二氧化钛光催化材料
二氧化钛光催化材料
学院：纺织与材料工程学院
专业：材料科学与工程（无机非金属）全学号：1001060116
班级学号：无机101—16
姓名：徐靖
指导教师：刘敬肖
完成时间：2013.5.30
目录
1．课题分析 (3)
2．检索策略 (3)
2.1 选择检索工具 (3)
2.2 选择检索词 (4)
2.3 拟定检索式 (4)
3．检索步骤及检索结果 (4)
3.1 百度搜索 (4)
3.2 超星电子图书 (5)
3.3 中国学术期刊网（CNKI） (5)
3.4 中文科技期刊数据库（VIP） (6)
3.5 万方数字化期刊全文数据库 (7)
3.6 国家知识产权局专利数据库 (8)
3.7 RSC英国皇家化学学会 (9)
4．检索效果评价 (10)
4.1 检索词的选择 (10)
4.2 检索技术 (10)
4.3 数据库的选择 (11)
5．文献综述 (11)
1.课题分析
随着工业的发展，环境污染问题已成为人们普遍关注的社会问题。对此，人们展开了治理污染、保护环境的科学研究，并取得了一定的成效。光催化技术是近几十年来发展起来的一种高效、环保、节能的新技术，它以半导体为催化剂，能够有效地利用太阳光催化氧化有毒污染物质，是一种有效治理污染、保护环境的方法。
光催化降解有机污染物的方法，具有节能、适用范围广及无毒等许多优点，具有极为诱人的前景。光催化氧化作为一种高级氧化技术，已日益收到国内外学者的关注。大量实验研究表明，TiO2催化剂光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性好，化学性质稳定，对生物无毒性；来源丰富，世界年消费量为350万吨；能隙较大，产生光生电子和空穴的电势电位高，有很强的氧化性和还原性，TiO2作为耐久的光催化剂已经被应用在处理各种环境问题上。
半导体TiO2是一种新型的高效光催化即剂，具有很强的氧化能力，在一定能量的光照条件下，它不仅能将环境中的有害有机物降解为二氧化碳和水，而且可以氧化去除大气中低浓度的NOx和含硫化合物（如硫化氢、二氧化硫）等有毒气体。另外，光催化剂TiO2还具有杀菌、除臭、防雾、自洁净等作用，可以进一步改善生活环境。TiO2光催化具有能耗低、操光催化性能，使操作简单、反应条件温和以及无二次污染等优点。纳米TiO2光催化氧化杀菌具有显著的优点:无需昂贵的氧化试剂，空气中的氧就可作为氧化剂；而二氧化钦催化剂价格低廉，无毒，化学及光化学性质稳定；自然光中的紫外光就可作为光源激发催化剂，因此无需能源，系统维护费用低；氧化还原反应无选择性，可以杀灭大多数的微生物。目前，二氧化钛光催化技术在环境保护中越来越受到人们的关注和重视，它对于环境保护、维持生态平衡、节约费用、实现可持续发展具有重大意义。
2.检索策略
选择检索工具
选择检索词
拟定检索式
由于不同检索工具的字段不同，因此将检索式（亦称提问式）在“检索步骤及检索结果”的各个具体检索工具中给出。
3.检索步骤及检索结果
百度搜索
检索式
A.搜索：纳米TiO2 and 制备and 应用
检索步骤与结果
打开百度搜索网页：在第一行检索框内输入检索式A，“and”用空格形式表示。限定在“简体中文”和“网页标题”内检索。得到1,790,000条检索结果。经过筛选，选择其中的4篇（但仅对其中的两篇进行详细介绍）：
[1]
【篇名】纳米二氧化钛制备及应用
【摘要】纳米材料是一种新型材料，一般是指粒径小于100nm的超微颗粒。这种超微颗粒具有表面积大，表面活性高，良好的催化特性，它具有金属和非金属的特异性能。随着现代科学技术的迅速发展，纳米材料被不断开发并合理运用于与人类生活息息相关的领域，如：纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锌等等，他们的应用也越来越广泛，人们对其要求也越来越高。就纳米二氧化钛而言，由于它具有极大的体积效应、表面效应、光学特性、颜色效应，故在光、电及催化环保等方面显示出其特殊性质，作为一种新型材料，其应用领域日益广泛。
【出处】上海汇精亚纳米新材料有限公司
[2]
【篇名】二氧化钛纳米材料的制备与应用
【摘要】此课设论文是关于纳米二氧化钛材料的制备及应用，论文主要根据二氧化钛的表征及性能，深入地讨论了纳米二氧化钛材料的一些制备方法及应用。从物理法和化学法、或从液相法和气相法，详细地概述了二氧化钛粉体制备和薄膜
制备。在诸多性能的分析下，二氧化钛纳米材料在污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌、防雾、自清洁功能等方面起到了实际作用。
【出处】北京化工大学北方学院2007年
超星电子图书
检索式
B.书名=光催化材料
检索步骤与结果
用检索式B进行检索，检索到4条结果：
[3]
【书名】环境光催化材料与光催化净化技术
【作者】蔡伟民，龙明策编著
【摘要】本基于作者课题的研究成果，阐述了光催化环境净化材料的研究方法、理论基础和设计策略，结合环境净化技术的研究方向和应用发展趋势，介绍了水、空气光催化净化和自洁净表面的应用状况和发展前景。《环境光催化材料与光催化净化技术》在内容上密切联系光催化发展的前沿，同时描述了光催化环境净化技术的工业应用全貌和前景。
【出版】上海交通大学出版社 2011年1月第1版16开pp234
[4]
【书名】二氧化钛半导体光催化材料离子掺杂
【作者】陈建华著龚竹青译
【摘要】《二氧化钛半导体光催化材料离子掺杂》系统地介绍了离子对纳米TiO2粉体和薄膜的掺杂试验结果及相关测试、分析和讨论，是一本系统描述TiO2离子掺杂的专著，具有较高的学术水平和参考价值。
【出版】科学出版社 2006年第1版16开精装24.9元
[5]
【书名】新型光催化材料纳米二氧化钛
【作者】任达森著
【摘要】本书对纳米二氧化钛光催化与超亲水性薄膜的制备及性能进行研究，同时对过渡金属掺杂对纳米一氧化钛薄膜的微观结构、光致特性、电化学性质等进行了深入的研究。
【出版】贵州人民出版社出版社 2006年6月第1版16开
[6]
【书名】纳米氧化钛光催化材料及应用
【作者】高濂
【摘要】本书从氧化钛晶体结构和光催化基本原理入手，深入浅出地讨论了纳米氧化钛晶相、能带结构和谱学特性等多种与材料及光催化活性密切相关的科学问题。
【出版】化学工业出版社 2002年12月第1版16开pp 289中国学术期刊网（CNKI）
检索式
C.篇名=光催化材料发表年度：从2005年—2013年
检索步骤与结果
用检索式C进行检索，命中658条结果，但选择其中4条进行详细说明：[7]
【篇名】光催化材料纳米TiO2 在环境中的应用
【作者】费海娟
【摘要】作为光催化材料的纳米TiO2因其稳定、廉价、无毒、高效而倍受人们的青睐，在环境工程中利用其光催化作用处理环境污染问题是一种很常见有效的方法。本文简要介绍了的光催化原理，进一步阐述了纳米TiO2自清洁功能在环境问题中的应用及其光化学活性在水处理中的应用。
【出处】江苏省南通市广播电视大学
【原文】该数据库提供了全文。
[8]
【篇名】光催化材料微结构调控的研究
【作者】黄柏标, 王泽岩, 王朋, 郑昭科, 程合锋
【摘要】结合作者近几年的研究工作, 从表面等离子增强光吸收, 异质结材料, 微观形貌调控和晶体形态调控三个方面, 回顾和总结了目前在光催化材料研究领域的最新研究进展。并对未来光催化材料的发展进行了展望。
【出处】山东大学晶体材料国家重点实验室
【原文】该数据库提供了全文。
[9]
【篇名】二氧化钛光催化技术的应用
【作者】姜丽娜,刘金华,孟德营
【摘要】二氧化钛具有稳定性好、光催化效率高和不产生二次污染等特点,有着广阔的应用前景。本文简单综述了二氧化钛在光催化方面的应用进展,并探讨了研究过程中存在的问题及发展前景。
【出处】山东轻工业学院材料学院
【原文】该数据库提供了全文。
[10]
【篇名】纳米TiO2光催化技术及其在降解汽车尾气中的应用
【作者】谢杰光，匡亚川
