光催化剂材料
光催化剂的发展前景与突破
光催化剂的发展前景与突破 一、解决人类生存的重大问题 光催化学科是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域。光催化剂的研究应用一旦获得突破，将可以使环境和能源这两个二十一世纪人类面临的重大生存问题得以解决。 利用太阳能光催化分解水制氢H2O →H2 + ?O2 彻底解决能源问题利用环境光催化C6H6 + 7 ? O2 → 6 CO2 + 3H2O 彻底解决污染问题光催化以其室温深度反应和可直接利用太阳光作为光源来驱动反应等独特性能而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。 二、光催化研究领域急需解决的重大科技问题 目前以二氧化钛为基础的半导体光催化存在一些关键科学技术难题，使其广泛的工业应用受到极大制约，而这些问题的解决有赖于深入系统的基础研究。 最突出的问题在于： （1）量子效率低（～4%） 难以处理量大且浓度高的废气和废水，难以实现光催化分解水制氢的产业化。 （2）太阳能利用率低 由于TiO2半导体的能带结构(Eg=3.2eV)决定了其只能吸收利用紫外光或太阳光中的紫外线部分(太阳光中紫外辐射仅占~5 %)。 （3）多相光催化反应机理尚不十分明确
以半导体能带理论为基础的光催化理论难以解释许多实验现象，使得改进和开发新型高效光催化剂的研究工作盲目性大。 （4）光催化应用中的技术难题 如在液相反应体系中光催化剂的负载技术和分离回收技术，在气相反应体系中光催化剂的成膜技术及光催化剂活性稳定性问题。 上述关键问题也是目前国内外光催化领域的研究焦点，围绕这些问题开展进一步的研究不仅可望在光催化基础理论方面获得较大的突破，而且有利于促进光催化技术真正能在上述众多领域得到大规模广泛工业应用。 三、光催化领域的最新研究进展 近年来，光催化的基础与应用研究发展非常迅速，特别是在可见光诱导的新型光催化剂的研究、提高光催化过程效率的研究和光催化功能材料的研究等方面都取得了重要进展。 1、可见光诱导的光催化剂研究方面取得重大突破 采用固相合成、过渡金属离子和非金属离子掺杂、金属-有机络合物、表面敏化、半导体复合等多种方法，制备出了一系列新型非二氧化钛系或二氧化钛基可见光光催化材料，这些材料在可见光的照射下，能将H2O分解为H2和O2，或能有效降解空气、水中的有机和无机污染物。 2、为解决多相光催化过程效率偏低的问题，近年从提高催化剂自身的量子效率和改进反应过来程条件两个方面开展了大量的研究工作，取得了重要进展。 采用离子掺杂、半导体复合、纳米晶粒制备、超强酸化等方法，提高光生载流子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合，在一定程度上改善了光催化剂的量子效率。 3、光催化材料超亲水性的发现，开辟了光催化研究和应用的新领域 利用光催化膜的超亲水性和强氧化性等特性，研制开发出一系列光催化功能材料，如光催化自清洁抗雾玻璃、光催化自清洁抗菌陶瓷和光催化环保涂料等。这些功能材料已开始在建筑材料领域应用。与之相应的光催化膜功能材料的基础研究也有大量的文献报道。 4、超分散性及可见光活性实现突破 河南工业大学李道荣教授开发出了超分散性及可见光活性纳米二氧化钛光
新型光催化抗菌剂
新型光催化抗菌剂——纳米二氧化钛的研究发展 摘要介绍了TiO2光催化材料的抗菌与杀菌原理、特点及提高其杀菌性能的方法,并对其应用前景作了简要评述。 关键词二氧化钦光催化抗菌 Abstract :This paper introduced the antibacterial and bactericidal principle , characteristicsand the methods to improve the bactericidal performance of TiO2 photocatalytic materials.Their prospects of application were briefly reviewed. Key words :Titanium dioxide ; Antibacterial materials ; Photocatalysis 1 前言 随着科技进步与健康卫生意识的加强,抗菌材料研发越来越受到科技界和产业界的广泛关注。抗菌材料主要是通过添加抗菌剂来达到抑制、杀灭细菌的目的。 细菌、霉菌作为病原菌对人类和动植物有很大的危害,影响人们的健康,甚至危及生命,微生物还会引起各种工业材料、食品、化妆品、医药品等分解、变质、劣化、腐败,带来重大的经济损失,因此,具有杀菌和抗菌效应的商品越来越受到人们的关注。一般而言,抑制细菌增强和发育的性能称为抗菌,杀死细菌或接近无菌状态的性能称为杀菌,具有抗菌或杀菌功能的材料通称为抗菌材料。人工合成的抗菌材料可分为无机和有机两大类,由于有机类抗菌材料存在抗菌性较弱,耐热性、稳定性较差,自身分解产物和挥发物可能对人体有害,不适合用于高温加工等缺点,限制了其使用,并逐渐被无机类的抗菌材料所替代。传统的无机类抗菌剂由银、铜、锌等金属离子担载于沸石、磷酸锆、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体组成。近年来,以二氧化钛为代表的光催化材料得到了广泛的研究,由于TiO2 光催化抗菌材料作用效果持久,利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光作激发源就可具有抗菌效应,且具有净化空气、污水处理、自清洁等光催化效应,在环保方面展示了广泛的应用前景,已成为新一代的无机抗菌净
光催化剂
