱吸收范围;半导体微粒的光吸收范围为带边型，有利于太阳光的有效采集；通过粒子的表面改性可增加其光稳定性。 * 离子掺杂是利用物理或化学方法，将离子引入到TiO2晶格内部，从而在其晶格中引入新电荷、形成缺陷或改变晶格类型，影响光生电子和空穴的运动情况、调整其分布状态或改变TiO2的能带结构，最终导致TiO2的光催化活性发生改变。 离子掺杂修饰包括过渡金属离子、稀土元素离子和无机官能团离子以及其他离子。其中以过渡金属离子掺杂为主。 * 2001年Asahi等日本学者报道了氮掺杂TiO2，引起了人们对阴离子掺杂光催化剂及其可见光响应性能的广泛兴趣 半导体TiO2 中掺杂非金属可以影响光催化活性, 通过完全是势线性缀加平面波模型分别计算了C、N、F、P、S 取代锐钛矿二氧化钛中晶格氧时的态密度后认为, 和O2P 轨道相比, 非金属元素具有能量相对较高的P 轨道, 用非金属元素取代O提高光催化剂的价带电位, 从而降低半导体光催化剂的导带位置,能使其禁带宽度变窄 。 适当的过渡金属离子掺杂可以在半导体晶体中引入晶格缺陷或改变结晶度，使之形成更多的光催化活性位，并且由于金属离子是电子受体，其对电子的争夺减少了TiO2表面光生电子e-和光生空穴h+的复合，从而使TiO2表面产生更多的·OH，提高催化剂的活性。过渡金属离子的掺杂会在半导体晶格中引入能捕获光致电子和空穴的缺陷；改变结晶度，使激发光的波长红移。 * 延长TiO2的激发波长范围，提高长波辐射光子利用效率，是提高TiO2光量子效率的主要途径 光敏化主要利用TiO2对光活性物质的强吸附作用，通过添加适当的光敏化剂，使其以物理或化学状态吸附于TiO2表面。这些物质在可见光照射下，吸附态光活性分子吸收光子被激发，产生自由电子，然后激发态光活性分子将电子注入到TiO2的导带上，扩大TiO2激发波长的范围，使之利用可见光来降解有机物 * TiO2表面具有钛羟基结构，他是捕获光生电子和空穴的浅势阱。与钛羟基相比，Ti3+是一种更有效的光生电子界面转移部位。还原性气体对TiO2进行热处理可以在其表面产生更多的Ti3+。在TiO2表面形成合适的钛羟基和Ti3+的比例结构，促进电子和空穴的有效分离和界面电荷转移，从而提高光催化活性。 * 超强酸化 增强催化剂表面酸性是提高光催化效率的一条新途径。 一方面，通过二氧化钛的SO42-表面修饰（超强酸化），是催化剂结构明显改善，有效地抑制了晶相转变，使得具有高光催化本证活性的锐钛矿含量增加、晶粒度变小、比表面积增大、表面氧缺陷位增加。锐钛矿含量增加和晶粒度变小导致半导体禁带宽度增加使光致空穴和电子的氧化还原能力增强；而表面缺陷位增加则导致催化剂对O2的吸附能力增强，有效地降低了光致电子和空穴的复合率，达到提高光催化量子效率的目的。 另一方面，SO42+/TiO2超强酸催化剂表面由于受到SiO42+诱导的相邻L酸中心和B酸中心组成了基团协同作用的超强酸中心，具有可逆吸水的性能，其集团协同作用显著地增强了催化剂表面的酸性，增大了表面酸量及氧的吸附量，促进了光生电子和空穴的分离及界面电荷转移，提高了电子-空穴对的寿命，是SO42+/TiO2催化剂具有优异的光催化氧化活性、很好的活性稳定性及抗湿性的重要原因。 * * 目前,制备纳米TiO2的方法有很多,可归纳为气相法和液相法两大类。尽管气相法制备的TiO2纳米粉体纯度高、粒度小、单分散性好,但其制备设备复杂、能耗大、成本高的缺点又严重制约了气相法的应用和发展。相比之下,液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点,是目前实验室和工业上广泛采用的制备纳米粉体的方法。 * * * * 图2.7 TiO2:10% Sn的TEM图 TiO2:10% Sn的TEM图 TiO2:10% Sn的EDS图 溶胶-凝胶法 TiO2:10% Pd的TEM图 TiO2:10% Pd的EDS图 催化性能的测试（降解苯酚） 降解甲醛（分子筛负载） 纳米TiO2的应用 环保方面的应用 A .无机污染物的光催化氧化还原 光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pd2+等重金属离子的污染 光催化还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、SO2、NOx等 B.机化合物的光催化降解 有机物 催化剂 光源 光解产物