【摘要】介绍了纳米TiO2光催化技术及其降解汽车尾气的机理；总结了自降解汽车尾气路面的制备工艺，汽车尾气测试评价系统的研究现状，分析了汽车尾气降解效率及其主要影响因素；综述了纳米TiO2基路面的基本性能及其自降解汽车尾气路面的应用现状；分析了纳米TiO2基路面存在的一些问题和发展的趋势，并且指出了需进一步研究的方向。
【出处】中南大学土木工程学院
【原文】该数据库提供了全文。
中文科技期刊数据库
检索式
D．题名=光催化材料发表年度：从2005年—2008年
检索步骤与结果
用检索式D进行检索，命中257篇结果，但选择其中3条进行详细说明：[11]
【篇名】可见光响应纳米TiO2光催化材料研究进展
【作者】彭涛，周曦，李远志
【文摘】纳米TiO2光催化剂因其较宽的带隙而只能被紫外光激发，探索拓展其光敏感区域至可见光范围，从而使其可见光催化活性具有重要的意义，拓展纳米TiO2光谱响应范围的方法主要包括：金属掺杂、非金属掺杂以及表面光敏化等，对这方面的研究进展进行了简要综述。
【出处】武汉理工大学材料学院
【原文】该数据库提供了全文。
[12]
【篇名】纳米材料与技术在水处理中的应用
【作者】杨召营，李晓静
【文摘】从纳滤膜技术、纳米光催化技术、纳米还原性材料及纳米吸附性材料等四个方面介绍了纳米材料与技术在水处理中的应用并对发展前景进行了展望。【出处】山东华鲁恒升化工股份有限公司，海军工程大学天津校区
【原文】该数据库提供了全文。
[13]
【篇名】矿物负载TiO2光催化材料的研究进展
【作者】马玺，邓雁希
【文摘】综述了矿物负载TiO2光催化材料的制备方法与改性技术及其降解污染物的光催化机理。系统地论述了几种矿物负载TiO2光催化材料的研究现状及在环境科学研究中的应用。纳米TiO2作为光催化剂已在环境科学领域中广泛应用，矿物负载TiO2复合光催化材料的开发应用能解决TiO2本身存在的问题，因而有着极大的应用潜力。
【出处】中国地质大学（北京）材料科学与工程学院
【原文】该数据库提供了全文。
万方学术期刊数据库
检索式
E．论文标题=光催化材料
检索步骤与结果
用检索式E进行检索，命中774条结果，但选其中的3条进行详细说明：[14]
【篇名】TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
【作者】沈伟韧，赵文宽，贺飞，方佑龄
【文摘】TiO2多相光催化能利用太阳能有效降解多种对环境有害的污染物，使有害物质矿化为CO2、H2O及其它无机小分子物质。本文综述了TiO2光催化的机理，提高光催化能力的途径，多种具有代表性污染物的光催化降解处理方法，以及目前尚存在的一些问题，扼要介绍了近年来TiO2光催化反应及其在废水处理中应用
的研究进展及应用前景。
【出处】武汉大学化学系
【原文】该数据库提供了全文。
[15]
【篇名】光催化二氧化钛溶胶的制备
【作者】孙明，侯峰，阴育新，贾静露，李亚利
【文摘】以TiOs04为原料、氨水为沉淀剂、H202为络合剂合成出含有针状锐钛矿晶粒的TiO2溶胶，该溶胶具有光催化活性。用xRD、TEM等对产物结构和形貌进行了表征。结果表明钛酸沉淀pH值、H202的加入量、回流时间对二氧化钛溶胶光催化效果有影响。
【出处】天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室
【原文】该数据库提供了全文。
[16]
【篇名】新型光催化材料探索和研究进展
【作者】闫世成，罗文俊，李朝升，邹志刚
【文摘】综述了光催化反应基本原理、新型光催化材料开发策略及研究进展。分析了提高光催化材料量子效率的关键所在及开展新型光催化材料研究工作的重要性。展望了该领域的未来发展方向。
【出处】南京大学环境材料与再生能源研究中心
【原文】该数据库提供了全文。
SooPAT专利搜索引擎
3.6.1 检索式
F．中国专利=二氧化钛光催化材料
3.6.2 检索步骤与结果
用检索式F进行检索，命中886条结果，选择其中4条进行详细说明：[17]
【发明名称】铜-氮双掺杂二氧化钛光催化材料
【发明人】范晓芸王传义
【专利号】 200710026283.7
【摘要】本发明涉及一种铜-氮双掺杂二氧化钛光催化材料,该材料是由金属元素Cu及无机非金属元素N掺杂TiO2的光催化复合材料。该材料采用水热法制备,为不溶于水的白色粉末。该材料相对TiO2(P25)具有高的催化活性,在1小时内对亚甲基蓝的降解率达95%以上。本发明所述的材料具有降解速度快,无二次污染,催化剂易得、便宜,运行费用低,设备简单,投资少效果好的特点。
【原文】该数据库提供了专利说明书全文。
[18]
【发明名称】光催化水泥基材料的制备方法和光催化剂的制备方法
【发明人】李成武赵洪义朱化雨
【专利号】201010584022.9
【摘要】本发明实施例公开了一种光催化水泥基材料的制备方法和光催化剂的制备方法,该方法将纳米二氧化钛和粉煤灰混合,得到粉煤灰负载后的纳米二
氧化钛;将上转换材料和粉煤灰负载后的纳米二氧化钛复合,然后加热、煅烧,得到光催化剂;将所述光催化剂与水泥混合,得到光催化水泥基材料。由于上转换材料可将可见光转换成紫外光,因此,将上转换材料与纳米二氧化钛复合,提高光催化水泥基材料的光催化效率。此外,粉煤灰能够提高二氧化钛的比表面积,使TiO2更好的在水泥中分散,从而提高光催化水泥基材料的光催化效率。实验结果表明,本发明制备的光催化水泥基材料对氮氧化物、苯、甲醛等物质的分解率在80%以上。
【原文】该数据库提供了专利说明书全文。
[19]
【发明名称】一种光催化纳米材料
【发明人】胡海梅，阚苗，白莹，张启花，方波，白连社，李猛
【专利号】201110343737.X
【摘要】本发明公开了一种光催化纳米材料，由纳米银与纳米二氧化钛构成的混合物，所述纳米银与所述二氧化钛的质量比为0.5～10∶90～99.5；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米银与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。本发明混合物可用在冰箱除菌除异味方面，其可以涂覆在冰箱内件表面，也可以涂覆在其它基材上安装在箱体内。【原文】该数据库提供了专利说明书全文。
[20]
【发明名称】一种磁载二氧化钛光催化剂及其制备方法
【发明人】陶菲菲沈永淼胡小婉
【专利号】201110245846.8
【摘要】本发明公开了一种磁载二氧化钛光催化剂及其制备方法,属于材料制备技术领域,本发明的采用溶剂热法获得尺寸可调的四氧化三铁球形粒子,通过调节反应液的pH值、反应温度、反应时间等实验参数,控制钛酸丁酯的水解,使其均匀负载在四氧化三铁磁核表面,从而制得六方晶型磁载二氧化钛光催化剂。本发明提供一种制备工艺可控、安全可靠、产率高、可用于快速催化降解污染物的磁载二氧化钛光催化剂,且其易于实现工业化。
【原文】该数据库提供了专利说明书全文。
RSC英国皇家化学学会
检索式
G．full text= photocatalytic materials
检索步骤与结果
用检索式G进行检索，命中4079条结果，选择3条进行详细说明：
[21]
【title】In situ controllable synthesis platinum nanocrystals on TiO2 by novelpolyol-process combined with light induced photocatalysis oxidation 【author】Zhi Jiang,Hongyan Guo,Zheng Jiang,Guosheng Chen,Longfei Xia,Wenfeng Shangguan and Xiaojun Wu
【abstract】Clean Pt/TiO2 with highly dispersed controlled Pt