光催化剂研究进展 李少坤 （化学院11级材料化学3班，20110480） 【摘要】：本文主要介绍了近几年工业上光催化剂的最新研究进展，主要涉及到纳米TiO2光催化剂的改性进展，光催化制氢用纳米结构光催化剂的研究进展以及新型光催化剂ZrW2O7(OH)2(H2O)2的光解水产氢产氧性能等。 【关键词】：纳米TiO2；光催化剂；水分解；改性 自从1972年Fujishima A 等发现TiO 2 单晶电极可以实现光分解水以来，多相光催化反应一直是催化领域的一个极其重要的研究课题，光催化分解水制氢，光 催化还原CO 2 制备有机物、光降解有机污染物等重要光催化过程向人们展示了诱人的应用前景。30多年来，光催化研究无论是在理论上还是在应用研究方面都取得了重要的进展。 一、纳米TiO2光催化剂的改性进展 1.纳米TiO 2 光催化的反应机理 纳米TiO 2 多相光催化过程是指TiO2材料吸收外界辐射光能,激发产生导带电子(e-)和价带空穴(h+),进而与吸附在催化剂表面上的物质发生一系列化学反应 的过程。如锐钛矿型TiO 2 的禁带宽度为3.2 eV,它具有较强的光活性,当它吸收了波长小于或等于387.5 nm的光子后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+,在电场的作用下,电子与 空穴发生分离,迁移到粒子表面的不同位置。分布在表面的h+可以将吸附在TiO 2 表面的OH-和H 2 O分子氧化成·OH自由基。·OH自由基的氧化能力是水体系中存在的氧化剂中最强的,可破坏有机物中C—C键、C—H键、C—N键、C—O键、O—H键和N—H键,因而能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物,将其最终降解为 CO 2、H 2 O等无害物质[1, 2]。 2、纳米TiO2光催化剂的改性
高效光催化剂的制备及应用
171 近几年的研究发现，贵金属掺杂在半导体中能使催化剂的性能得到提高。Chao等[1]研究发现了贵金属银掺杂后会提高光催化剂的活性，会使TiO 2发生由金红石相到锐钛矿相的转变，细化晶粒尺寸，光催化剂的比表面积由于改性会明显变大。林乐瑜等[2]制备了Ag、La共掺杂改性的光催化剂，以工业上较难降解的染料分子甲基橙溶液为目标污染物，研究发现改性后的吸收光谱出现较大程度的红移，证明了可见光化效果显著。因此本文考察贵金属Ag 和稀土金属Sm共掺杂改性光催化剂的性能，进一步探索这两种离子之间的协同作用。 1?实验部分 光催化剂的制备过程见图1。 30min 图1?光催化剂的制备过程 本文的目标污染物是40mg/L的甲基橙溶液，以它的降解效果评价催化剂的性能。 2?表征和分析讨论?2.1?光催化活性测试 图2?煅烧温度500℃下不同离子掺杂配比在紫外光源下的光催化 性能曲线 经过Ag、Sm两种元素共掺杂改性后光催化剂由图1可以看到活性进一步提高，改性光催化剂不仅受离子掺杂浓度的影响，还与不同离子的摩尔配比有关。通过大量实验得到，贵金属Ag和稀土金属元素Sm的最佳掺杂量分别为0.5％、0.1％。这两种离子间存在协同机制。 aTiAg（0.5）Sm（0.1）400；bTiAg（0.5）Sm（0.1）500；c TiAg（0.5）Sm（0.1）600 dTiAg（0.5）Sm（0.1）700；e Ti500 图3?不同温度煅烧制备样品在紫外光源下对光催化性能的影响 在贵金属Ag和稀土金属元素Sm的最佳掺杂量分别为0.5％、0.1％下考察不同煅烧温度的影响。如图3所示，500℃时为最佳煅烧温度，此时光催化活性最优。 3?结论? 贵金属Ag和稀土金属元素Sm这两种元素由于协同作用可以使光催化剂的活性得到提高。本文中，500℃是最优煅烧温度，2h是最佳煅烧时间，Ag、Sm最佳摩尔配比是0.5∶0.1，在此条件下光催化活性最高。 参考文献 [1]Chao?H.E.，Yun?Y.U.，et?a1.?Effect?of?silver?doping?on?the?phase?transformation?and?grain?growth?of?sol-gel?titania?powder[J].?Journal?of?the?European?Ceramic?Society，2003，23：1457-1464. [2]林乐瑜，程永清，等.?镧、银离子掺杂对TiO 2光催化活性的影响[J].?钛工业进展，2010，27（5）：23-27. 高效光催化剂的制备及应用 刘倩1?郑经堂2 1. 东营职业学院 山东 东营 257000 2. 中国石油大学（华东）重质油国家重点实验室 青岛 266555 摘要：采用sol-gel法制备了一种新型高效光催化剂，利用重金属离子Ag和稀土金属离子Sm共掺杂改性纳米粒子TiO 2，降解产物是甲基橙染料废水。研究表明，500℃是最优煅烧温度，2h是最佳煅烧时间，Ag、Sm最佳摩尔配比是0.5∶0.1，在此条件下光催化活性最高。 关键词：银、钐共掺杂?二氧化钛?甲基橙?光催化基金项目：国家自然科学基金资助项目（21176260）；山东省自然科学基金资助项目（ZR2009FL028）资助?
新型半导体光催化剂——纳米氧化亚铜的性质以及应用研究
新型半导体光催化剂——纳米氧化亚铜的性质以及应用研究 作者：黄祖斌 摘要：综述了纳米氧化亚铜作为半导体光催化材料的性质和在污染降解方面的应用。全文分三部分，首先对半导体光催化材料的应用现状进行了阐述；然后简要对纳米氧化亚铜作为半导体光催化材料的结构和电磁性能进行分析，详细描述了半导体光催化的光催化机理；最后，指出了该材料目前研究的前沿状况同时也指出了其目前的研究困境和需要进一步改善的方面。 关键词：纳米氧化亚铜；光催化，电子—空穴对；光量子产率及光能利用率 1.引言 近几十年来，随着现代化工工业的飞速发展，工业废气、废水、农业农药和生活垃圾等污染物的骤增，使人类赖以生存的环境——空气和水源受到日益严重的污染。这些污染物可归为3类：(1)有机污染物(R)；(2)元机污染物；(3)有害金属离子(M )和有害氮氧化合物(NO x )。不容置疑，空气和水的净化、解毒已成为人们必须十分重视的环境保护研究课题。