第七章 纳米材料在能源环保领域的应用-1_免费下载.pptVIP

本节重点 光催化材料的概念 纳米TiO2产生光催化原理 负离子材料的概念 电气石材料产生负离子的原理 * * 随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环保难题如大气污染、污水处理，城市垃圾等将会得到解决。 * 纳米技术与环境保护和环境治理的进一步有机结合，将会有助于解决许多环保难题，诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题的解决。可以语言，不久的将来，随着纳米技术的进一步发展极有可能推行“纳米环保”。 * 纳米技术与环境保护和环境治理的进一步有机结合，将会有助于解决许多环保难题，诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题的解决。可以语言，不久的将来，随着纳米技术的进一步发展极有可能推行“纳米环保”。 * 　　 研究表明，光的照射可引起Ti02表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构。这样在宏观的Ti02表面将表现出奇妙的超双亲性。利用这种原理制作的新材料，可修饰玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清洁及防雾等效果。这种双亲二元协同原理，同样，可以用来指导我们进一步设计和创成在其他基材上使用的超双亲性修饰剂。例如，在纤维及衣物上使用修饰剂，将使它们具有超双亲性。可以设想洗涤衣物可以仅用清水冲洗，不再使用传统的洗洁剂；同样也可以应用到人造血管和人造人体器官的表面修饰，以防止血栓的形成，并且改善同活体组织的兼容性，来实现长时间的使用寿命。上述材料，对人类生活和净化环境都是十分重要的。　　 * 半导体有着基本填满电子的满带和基本上空的导带，两者中间是禁带，它的导电是依靠导带底的少量电子满带顶的少量空穴。 * 1972年日本的Fujishima和Honda在Nature杂志上报道了二氧化钛（TiO2）电解水的现象之后，半导体TiO2光摧化材料的研究引起了国际上化学、物理学和材料学等领域科学家的广泛关注，在纳米半导体TiO2材料的制备、结构、性能以及光催化理论等方面进行了大量的工作，进行了有关纳米半导体TiO2材料在污水处理、空气净化以及微生物净化等方面的研究，发现其在环境保护方面有广阔的应用前景，是“21世纪利用太阳能净化环境的又一技术革命”。 * （1）由光子形成带电体；（2）带电体重新结合释放能量；（3）发生价带空穴的氧化反应； （4）发生导带电子引起的还原反应；（5）进一步的热和光催化反应，产生矿物化产品；（6）在悬挂的表面键捕捉一个导带电子生成Ti（IV ）；（7）捕捉表面钛团簇上的价带和空穴。 * （1）由光子形成带电体； （2）带电体重新结合释放能量； （3）发生价带空穴的氧化反应； （4）发生导带电子引起的还原反应； （5）进一步的热和光催化反应，产生矿物化产品； （6）在悬挂的表面键捕捉一个导带电子生成Ti（IV ）； （7）捕捉表面钛团簇上的价带和空穴。 * * * 纳米二氧化钛的光催化原理 纳米半导体TiO2材料净化环境发理论研究表明：在紫外光照射下，TiO2材料使水和氧气转变为羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2—），这些自由基与有害的气体和微生物相互作用，使空气净化。 为什么纳米颗粒具有光催化效应？晶粒尺寸减小到一定程度后，光能隙蓝移，对应于更高的氧化-还原电位，因而有更强的氧化-还原能力；晶粒尺寸减小后光生载流子迁移到晶粒表面的时间大大缩短，有效地减少了光生电子和光生空穴的体相复合。因此，制备高比表面积的超细二氧化钛颗粒有望显著提高其光催化活性。 * 当一个具有hv能量大小的光子或者具有大于半导体禁带宽度Eg 的光子射入半导体时，一个电子由价带激发到导带，因而在导带上产生一个高活性电子（e- ），在价带上留下了一个空穴（h+ ），形成氧化-还原体系。溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终生成高活性的羟基自由基（. OH ），羟基自由基可以氧化难以被生物转化的各种有机物并使之矿化。有机物在光催化体系中的反应属于自由基反应： TiO2 * ------当二氧化钛晶格吸收紫外线光能，电子即发生跃迁，形成电子-空穴对(ｅ-ｈ)，它们一方面可重新结合，以热量或产生荧光的形式释放能量；另一方面可离解成在晶格中自由迁移至晶格表面或其他反应场所的自由空穴和自由电子，并被表面基因捕获，通常情况下二氧化钛表面水合化产生的ＯＨ-捕获自由空穴，产生羟基自由基·ＯＨ- 。而游离的自由电子ｅ-很快与吸收的氧气结合生成超氧自由基。 * 空气分子是由原子组成的 ,原子是由原子核和电子组成的。原子核带正电荷 ,电子带 负电荷。当正电荷和负电荷的数量相等时 ,空气分子和原子呈电中性。当空气分子受到外 界条件如电离剂的作用后 ,获得足够的能量 ,而使原子核外围的价电子之一脱离原子核的 束缚而跃出轨道变成自由电子 ,使失去电子的中性