nanocrystals was prepared by a novel approach combining an in situ polyol process with light induced photocatalysis oxidation. The interaction between TiO2 and Pt under the assistance of surfactants hinders the agglomeration.
[22]
【title】One-pot synthesis of nitrogen-doped TiO2 nanorods with anatase/brookite structures and enhanced photocatalytic activity 【author】Ligang Gai,Xiuquan Duan,Haihui Jiang,Qinghu Mei,Guowei Zhou,Yan Tiana and Hong Liu
【abstract】Nitrogen doping in combination with a heterostructure can not only modify the band structure of TiO2 to make it more responsive to visible light, but also suppress charge recombination and lead TiO2 to have enhanced photocatalytic activity as compared to P25.
[23]
【title】 Development of alternative photocatalysts to TiO2: Challenges and opportunities
【author】 Mar?′a D. Hern_andez-Alonso,Fernando Fresno,Silvia Su_areza and Juan M. Coronado
【abstract】Since the early development of this technology in the 1970s, TiO2 constitutes the archetypical photocatalyst due to its relatively high efficiency, low cost and availability. However, during the last decade a considerable number of new photocatalytic materials, either semiconductor or not, have been proposed as potential substitutes of TiO2, particularly in the case of solar applications, for which this standard photocatalyst is not very suitable because of its wide band gap.
4.检索效果评价
检索词的选择
从课题字面选择
从课题字面选择的检索词，其相互间的关系多为限定关系，即利用布尔逻辑与进行组配，可提高查准率。例如，本课题从字面选出：光催化材料、环境材料、制备、用途、技术。至于“新技术”的“新”不能做检索词，而是应当体现在检索年代上，本报告选择2005-2013年（近八年）。
从课题内涵选择
一个课题如果仅从字面选择检索词，则会影响查全率。还应当从课题的内在涵义中选择，多为同义词、近义词、上下位词，当然，也有限定词（用于进一步提高查准率）。例如，本报告选出下列同义词：光催化、环境材料、治理、污染、净化。并补充了限定词：应用、发展、措施。例如，“TiO2”与“纳米TiO2”互为同义词，在检索式中用布尔逻辑或进行组配。
检索技术
布尔检索
所选择的检索工具都具有布尔逻辑与、逻辑或检索技术，只是具体算符的表示方法略有不同，例如百度检索词之间的空格代表“布尔逻辑与”。使用“布尔逻辑与”组配技术，缩小了检索范围，增强了检索的专指性，可提高检索信息的查准率；使用“布尔逻辑或”检索技术，扩大了检索范围，能提高检索信息的查全率。
限制检索
A．字段限制：在现代检索工具中，为了确定检索词在文献记录中出现的位置，采用字段（或叫检索项、检索入口）来限制查找的范围，从而提高查全率或查准
C．匹配限制：为提高查全率，均选用了模糊匹配检索。
数据库的选择
本报告限定在中文检索工具，均选择了综合型的检索工具，因为所选的检索工具几乎能囊括国内的文献资料。
从上述检索工具的检索情况看出，“中国学术期刊网”的查全率是最好的。但从检索的查准率来看，“中文科技期刊数据库”是最好的。“百度搜索”、“超星电子图书”、“SooPAT专利搜索引擎”的检索途径较少，灵活性差，而且不能限定检索时间。“万方学术期刊数据库”的文献量较少。而“RSC英国皇家化学学会”是专门用来查取外文文献的。
5.文献综述
光催化技术是先进氧化技术中具有代表性的技术之一。上世纪70年代日本科学家发现TiO2光催化现象以来，人们意识到光催化是一个重要的氧化方法–利用光催化可以降解有机污染物，以空气和水净化为目标的环境光催化迅速成为催化、材料和环境等科学领域研究的热点。该技术利用太阳光来净化环境，具有室
温下彻底降解污染物、无二次污染、广谱和长效等特征，被认为是一种理想的治理环境污染新技术。
光催化技术应用的关键是制备出具有高效活性的光催化材料。经历了30多年的发展，人们已经开发了氧化物、氮化物、硫化物、氧氮化物以及他们相应的固溶体光催化材料。按照光响应特性，可将这些光催化材料分为两类：一类是具有紫外光响应的光催化材料；另一类是具有可见光响应的光催化材料。
光催化环境净化过程实质上是光诱导下的氧化－还原反应过程，如图3所示，其净化原理是：光激发半导体产生光生电子–空穴，使氧分子或双氧水等活化生成具有更强氧化性的活泼自由基，进而把有机污染物、细菌或病毒完全氧化最终分解为二氧化碳和水等无毒的无机产物。光激发半导体产生的光生电子，还能将有害重金属离子还原至无毒价态，实现对受污染的空气、水和土壤的净化。国内外大量研究证明，光催化技术可去除美国环境保护署(EPA)所提出的应优先考虑的上百种有机或无机污染物中的大部分。光催化技术代表了新一代环境净化技术的发展方向，将成为未来环境净化的主流技术之一。
由于光催化技术代表了新一代环境净化技术的发展方向，因而受到世界各国政府的高度重视。在政府和企业的强力支持下，国际上有关利用光催化技术来控制和治理水、空气和土壤污染的应用基础研究与工程化研究工作发展非常迅速，光催化材料已经从第一代紫外光条件下工作发展到可见光甚至在微热条件下工作的第二代，使得光催化技术的应用迅速地向环境保护、国防、卫生医疗、建筑材料、汽车工业、制造业、纺织业、贵金属回收及食品保鲜等众多领域扩展。2000年以来，一个以光催化技术为基础的环保产业已经在几个发达国家初步形成，并表现出强劲的发展势头。光催化技术及其产品已成为国际研究开发的热点，光催化技术将会发展成为未来环境净化的主流技术之一。
近年来我国光催化研究和开发的总体水平有了很大提高。科研人员取得大批具有自主知识产权的应用研究成果，相关专利申请数量逐年大幅度增加，涵盖各种新型光催化材料和制备方法、光催化环境净化技术和光催化环保产品。光催化环保产业发展迅速，成立了一批与光催化技术相关的企业和公司，光催化环保产品已推向市场。此外，中国是第二代光催化材料国际标准起草的组长单位，这意味着中国将在未来的市场和产品等方面拥用更多的话语权，无形之中也将进一步促进我国光催化环境净化技术及其材料产业的发展。但是，我们不得不清醒地意识到，与发达国家相比，我国在光催化环境净化应用方面仍有很大差距。我国应尽快加大对光催化环境净化材料及其应用技术研究开发的支持力度，形成适合我国环境污染特点和具有自主知识产权的光催化技术研究开发平台及应用技术体系，为改变我国环保技术水平与环境污染治理重大需求不相适应的局面、实现环保技术跨越式发展奠定坚实的科学、技术与人才基础。