传统的污染处理措施．如空气分离(air-stripping)、碳吸附(carbon—absorption)等，只是对有机、元机污染物的一种转移、转化、稀释处理，没从根本上把它们分解成无毒物质，有时还造成二次污染；而采用氧化和臭氧处理的方法，因为可能会对环境带来其它副作用，具有风险性而被弃用在环境保护应用方面。近20多年来．光催化技术作为一种行之有效的方法对环境污染物具有很好的处理效果，因而成为研究的热点问题。其中半导体异相光催化因其能够完全催化降解污染空气和废水中的各种有机物和无机物而成为最引人注目的新技术，该技术能将许多有机污染物可以完全降 解成为C02、H 20、C1-、P0 4 3-等无机物，从而使体系的总有机物含量(TOC)大大降 低；许多无机污染物如CN-、NO x 、NH 3 、H 2 S等也同样能通过光催化反应而被降解。 半导体光催化是指半导体催化剂在可见光或紫外光作用下产生电子——空穴对，吸附在半导体表面的02、H 2 0及污染物分子接受光生电子或空穴，从而发生一系列的氧化还原反应，使有毒的污染物得以降解为无毒或毒性较小的物质的一种光化学方法：此法可在常温下进行，可利用太阳光，具有催化剂来源广、价廉、无毒、稳定、可回收利用、无二次污染等优点。目前降解有机污染物的光催 化剂多为N 型半导体材料．如TiO 2、ZnO 、CdS、WO、SnO 2 、Fe 2 3 等。但在众多 半导体光催化剂中，二氧化钛、纳米氧化亚铜因其氧化能力强、催化活性高、稳定性好等优势一直处于光催化研究的核心地位。本文就纳米氧化亚铜作为优质半导体催化材料进行阐述。 2纳米氧化亚铜结构 Cu 2 O的晶格结构是带有共价性低配位的所谓红铜矿(氧化亚铜)型结构，如图1
光催化剂
光催化剂概述 第一篇 通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。 光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。 世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。在早期，也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。 二氧化钛是一种半导体，分别具有锐钛矿(Anatase)，金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。 二氧化钛是氧化物半导体的一种，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨 道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。从而在材料价带形成光生空穴[Hole+]，在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大，光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合，从而从宏观上我们无法观察到光子激发的效果。但是纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小，所以电子比较容易扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出一般有机污染物的分子链的强度，所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。这种在一个区域内2个微区截然相反的性质并且共同达到效果的过程是纳米技术典型的应用，一般称之为二元论。该反应微区称之为二元协同界面。
新型BiOBr光催化剂的合成及催化性能研究完整论文
- 分类号：O643.3 2014届本科生毕业论文 题目：新型BiOBr光催化剂的合成及催化性能 研究 作者姓名：叶玲 学号：2012090710 学院、专业：生物与化学工程学院、化学工程与工艺指导教师：孝杰 指导教师职称：讲师 2014 年6 月6 日
摘要 本文以金属铋、浓硝酸、溴化钠和醋酸等为原料，利用水热法在不同的条件（不同的温度、不同反应时间）下成功的制备出了BiOBr光催化剂。利用扫描电子显微镜、X光电子能谱仪、X-射线衍射仪、红外吸收光谱、粒度分析仪等仪器并对合成催化剂进行了性质表征。结果表明所合成催化剂形貌为规则花球状团簇化合物，粒径分布均匀，80℃/2h、120℃/2h、120℃/4h、120℃/6h合成的粒径分别大概为110nm、25nm、72nm、230nm。以对苯二酚为目标污染物，研究所制备BiOBr催化剂的光催化性能，研究了不同制备条件、不同催化温度、不同催化反应时间、不同催化剂用量、有无光照等对催化性能的影响，结果表明120℃/6h制备的BiOBr光催化剂在35℃恒温下，经过紫外光照催化活性最好，降解效率达到79％。 关键词：BiOBr；光催化剂；制备；光催化性能；水热法
ABSTRACT BiOBr photocatalyst was synthesized by bismuth, concentrated nitric acid, sodium bromide and acetic acid using hydrothermal method at various temperature and different reaction time. Base on analytical method of scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, infrared absorption spectroscopy and particle size analyzers ,the catalysts were characterized. The