参考文献
TiO2光催化原理及应用
TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
二氧化钛光催化分解甲醛原理
二氧化钛光催化分解甲 醛原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
纳米二氧化钛光催化分解甲醛原理 1. 光催化剂的发现历史 自从1972年Fujishima和Honda[2]发现TiO2在受到紫外光照射时可以将水氧化还原生成氢，光催化材料就引起了科研人员的关注。而1976年Carey等[3]将TiO2的光催化作用应用于水中多氯联苯化合物脱氯去毒并取得了成功，从此TiO2作为一种去除有机物的一种有效方法应用到了水和空气的清洁净化领域。1985年，日本科学家Tadashi Matsunaga等[4]第一个发现了TiO2在紫外光下有杀菌作用。近年来科学家们又对TiO2进行了深入的研究，并取得了很大的进步。但是以前的研究多数是用溶胶凝胶负载在基材上，这样的负载量有限，所以对空气的净化的速率较慢。如何能够快速、便捷、安全、有效的除去室内的各种污染物及病菌成为一个亟待解决的问题。纳米TiO2良好的光催化性能使它成为了解决这一问的热点研究方向。纳米TiO2以其催化活性高、化学稳定性好、使用安全， 2. 纳米TiO2光催化机理 纳米TiO2是一种n型半导体氧化物，其光催化原理可以用半导体的能带理论来解释[5]。由于TiO2纳米粒子的粒径在1~100 nm，所以其电子的Fermi能级是分立的，而不是像金属导体中的能级是连续的，在纳米TiO2半导体氧化物的原子或分子轨道中具有一个空的能量区域，它介于导带与价带之间，称为禁带[6]，其宽度为 eV，当纳米TiO2接受波长为 nm以下的光线照射时，其内部价带的电子由于吸收光子跃迁到导带，从而产生空穴-电子对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的O2和H2O，产生高活性羟基自由基(·OH)和超氧离子自由基(·O2- )[7]，当污染物以及细菌吸附其表面时，会发生两个步骤：
tio2光催化技术
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者：北京化工大学徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径，我们可以合理利用 自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2．1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
Tio2的光催化性能研究
TiO2的光催化性能研究 摘要：主要介绍二氧化钛的光催化原理，基本途径，以及光催化剂的结构特性和影响因素，还讲述了关于二氧化钛的光催化应用。 关键字：二氧化钛光催化光催化剂 二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。 1 TiO2的基本性质 1.1结晶特征及物理常数 物性：金红石型锐钛型 结晶系：四方晶系四方晶系 相对密度：3.9~4.2 3.8~4.1 折射率： 2.76 2.55 莫氏硬度：6-7 5.5-6 电容率：114 31 熔点：1858 高温时转变为金红石型 晶格常数：A轴0.458,c轴0.795 A轴0.378,c轴0.949 线膨胀系数：25℃/℃ a轴：7.19X10-6 2.88？10-6 c轴：9.94X10-6 6.44？10-6 热导率： 1.809？10-3 吸油度：16～48 18～30 着色强度：1650~1900 1200~1300 颗粒大小：0.2~0.3 0.3 功函数：5.58eV
2TiO2的光催化作用 2.1光催化作用原理 二氧化钛是一种N型半导体材料，锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV，由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式： λg (nm)=1240/Eg(eV) 可知：当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时，价带中的电子就会发生跃迁，形成电子-空穴对，光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。除了上述变化途径外，光激发产生的电子、空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子、空穴俘获剂，储备的能量在几个毫秒内就会通过复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制，随后的氧化还原反应就会发生。在水溶液中，光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧，氧俘获电子形成O2-；OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂，空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有高度活性的?OH自由基，活泼的?OH 自由基可以将许多难以降解的有机物氧化为CO2和H2O。其反应机理如下： TiO2 + hv → h+ + e- h+ + e- →热量 H2O → H+ + OH- h+ + OH- → HO? h+ + H2O + O2- → HO?+ H+ + O2- h+ + H2O → HO?+ H+ e- + O2→ O2- O2- + H+ → HO2? 2HO2?→ O2 + H2O2 H2O2 + O2- → HO?+ OH- + O2 H2O2 + hv → 2HO? 从上述光催化作用原理分析可知道，光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映出光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响，相互制约。
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的测试
第 页（共 页） 课 程 ___________ 实验日期：年 月曰 专业班号 _____ 别 ______________ 交报告日期： 年 月 日 姓 名_ _学号 报告退发： （订正、重做） 同组者 _____________ 次仁塔吉 __________ 教师审批签字： 实验名称 _________________ 纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试 、实验目的 1. 了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。 2. 了解XRD 方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用 3. 了解光催化剂的（一种）评价方法 、实验原理 1.纳米TiO 2的制备 ① 纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于 100nm 的材 料。 纳米材料由于其组成粒子尺寸小， 有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应， 表面与界面效应 等。 ② 纳米TiO 2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。 本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米 TiO 2，主要利用金属有机醇盐能 溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。 该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。 西安交通大学化学实验报告
③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下 Ti OC4H9 4 4出0 =Ti OH 4 4C4H9OH Ti OH 4 Ti OC4H9 4=TiO2 4C4H9OH Ti OH 4 Ti OH 4=TiO2 4H2O 2. TiO 2的结构及表征 我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构: 无定形的TiO2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。 我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。 纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。 多晶相样品根据XRD测试获得XRD图谱。根据图谱的衍射角度对应的峰，我们可以测定 各晶相的含量。【用晶相含量百分比表示】（其中20-25为金红石型的特征衍射峰，25-27 为锐钛矿型的特征衍射峰） C A A A 100% A A A R 同时，根据XRD图谱可以估计样品的直径
第二节 二氧化钛光催化影响因素
第二节TiO2光催化影响因素 目前主要针对TiO 2 进行增加表面缺陷结构、减小颗粒大小增大比表面、贵金 属表面沉积、过渡金属离子掺杂、半导体复合、表面光敏化、以及改变TiO 2 形貌和晶型等方法来提高其量子效率以及扩展其光谱响应范围。研制具有高量子产率，能被太阳光谱中的可见光激发的高效半导体光催化剂，探索适合的光催化剂负载技术，是当前解决光催化技术中难题的重点和热点。 表面缺陷结构 通过俘获载流子可以明显压制光生电子与空穴的再结合。在制备胶体和多晶光催化是和制备化学催化剂一样，一般很难制得理想的半导体晶格。在制备过程中，无论是半导体表面还是体内都会出现一些不规则结构，这种不规结构和表面电子态密切相关，可是后者在能量上不同于半导体主体能带上的。这样的电子态就会起到俘获载流子的阱的作用，从而有助于压制电子和空穴的再结合[7]。 颗粒大小与比表面积 研究表明，溶液中催化剂粒子颗粒越小，单位质量的粒子数就越多，体系的比表面积大，越有利于光催化反应在表面进行,因而反应速率和效率也越高。催化剂粒径的尺寸和比表面积的一一对应直接影响着二氧化钛光催化活性的高低。粒径越小，单位质量的粒子数目越多，比表面积也就越大。比表面积的大小是决定反应物的吸附量和活性点多少的重要因素。比表面积越大，吸附反应物的能力就越强，单位面积上的活性点也就越多，发生反应的几率也随之增大，从而提高其光催化活性。当粒子大小与第一激子的德布罗意半径大小相当，即在1-10 nm 时，量子尺寸效应就会变得明显，成为量子化粒子，导带和价带变成分立的能级，能隙变宽，生成光生电子和空穴能量更高，具有更高的氧化、还原能力，而粒径减小，可以减小电子和空穴的复合几率，提到光产率。再者，粒径尺寸的量子化使得光生电子和空穴获得更大的迁移速率，并伴随着比表面积的加大，也有利于提高光催化反应效率。 贵金属沉积的影响 电中性的并相互分开的贵金属的Fermi能级小于TiO 2 的费米（Fermi）能级， 即贵金属内部与TiO 2相应的能级上，电子密度小于TiO 2 导带的电子密度，因此 当两种材料连接在一起时，载流子重新分布，电子就会不断地从TiO 2 向贵金属
tio2光催化技术
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者：北京化工大学 徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH ）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2．1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
氧化钛的光催化过程机理
石墨烯／二氧化钛复合光催化剂的制备方法 本发明涉及一种石墨烯／二氧化钛复合光催化剂的制备方法，步骤如下：将氧化石墨溶于有机溶剂，超声处理得到氧化石墨烯分散液；在氧化石墨烯分散液中加入钛盐前驱体，搅拌均匀；将混合好的分散液转移至水热反应釜，１２０～２００℃下反应４～２０小时；将反应所得到产物分别用无水乙醇与去离子水清洗，真空４０～８０℃下干燥８～２４小时得到石墨烯／二氧化钛复合光催化剂。本发明的优点在于原料普通易得，成本低廉，制备过程简单安全，所得产物中，ＴｉＯ２颗粒能均匀分散于石墨烯表面，两者间有较强的作用力，既避免了自身粒子的团聚，也有效防止了石墨烯片层的重堆积。结构上的优势使其具有优良的光催化活性，在环境保护与太阳能电池领域中都有潜在的应用价值。 所谓光催化反应 光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。 光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工艺，可以用于处理污水中CHCl3、CCl4、多氯联苯等难降解物质。另外，在有紫外光的Feton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。 编辑本段分类 光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其他的离子如NO3-、PO43-、Cl-等。有机物的光降解可分为直接光降解、间接光降解。前者是指有机物分子吸收光能后进一步发生的化学反应。后者是周围环境存在的某些物质吸收光能成激发态，再诱导一系列有机污染的反应。间接光降解对环境中难生物降解的有机污染物更为重要。 利用光化学反应降解污染物的途径，包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化过程。前者多采用氧和过氧化氢作为氧化剂，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又称光催化氧化，一般可分为均相和非均相催化两种类型。均相光催化降解中较常见的是以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质，通过photo-Fenton反应产生·HO使污染物得到降解，非均相光催化降解中较常见的是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴作用，产生·HO等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等式污染物全部或接近全部矿化。
二氧化钛光催化原理
TiO2光催化氧化机理 TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。 如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基，·OH 自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染 物，将其矿化为无机小分子、CO 2和H 2 O等无害物质。 反应过程如下： 反应过程如下： TiO2+ hv → h+ +e- (3) h+ +e-→热能（4） h+ + OH- →·OH (5) h+ + H2O →·OH + H+(6) e- +O2→ O2- （7）O2 + H+ → HO2·(8) 2 H2O·→ O2 + H2O2(9) H2O2+ O2 →·OH + H+ + O2(10) ·OH + dye →···→ CO2 + H2O (11) H+ + dye→···→ CO2 + H2O (12) 由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。 Ti02光催化氧化的影响因素 1、试剂的制备方法 常用Ti02光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。不同方法制得的Ti02粉末的粒径不同，其光催化效果也不同。同时在制备过程中有无复合，有无掺杂等对光降解也有影响。Ti02的制备方法在许多文献上都有详细的报道，这里就不再赘述。