results showed that the morphology of synthesis catalyst appeared to globular clusters and particle distribution is uniformity. The catalysts were synthesized under 80 ℃/ 2h, 120 ℃/ 2h, 120 ℃ / 4h, 120 ℃ / 6h, the particle diameters were 110nm, 25nm, 72nm, 230nm respectively. In order to study photocatalytic properties of BiOBr, target pollutants was chose to hydroquinone, catalytic performance of catalysts were studied in different preparation conditions, such as different catalytic temperature different catalytic reaction time, different amount of catalyst, and the presence or absence of light. The result indicated: BiOBr was synthesized at 120 ℃ / 6h. The catalytic activity of BiOBr was better when it was prepared at 35 ℃under UV irradiation. The degradation efficiency was 79%. Keywords: BiOBr; Photocatalyst; Thesis; Photocatalytic properties; Hydrothermal
高效纳米线光催化剂
高效纳米线光催化剂 TiO2@ZnO n-p-n异质结 陈晓旭，唐群委* （中国海洋大学材料科学与工程研究院，山东青岛266100） 摘要：通过水热法成功合成直径为30nm、具有核壳纳米结构的TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒。经证实，其光催化降解甲基橙的速率是纤维锌矿六方晶系ZnO的三倍。锐钛矿TiO2和Ti2O3沿着ZnO的晶格生长，在TiO2和ZnO的界面形成了p型Zn2+掺杂的Ti2O3，为此，由于Ti3+被Zn2+替换，形成了大量的n-p-n异质结。在内电场的驱动下，光生电子都从ZnO和TiO2的导带注入到Zn2+掺杂的Ti2O3的导带中，为此有效地提高了光生电子-空穴对的分离，并加速了电荷的传输。结果表明，TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米线在提高光催化剂的光催化活性方面具有很好的前景。 关键词：TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米线；Zn2+掺杂的Ti2O3；光催化降解MO A highly efficient TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorod photocatalyst CHEN Xiaoxu,TANG Qunwei (Institute of Materials Science and Engineering,Ocean University of China, Qingdao266100,Shandong Province,P.R.China;) Abstract:Shell@core-nanostructured TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorods with diameter of30nm were successfully fabricated via a hydrothermal method.The photodegradation rate of the TiO2@ZnO n-p-n nanorods evaluated by photodegrading methyl orange has been demonstrated to increase three times compared to that of wurtzite hexagonal ZnO.Anatase TiO2and Ti2O3grow along ZnO crystal lattices,which forms p-type Zn2+doped Ti2O3in the interface of TiO2/ZnO and therefore numerous n-p-n heterojunctions owing to the substitute of Ti3+by Zn2+.Under the drive of inner electric field,the photogenerated electrons are both injected to the conduction band of Zn2+doped Ti2O3from conduction bands of ZnO and TiO2,which efficiently enhances the separation of photogenerated electron-hole pairs and accelerates the transport of charges.The results suggest that TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorods are very promising for enhancing the photocatalytic activity of photocatalysts. Keywords:TiO2@ZnO n-p-n heterojunction nanorod;Zn2+doped Ti2O3;the photodegradation of MO 1、引言 核壳结构的一维(1D)半导体纳米结构一直是当前纳米科学和纳米技术的核心，并且在环境和能源应用领域已经激起了越来越大的兴趣。在众多的一维半导体材料中，具有3.37eV的宽带隙和60meV激子结合能的ZnO作为光催化剂、太阳能电池和可充电锂离子电池中的电极已经被广泛研究。然而，普遍使用的光催化剂和光生伏打器件中存在的挑战是，在氧化锌纳米棒表面，光生电子-空穴对的快速复合，导致了低的量子效率。并且，ZnO纳米棒的光谱吸收范围较窄，这成为了其广泛使用的另一个限制。为了解决这些问题，通过掺杂和沉积的方法，广泛地引入了贵金属纳米粒子来修饰ZnO，来提高光生电荷的分离。在众多的半导体组合当中，ZnO和TiO2的集成，由于其形成了p-n异质结而被认为是最有前途的候选之一。 在这项研究中，水热法合成TiO2作为外壳，Zn2+掺杂的Ti2O3作为中间层，ZnO作为内核的核壳纳米结构的TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒，旨在显著提高ZnO纳米棒的光催化活性。通过扫描电镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析、拉曼光谱，紫外可见分光光度计和X射线光电子能谱来表征其形态，晶体结构和光学性质。在紫外光照射下，通过光降解甲基橙来表征TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒的光催化性质。 2、实验 2.1实验原材料 本实验中用到所有原材料均为分析纯级，从Sigma-Aldrich Co.LLC购买。醋酸锌和钛酸四丁酯分别作为ZnO和TiO2的前驱体。TiO2纳米粒子来自平均粒径为30nm的P25粉体（锐钛矿/金红石=3/7）。MO作为目标染料进行光降解实验。 2.2合成TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒 通过水热法合成TiO2@ZnO n-p-n异质结纳米棒。具体的，0.005-0.02M醋酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]和0.04M NaOH(OH-和Zn2+的摩尔比为2:1)分别溶解到50ml溶液中。剧烈搅拌条件下，NaOH溶液和随后的乙二胺溶液滴加到醋酸锌乙醇溶液中(pH≈11.8,Zn2+和乙二胺摩尔比为1:2)。磁力搅拌30分钟后，TiO2纳米粒子(P25)(Ti和Zn的摩尔比为1:1)悬浮于100ml的反应物的混合溶液中，并密封在高压釜中，然后在160℃下保温8小时。
高效光催化活性BiOI
高效光催化活性BiOI-石墨烯的合成及其性能研究 朱玲1，王磊1，夏杰祥2，陈志刚1，* ( 1. 江苏大学环境与安全工程学院，镇江 212013；2. 江苏大学化学化工学院，镇江 212013 ) 目前，中空和多孔结构的光催化材料在清洁氢能源和环境保护方面有较好的应用，而BiOI 材料是一个层状结构的重要V-VI-VII 三元化合物。这类层状结构材料的特点是由[Bi 2O 2]层中交错了两层卤素原子形成[1]。为了进一步提高BiOI 的光催话活性，石墨烯纳米复合材料由于其特殊的结构和性能，成为光、电领域研究的热点。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp 2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料[2]。 本文用硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氧化石墨烯作为反应物，通过水热法合成BiOI 单体和不同比例的BiOI-石墨烯。本实验通过XRD 、XPS 、SEM 、TEM 等表征方法研究其结构，并对其构效关系进行分析。BiOI-石墨烯在可见光下降解罗丹明B 活性图如图1 所示，图中发现参杂量为2wt% BiOI-石墨烯的复合光催化材料的光催化活性最好，其光催化降解率是99.6%，比单体高出很多。本文对BiOI-石墨烯复合光催化剂光催化活性的增强可能的机理进行了讨论，认为这主要是因为石墨烯有很好的电子传导性，可以有效抑制BiOI-石墨烯的电子和空穴对的复合。 03060901201501800.0 0.20.4 0.6 0.8 1.0 C /C 0 Time/min BiOI 0.5% 1% 2% 3% 图1. 催化剂在可见光下降解罗丹明B(RhB)活性图 参考文献： [1] Wang W D, Huang F Q, Lin X P, Yang J H. Visible -light-responsive photocatalysts xBiOBr-(1-x)BiOI[J]. Catal. Commun. 2008, 9, 8-12. [2] A. Siokou, F. Ravani,S. Karakalos,O.Frank,M, Kalbac,C.Galiotis,Surface refinement and electronic properties of graphene layers grown on copper substrate:an XPS, UPS and EELS study, Applied Surface Science 257 (2011)9785–9790.