二氧化钛光催化材料的制备与性能研究
毕业论文 题目二氧化钛光催化材料的制备 与性能研究 学院 专业 年级 学生学号 学生姓名 指导教师 2012年5月3日
二氧化钛光催化材料的制备与性能研究 摘要：半导体TiO2是光催化领域最常用和最重要的材料，在紫外光的激发下，TiO2产生电子一空穴对，具有强氧化能力，可用于降解污染气体和废水中的有机物，在环保等领域具有极广阔的应用前景。本论文通过溶胶—凝胶法制备TiO2光催化剂，以钛酸丁酯为单体，制备了稳定的溶胶。对它进行改性，能使其具有紫外-可见光响应、强氧化降解有机污染物的能力。将锌、铜、铁三种金属氧化物复合二氧化钛，对其进行改性，获得二氧化钛复合物。利用喷涂法将复合物负载在钢片上，利用紫外光催化法对上述改性材料的光降解有机废物的催化效果进行考察，实验表明，二氧化钛复合铁的氧化物，可增加其降解效果，同时证明了制备复合物时的烧结温度、pH值和催化时间等条件都对降解效果有一定影响。 关键词：二氧化钛；复合；光催化。
Preparation and Properties of Titanium Dioxide Photocatalytic Materials Ningxia University, School of Chemistry and Chemical Engineering 2012Session Chemical Engineering and Technology Li Yue 12008240242 Abstract: The semiconductor TiO2 photocatalysis is the most commonly used and most important materials under UV excitation，TiO2 electron-hole pair, with a strong oxidizing ability，can be used to degrade organic pollution gases and wastewater，in the field of environmental protection，etc. has very broad application prospects。In this thesis，prepared by sol-gel TiO2 photocatalysts，tetrabutyl titanate as the monomer，to prepare a stable sol。It was modified to give it a UV-visible light response，and strong oxidizing ability to degrade organic pollutants。Zinc，copper，iron，three kinds of metal oxide composite titanium dioxide and its modification，complexes of titanium dioxide。Use of spraying complex load in the steel，UV catalysis study，experiments show that the titanium oxide composite oxide of iron，can increase the degradation efficiency of the catalytic effect of the modified materials，photodegradation of organic waste the sintering temperature，pH value and the catalytic time when conditions in the preparation of compounds have a certain influence on the degradation effect。 Key words: titanium dioxide；compound；photocatalysis。
纳米二氧化钛结构与光催化性能关系
纳米二氧化钛结构与光催化性能关系 XXX XXX 摘要纳米级二氧化钛由于具有无毒、化学稳定性好、比表面积大、成本低等优异性能深受科研工作者的关注。其所具有的光催化性能使其在降解大气及水体中污染物领域具有广阔前景。本文从纳米二氧化钛结构出发，阐述纳米二氧化钛光催化机理，并简要说明不同元素掺杂纳米二氧化钛后对其光催化性能的影响。 关键词纳米二氧化钛; 光催化; 结构; 掺杂 自1972年FuJiShima和HonclaIIJ发现TiO2单晶电极在紫外光照射下可分解水及Bard将光电化学理论扩展到半导体微粒光催化后，TiO2作为一种半导体光催化剂吸引诸多学者的研究。由于TiO2具有良好的化学稳定性、抗磨损性、较大的比表面积、无毒、成本低以及可以直接利用自然光等优点，利用TiO2光催化氧化法处理水中有机污染物等方面有广阔的应用前景。然而TiO2半导体光催化剂在实际应用中存在一些缺陷如：带隙较宽(E =3.2eV)，只有在λ小于387.5 nm的紫外光激发下价带电子才能跃迁到导带上形成光生电子和空穴分离，而紫外光在自然光中仅占3％～5％，因此对自然光的利用率不高。另外半导体载流子的复合率很高，导致光量子效率很低，提高TiO2纳米粒子的光催化效率是利用TiO2光催化剂的关键。为了改善TiO2的光催化性能，研究工作者关于TiO2的制备方法、掺杂、催化剂载体、热处理等方面做了许多研究，其中掺杂因其容易实现、效果明显、应用范围广泛，而成为研究热点。[1] 1、纳米二氧化钛结构及其光催化机理 1.1 二氧化钛晶型 纳米二氧化钛具有锐钛矿，板钛矿及金红石型结构，其中以锐钛矿型光催化性能最好。其晶胞结构如下（其中红色为O，白色为Ti）： 锐钛矿型： 板钛矿型：
二氧化钛光催化剂
Ti O2纳米颗粒的制备及表征 在关于有关Ti O2纳米颗粒的研究中，制备方法的研究是很多的，同时，采用溶胶-凝胶法合成纳米Ti O2的文献报道比较多，通常采用溶胶-凝胶法合成的前驱物为无定形结构的，经过进一步的热处理后或者水热晶化才能得到晶型产物[49]。烧结过程能促使晶型转变，但是往往引起颗粒之间的团聚和颗粒的生长[50]。一般情况下，在大于300℃温度烧结处理得 到锐钛矿型Ti O2、大于600℃的温度烧结处理得到金红石型Ti O2。Ti O2的很多种性质取决于颗粒尺寸和晶化度。优化制备条件，得到分散性良好，催化性能好的光催化剂是很有研究意义的。 实验原理 溶胶-凝胶法是从材料制备的湿化学法中发展起来的一种新方法，是以金属醇盐或无机 盐为原料，其反应过程是将金属醇盐或无机盐在有机介质中进行水解、缩聚反应，使溶液形成溶胶，继而形成凝胶。凝胶经陈化、干燥、煅烧、研磨得到粉体产品。其中由于较多研究者以醇盐为原料，故也将其称为醇盐水解法。在溶胶-凝胶法中，溶胶通常是指固体分散在 液体中形成胶体溶液，凝胶是在溶胶聚沉过程中的特定条件下，形成的一种介于固态和液态间的冻状物质，是由胶粒组成的三维空间网状结构，网络了全部或部分介质，是一种相当稠厚的物质。 