光催化剂的发展前景与突破
一、解决人类生存的重大问题 光催化学科是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域。光催化剂的研究应用一旦获得突破，将可以使环境和能源这两个二十一世纪人类面临的重大生存问题得以解决。 利用太阳能光催化分解水制氢H2O → H2 + ? O2 彻底解决能源问题 利用环境光催化 C6H6 + 7 ? O2 → 6 CO2 + 3H2O 彻底解决污染问题光催化以其室温深度反应和可直接利用太阳光作为光源来驱动反应等独特性能而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。 二、光催化研究领域急需解决的重大科技问题 目前以二氧化钛为基础的半导体光催化存在一些关键科学技术难题，使其广泛的工业应用受到极大制约，而这些问题的解决有赖于深入系统的基础研究。 最突出的问题在于： （1）量子效率低（～4%） 难以处理量大且浓度高的废气和废水，难以实现光催化分解水制氢的产业化。 （2）太阳能利用率低 由于TiO2半导体的能带结构(Eg=决定了其只能吸收利用紫外光或太阳光中的紫外线部分(太阳光中紫外辐射仅占~5 %)。
（3）多相光催化反应机理尚不十分明确 以半导体能带理论为基础的光催化理论难以解释许多实验现象，使得改进和开发新型高效光催化剂的研究工作盲目性大。 （4）光催化应用中的技术难题 如在液相反应体系中光催化剂的负载技术和分离回收技术，在气相反应体系中光催化剂的成膜技术及光催化剂活性稳定性问题。 上述关键问题也是目前国内外光催化领域的研究焦点，围绕这些问题开展进一步的研究不仅可望在光催化基础理论方面获得较大的突破，而且有利于促进光催化技术真正能在上述众多领域得到大规模广泛工业应用。 三、光催化领域的最新研究进展 近年来，光催化的基础与应用研究发展非常迅速，特别是在可见光诱导的新型光催化剂的研究、提高光催化过程效率的研究和光催化功能材料的研究等方面都取得了重要进展。 1、可见光诱导的光催化剂研究方面取得重大突破 采用固相合成、过渡金属离子和非金属离子掺杂、金属-有机络合物、表面敏化、半导体复合等多种方法，制备出了一系列新型非二氧化钛系或二氧化钛基可见光光催化材料，这些材料在可见光的照射下，能将H2O分解为H2和O2，或能有效降解空气、水中的有机和无机污染物。 2、为解决多相光催化过程效率偏低的问题，近年从提高催化剂自身的量子效率和改进反应过来程条件两个方面开展了大量的研究工作，取得了重要进展。 采用离子掺杂、半导体复合、纳米晶粒制备、超强酸化等方法，提高光生载流子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合，在一定程度上改善了光催化剂的量子效率。 3、光催化材料超亲水性的发现，开辟了光催化研究和应用的新领域 利用光催化膜的超亲水性和强氧化性等特性，研制开发出一系列光催化功能材料，如光催化自清洁抗雾玻璃、光催化自清洁抗菌陶瓷和光催化环保涂料等。这些功能材料已开始在建筑材料领域应用。与之相应的光催化膜功能材料的基
高效可见光催化剂的构建及催化增强机理研究
摘要 摘要 近几十年来，光催化技术作为一种绿色化学技术成为解决能源短缺和环境污染等问题的最佳途径之一，目前光催化技术的研究热点仍集中于探索开发具有宽光谱响应、高效载流子分离和表面化学反应的可见光催化剂。其中Ag3PO4和Bi2WO6由于其独特的物理化学性质和合适的能带结构，在能源转化和环境污染物降解等方面表现出优良的光催化性能，具有良好的应用前景。本论文以Ag3PO4和Bi2WO6为主要研究对象，首先探究形貌结构调控对二者可见光催化活性和稳定性的影响，随后通过构建异质结等手段设计并制备了一系列具有独特形貌结构的Ag3PO4和Bi2WO6基可见光催化体系，重点探究了多重改性手段对光吸收、光生载流子分离和迁移以及表面化学反应等过程的协同增强机理。同时为拓展光催化剂的应用范围，将所制备光催化剂应用于光催化降解多种水体有机污染物、选择性氧化有机合成和去除空气污染物NOx。具体研究内容如下： （1）利用Ag2CO3纳米棒为模板，通过表面离子交换反应制备得到多孔性Ag3PO4纳米管（Ag3PO4PNTs），其直径约为350nm，长度约为2.1μm，侧壁上存在直径为40～200nm的纳米孔。通过制备条件对比和结构表征发现H+和PO43-缓慢的释放速率是制备Ag3PO4PNTs的关键。相比于不规则的Ag3PO4颗粒（Ag3PO4IR），Ag3PO4PNTs独特的多孔管状纳米结构使其具有更大的比表面积和良好的孔结构，以及更好的光吸收能力和较低的光生载流子复合率，从而在光催化降解RhB和苯酚实验中表现出更优的可见光光催化降解活性，其降解RhB的速率是Ag3PO4IR的3.02倍。经循环五次后Ag3PO4PNTs仍保持良好且稳定的光催化性能。 （2）通过溶剂热法和煅烧处理制备得到由介孔纳米片多向自组装形成的三维多层级结构Bi2WO6光催化剂（MN-Bi2WO6），并将其用于光催化去除氮氧化物气体污染物。MN-Bi2WO6具有优异的光催化性能，能够在可见光下6min内NO降解率达到近90%，全光谱条件下2min内基本完全降解NO气体，同时表现出良好的可持续性和可重复性。通过对比光催化剂的形貌、比表面积、孔环境、光吸收和光生电子空穴对分离等性能，MN-Bi2WO6具有优异光催化活性的原因在于其具有孔径合适且相互连通的多层级介孔结构，使其拥有良好的气体渗透性和快速的物质传递速率。 （3）采用搅拌-超声剥离法和有机相原位合成法得到具有核壳结构的 I
光催化剂
收稿日期:1998210212.第一作者:孙福侠,女,1967年生,硕士,助理研究员. 联系人:孙福侠.Tel :(0411)46719912716;E 2mail :fxsun @https://www.360docs.net/doc/462500516.html,. 3中国科学院重大项目,批准号K J9512A12505. 纳米TiO 2光催化降解苯酚的动力学研究3 孙福侠1吴 鸣1王 红2王复东1顾婉贞1 (1中国科学院大连化学物理研究所,大连116023;2大连大学化学系,大连116622) 提 要 以125W 高压汞灯为光源,以TiO 2为催化剂,对不同初始浓度的苯酚水溶液进行了光催化降解实验;同时,考察了不同溶液p H 值时的光催化行为.根据实验结果,提出了与文献报道不同的TiO 2光催化降解苯酚的零级反应动力学模型. 关键词 二氧化钛,苯酚,光催化,降解,动力学模型 分类号 O643 作为模型反应,人们对TiO 2光催化降解苯酚已作了很多研究工作[1～5].大量研究结果表明,在以高压汞灯为光源并经Pyrex 玻璃滤光后,TiO 2光催化降解苯酚反应的速率遵循Langmuir 2Hinshelwood 或准一级反应动力学方程[6,7].Fotou 等[8]曾指出,在不采用Pyrex 玻璃滤光的情况下,苯酚降解速率可加快,此时苯酚降解动力学规律偏离一级反应动力学方程.我们的实验结果也表明,在直接使用高压汞灯无Pyrex 玻璃滤光的条件下,TiO 2光催化降解苯酚反应的速率明显提高,有关的动力学问题尚不能用现行理论来解释.本文着重研究了在紫外光源照射下,TiO 2光催化降解苯酚的动力学行为. 1 实验部分 1.1 试剂及催化剂 商品TiO 2(锐钛矿型,粒径20～30nm ),苯酚(分析纯),水为去离子水,再经二次重蒸处理. 