本文中，钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)在水中水解，并发生缩聚反应，生成含有氢氧化钛(Ti(OH)4)粒子的溶胶溶液，反应继续进行变成凝胶,反应方程式如下： 水解Ti(OC4H9)4+4 H2O →Ti (OH)4+ 4HO C4H9 (2-1) 缩聚2Ti (OH)4→[Ti (OH)3]2O+H2O (2-2) 总反应式表示为： Ti(OC4H9)4+ 2H2O→Ti O2 + 4 C4H10O (2-3) 上式表示反应物全部参加反应的情况，实际上，水解和缩聚的方式随反应条 件的变化而变化。反应过程为： (1) 水解反应：可能包含对金属离子的配位，水分子的氢可能与OR 基的氧通过氢键引起 水解。 (2) 缩聚反应：在溶液中，原钛酸和负一价的原钛酸反应，生成钛酸二聚体，此二聚体进 一步作用生成三聚体、四聚体等多钛酸。在形成多钛酸时Ti-O-Ti 键也可以在链的中部形成，这样可得到支链多钛酸，多钛酸进一步聚合形成胶态Ti O2，这就是通常所说的 Ti O2溶胶的胶凝过程[53]。 本论文选用价格较低、使用较为普遍的钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)作为钛源，选用乙醇为 溶剂，乙醇在钛酸四丁酯的水解反应过程中并不直接参与水解和缩聚反应，但它作为溶剂对体系起着稀释作用，它在Ti(OC4H9)4分子与水分子周围均形成由乙醇分子组成的包覆层， 阻碍反应物分子的碰撞，并在溶胶粒子周围形成“溶剂笼”，从而阻碍了溶胶粒子的生长以及溶胶团簇间的键合，使得干燥后的干凝胶能保持疏松多孔的状态，经焙烧后所得粒子比表面积较大。此外，在制备溶胶的过程中还要加入适量的冰乙酸，冰乙酸在反应过程中可能有两种作用：一是抑制水解，二是使胶体粒子带有正电荷，阻止胶粒凝聚，从而避免干凝胶粒尺寸过大。根据上述机理分析和本实验室前人研究的基础上，确定制备Ti O2溶胶的各物料组分摩尔比为Ti(OC4H9)4:HAc:H2O:Et OH:(NH4)2CO3 =1:2:15:18:X,其中X值变化的范围是0~4，加入碳酸铵的目的是使反应过程中产生气体和微小的固体载体，但又不会对生成的Ti O2造成掺杂等影响，使颗粒分散更均匀，细小。
二氧化钛作为光催化剂的研究
二氧化钛光催化剂的研究进展1972 年，等首次发现在光电池中受辐射的TiO2，表面能持续发生水的氧化还原反应，这一发现揭开了光催化材料研究和应用的序幕。1976 年等报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯。等也于1977 年用TiO2粉末光催化降解了含CN-的溶液。由此，开始了TiO2光催化技术在环保领域的应用研究，继而引起了污水治理方面的技术革命。近十几年来，随着社会的发展和人们对环境保护的觉醒，纳米级半导体光催化材料的研究引起了国内外物理、化 学、材料和环境等领域科学家的广泛关注，成为最活跃的研究领域之一。 TiO2 是一种重要的无机材料，其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能。以TiO2 做光催化剂的非均相光催化氧化有机物技术越来越受到人们的关注，被广泛地用来光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等。特别是在环境保护方面，TiO2 作为 光催化剂更是展现了广阔的应用前景。但TiO2 的禁带宽度是，需要能量大于的紫外光（波长小于380nm）才能使其激发产生光生电子-空穴对，因此对可见光的响应低，导致太阳能利用率低（只利用约3~5%的紫外光部分）。同时光生电 子和光生空穴的快速复合大大降低了TiO2 光催化的量子效率，直接影响到TiO2 光催化剂的催化活性。因此，提高光催化剂的量子效率和光催化活性成为光催化研究的核心内容。通过科学工作者对二氧化钛的物质结构、制备方法、催化性能、催化机理等方面的深入系统的研究，这种快速高效、性能稳定、无毒无害的新型光催化材料在废水处理、有害气体净化、
卫生保健、建筑物材料、纺织品、涂料、军事、太阳能贮存与转换以及光化学合成等领域得到了广泛应用。 1 TiO2光催化作用机理 “光催化”从字面意思看，似乎是指反应中光作为催化剂参加反应，然而事实并非如此。光子本身是一种反应物质，在反应过程中被消耗掉了，真正扮演催化剂角色的却是TiO2。因此，“光催化”反应的内涵是指在有光参与的条件下，发生在光催化剂及其表面吸附物（如H2O分子和被分解物等）之间的一种光化学反应和氧化还原过程。其具体的作用机理如下。 从结构上看，TiO2之所以在光照条件下能够进行氧化还原反应，是由于其电子结构为一个满的价带和一个空的导带。当光子能量（hν）达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，即生成电子（e-）、空穴（h+）对。通常情况下，激活态的导带电子和价带空穴会重新复合为中性体（N），产生能量，以光能（hν′）或热能的形式散失掉。 TiO2+hν→e-+h+ （1） e-+h+→N+energy（hν′ 掺氮TiO2光催化剂的制备、结构表征与光催化性能研究 姓名: 罗志勇学号: 20042401143 同组成员：潘曼、徐志锴实验时间：4月18日 1、引言 由于在太阳能转换和环境净化方面具有巨大的应用价值，光催化反应近年来受到广泛的关注。TiO 2 由于具有强氧化能力、化学性能稳定和价格低廉等优点，所以被认为是最具有实用化前景的光催化剂。但是，作为一种n型半导体，其较大的带隙能(金红石型3．03eV，锐钛矿型3．2eV)使得只有387nm以下的紫外光才能有效激发其价带电子跃迁到导带，所以对太阳 能的利用率仅仅为3％-5％，这制约了该项技术在实际工程中的应用。为了扩展Ti0 2 的响应波 长以利用太阳光，早期人们探索了以金属元素、金属氧化物掺杂或复合改性TiO 2 光催化剂，并取得了有意义的进展；但是金属元素掺杂常常会具有热不稳定性、容易成为载流子复合中心等缺点。2001年Asahi等首次通过理论计算证明以非金属元素掺杂改性的可行性。掺杂使得 TiO 2具有可见光催化活性，需满足下列要求：(1)掺杂应该在Ti0 2 带隙中形成能够吸收可见光 的能级；(2)导带最小能级，包括杂质能级，应高于TiO 2导带最小能级或高于H 2 /H 2 O电位以保 证其光还原活性；(3)形成的带隙能级应该与TiO 2 能级有足够的重叠，以保证光激发载流子在其寿命内传递到达催化剂表面的活性位置。 合成掺氮纳米二氧化钛的方法主要有溅射发、高温焙烧法、钛醇盐水解法、机械化学法、加热含Ti、N的有机前驱体法和溶胶凝胶法等。溅射法需要在真空下电离惰性气体形成等离子体，离子在靶偏压作用下轰击靶材，利用改变惰性气体成分和靶的材料就可以得到含氮量不同的掺氮二氧化钛薄膜。而高温焙烧法则是利用二氧化钛或其前驱物在含N气氛中焙烧，通过调节焙烧温度和气相中N的含量来制备不同比例的掺氮二氧化钛。机械化学法是利用各种强度较大的机械作用力使得物质的物理化学性质发生改变，从而使其与周围物质发生反应，借此得到掺氮二氧化钛。以上三种方法实施条件比较苛刻，在一般实验室中难以实现，所以本实验中没有考虑这三种方法，但是作为掺氮二氧化钛的研究，此三种方法可以为研究提供不同含N量的二氧化钛，也是合成掺氮二氧化钛的重要手段。钛醇盐水解法是利用钛醇盐在含氮水溶液中水解，从而制备出掺氮二氧化钛，这种方法可以在较低温度下达到掺杂目的，但是钛醇盐难以得到，所以该方法也不适合本实验中进行。综合的看各种合成方法，溶胶凝胶法是较为简单、有效地合成掺氮二氧化钛的方法，具体过程是在二氧化钛形成过程中引入N，N参与了钛盐水解过程或者溶胶凝胶过程，具体的机理至今仍未了解清楚。根据实际情况，本实验使用溶胶凝胶法合成掺氮二氧化钛。 掺氮二氧化钛的重要用途之一就是作为光催化剂，催化各种有机污染物的分解，经过掺 二氧化钛的光催化性能 摘要：以廉价易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛，工艺 过程简单、易控制、污染少，是一种制备二氧化钛的理想方法。