1.2 光催化反应装置 反应装置采用内置光源的中空夹套式恒温磁力搅拌石英反应器.光源是125W 高压汞灯,汞灯外面套以石英管.恒温水浴温度约35℃. 1.3 光催化降解反应 将100ml 不同浓度的苯酚溶液和200mg 的TiO 2加入反应器中,经超声分散得TiO 22苯酚悬浊液.以鼓泡方式向悬浊液底部通入空气(60ml/min ).每10min 取样一次,放入离心管离心分离.取离心管中上层清液稀释后用光谱法测定苯酚溶液的浓度.在固定苯酚初始浓度时,不同p H 值条件下的光催化反应操作步骤与上相同,只是在反应溶液超声分散后,向TiO 22苯酚悬浊液中加入酸或碱调节p H 值.根据目标物苯酚在270nm 处的特征吸收峰,用日立200210型紫外2可见分光光度计测定苯酚的浓度.当苯酚浓度低于100 mg/L 时,苯酚标准溶液的工作曲线遵守朗伯2比尔定律,即A =εb ρ,故苯酚剩余百分率为ρ/ρ0=A /A 0.由此可求得溶液中苯酚的浓度.在无氧条件下,苯酚几乎不发生降解反应.在无TiO 2存在的条件下,苯酚的直接光降解速度非常缓慢,且有多聚物生成. 2 结果与讨论 2.1 苯酚初始浓度和溶液pH 值的影响 图1为不同初始浓度的苯酚溶液降解时其浓度随 第20卷第3期 催 化 学 报1999年5月Vol.20No.3Chinese Journal of Catalysis May 1999
光催化剂载体的分类及其应用发展
光催化剂载体的分类及其应用发展 摘要：近年来，为解决废水的降解，已经发展了很多治理技术，常见的有化学法，物理法等。光催化技术由于其热稳定性好，物美价廉，得到广泛应用，但是 光催化技术中催化剂粉末难分离，易失活限制其使用范围，故采用载体提高光催 化活性性能和回收率。 关键词：光催化，载体，回收率，发展； 1.前言 随着工业的大力发展，能源匮乏、环境污染日益加重，能源与环境问题是当代面临的两 大主题。在解决两大问题过程中，光催化崭露头角，作为一种极具魅力的技术被广泛研究。 光催化是一种具有反应条件温和、净化效果较好的工艺手段[1]。而一些纳米光催化剂，例如TiO2，粒径小，光生电子-空穴对复合率高，比表面积小，易于悬浮，凝聚，活性不稳定，循 环利用困难，并且分离回收之后的光催化剂也会有所损失，活性也有所降低。在保证光催化 性能的前提下，采用催化剂负载提高催化剂催化性能并且提高回收利用率[2-4]。为了有效解 决以上问题，本文就典型的光催化剂载体进行分类综述，分析其特点性能，并且指出其未来 应用发展方向。 2.光催化剂负载的分类及性能 光催化剂载体按大的分类，可分为无机载体和有机载体。 2.1硅基类载体 硅基载体包括SiO2，硅酸盐化合物以及衍生出来的硅酸盐产品等，种类繁多，易于获取、性质稳定，是良好的光催化剂载体。 2.1.1玻璃 常用的硅酸盐玻璃类载体有玻璃纤维，平板玻璃，微型玻璃珠等。Hui等[5]在多孔微型 玻璃珠上重复涂覆g-C3N4，550℃下煅烧，达到12wt%催化剂负载量。在可见光的照射下， 将所制备的黄色珠粒用以甲基橙的光催化降解，结果表明虽然负载后，g-C3N4光催化活性有 所下降，但成功的提高了催化剂回收率和稳定性，应用发展空间比较大。Wu等[6]以玻璃片 为载体，制备负载型氮掺杂二氧化钛，在可见光的照射下光催化降解亚甲基蓝，经过6h，降 解率达到62.58%，光催化剂复合载体表现出良好的光催化降解性能。 玻璃类材料物美价廉，模量高且部分具有良好的透光性，但玻璃是亚稳产物，热稳定性差，易折断。 2.1.2 硅胶 负载硅胶后的光催化剂比表面积大，吸附性能优异。除此之外，硅胶的存在提高了样品 的亲水性，Chen等[7]制备的硅胶负载型TiO2，对甲基橙的降解率比P25和TiO2提高了2和12倍。 2.2陶瓷基载体