同时研究了催化剂用量和时间对TiO2 光催化降解甲基橙的降解率的影响,实验结果表明当催化剂用量为4 g/L,光催化时间为60 min时,降解率可达到90%以上。 关键词: 二氧化钛，制备，甲基橙，光催化 TiO2 具有化学性质稳定、催化活性高、催化简单有机物彻底、不引起二次污染等优点,在污水处理、空气净化等领域被广泛研究。它利用半导体氧化物材料在光照时表面能受激活化的特性,利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味,无二次污染,不仅经济,而且自身无毒、无害及无腐蚀性,还可反复使用,并可望用太阳光为反应光源等特点而被广泛地应用到光催化降解有机污染物,是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。 目前，制备二氧化钛的方法很多，分类方法也有所不同。根据物理性质，分为气相法、固相法和液相法。气相法制备出的TiO2纯度高、分散性好、团聚少、比表面活性大，但是气相法的反应要求在高温条件下瞬间完成，对反应器的选择、设备的材质，加热方法等均有很高的要求，欲达到工业化生产还要解决一系列工程问题和设备材质问题。与气相法相比，液相法具有原料廉价、无毒、常温下可以反应、工艺过程简单、易控制、污染少、产品质量稳定等优点。因此，以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛是一种具有工业发展潜力的理想方法。其他实验方法 1实验部分 1.1实验试剂 99.9%的四氯化钛（分析纯）（天津市科密欧化学试剂有限公司），28%的氨水，97%的乙醇（洛阳市化学试剂厂），0.1mol/L的浓硫酸，0.1mol/L的氢氧化钠，0.1mol/L的硝酸银溶液，去离子水，二次蒸馏水 1.2 实验仪器 抽滤器烘箱 1.3 实验原理 将四氯化钛加入乙醇的水溶液中，让TiCl4水解后再加入含羟基或可释放出羟基的化合物（本实验用氨水），使其缩合，逐渐凝胶化后经干燥和煅烧可得二氧化钛粉末，反应如下： 水解反应： TiCl4 + 4C2H5OH = Ti(OC2H5)4 + 4HCl Ti(OC2H5)4 + 4H2O = Ti(OH)4↓+ 4C2H5OH 煅烧反应： 二氧化钛光催化剂及其在环境中的应用 随着工业化的迅猛发展与人口的不断增长，全球范围内的环境污染问题逐步加剧。光催化技术的核心——光催化剂可以利用清洁的太阳能有效地降解各类有机污染物，从而可以在一定程度上解决环境污染问题。二氧化钛基光催化剂研究包括能源领域的光解水制氢、太阳能电池、水体内污染物的去除以及CO2资源化利用等方面。本文简要分析了二氧化钛光催化剂的特点及在环境中的应用。 标签：二氧化钛；光催化剂；环境；应用分析 二氧化钛本身具有反应条件温和，无毒，无二次污染等优点，且能够降解难降解的有机污染物，在处理水污染等其他环境污染方面比传统的工艺有明显的优势。也可以循环利用，极大降低了成本。所以二氧化钛成为处理环境污染问题中的新兴材料，对环境保护有重要的意义。 一、二氧化钛的特点 在已开发的光催化剂中，二氧化钛由于具有较高活性、优异的稳定性、超亲水性以及低成本、环境友好等优点，成为目前研究最为广泛的光催化剂。虽然对TiO2的研究报道很多，但TiO2在实际应用中的缺点和不足却是无法避免的，主要包括：①TiO2的禁带宽度较大，只能对波长在390nm以下的紫外光产生响应，使其对太阳光的利用率较低；②光生载流子的复合概率比较大，从而降低了TiO2的催化活性；③TiO2在液相反应中容易流失、较难分离。基于这些缺点，目前针对TiO2的研究主要集中于TiO2的负载和改性技术，如图1。 二、纳米二氧化钛光催化剂的应用 光催化剂对环境保护和节约能源具有重大意义，纳米TiO2 在废水处理、大气净化等领域应用也越来越广泛。 （一）二氧化钛光催化剂在气体净化中的应用 近年来，空气中有害物质的去除引起了人们的关注。由于大部分空气污染物（如醛、酮、醇等）较易被氧化，因此用氧化法去除空气中的有害物质具有一定的可行性。去除空气中污染物常用的多相催化氧化法大都需要在较高温度下进行，而光催化能在室温下利用空气中的水蒸气和O2去除空气污染物。利用二氧化钛光催化剂在光照条件下可将空气中的有机物分解为CO2、HO2及相应的有机酸。目前，国内外学者对烯烃、醇、酮、醛、芳香族化合物、有机酸、胺、有机复合物、三氯乙烯等气态有机物的二氧化钛光催化降解进行了大量研究，其量子效率（反应速率，入射光密度）是降解水溶液中同样有机物的10倍以上。另外，在二氧化钛光催化反应中，一些芳香族化合物的光催化降解过程往往伴随着各种中间产物的生成，有些中间产物具有相当大的毒性，从而使芳香族化合物不适于液相光催化反应过程，如水的净化处理。但在气相光催化反应中，生成的中 二氧化钛光催化剂研究进展 工业催化张春明 摘要：催化是工业生产中追求高效率、高纯度、低耗能的有效手段。纳米TIO２以光催化凭着可以利用可见光进行催化反应而受到催化领域的亲昧,就纳米ＴIＯ２光催化剂目前的研究状况展开论述，并列举了ＴＩO2光催化剂应用领域和目前的制备方法。讨论了光催化剂的发展前景，揭示了目前光催化技术对当代化工事业的影响,并对未来的发展发表了预期的倡想。 关键词：二氧化钛光催化剂纳米材料研究进展 前言 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。 目前光催化反应已经在废水处理这一领域逐渐成效。光催化氧化具有很强的氧化能力，在环境污染治理等方面显示出了巨大的应用潜力，是近年来国内外的一个热点研究领域。由于TｉO2半导体光催化具有生物降解所无可比拟的速度快、无选择性、降解完全等优点，又在价廉、无毒、可以长期使用等方面明显优于传统的化学氧化方法,在环境污染治理方面具有广阔的应用前景。另外最新研究成果显示将TIO2 光催化分子负于磁性,可有效的进行分离回收和再生循环使用。因此,可磁分离的技术的研究成果更为TIO2 光催剂的应用进展画上了光辉的一笔。 作为高新技术纳米材料。纳米TiO２的制备方法主要分为气相法和液相法,前者包括氢氧火焰水解法、气相氧化法、钛酸盐气相水解法和气相分解法等，后者则包括溶胶一凝胶法、微乳法、水解法、水热合成法和一步合成法等。尽管气相法制备的TｉO2粉体粒度小、纯度高、分散性好，但工艺复杂、成本高且对设备和原料的要求较高。相比而言,液相法制备TｉO2的工艺简单、成本低廉、设备投资小，已成为国内研究纳米TiO2常用的方法。现主要列举有关制备ＴiO2 光催化剂的研究进展。 1.光催化剂 光催化是在光的辐照下使催化剂周围的氧和水转化成极具活性的氧自由基，氧化能力极强,几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质。可用作光催化剂化合物,大多是具有半导体性质的,如Tｉ02、ＺnＯ、WＯ３以及CdS、ＺnS等。TiO2是最常用的光催化剂，因为他的光化学稳定性好,无毒且与人体相容性好[1］。 1.1.光催化反应的发现 197２年Ｆｕｊishimａ等[7]报道了在可持续发生水的氧化还原反应，并产生氢气，这个特性引起了环保领域科研工作者的极大兴趣,从此开创了半导体光催化技术的新纪元。TiOz因光催化活性高、氧化能力强、无毒、化学稳定性好、价廉等优点而最受重视。在提高半导体催化活性方面，金属或金属氧化物与半导体复合组成的光催化剂发展得非常迅速，制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点。 1.2.Ti02光催化剂作用原理 当Ti0２吸收光子能量后,其价带上的一个电子跃迁到导带;原价带保留一个空缺，称为空穴,带正电荷。跃迁电子和电空穴都及不稳定,可供给周围介质,使其还原或氧化。因为Ｔi0２的带隙宽约为TiO2光催化剂
二氧化钛的光催化性能
二氧化钛光催化剂及其在环境中的应用
二氧化钛光催化剂研究进展