第三章 光催化及材料
光催化材料的性能研究及优化
光催化材料的性能研究及优化光催化材料是一种利用光能转化化学能的新型材料，具有广泛的应用前景。
其性能直接影响着光催化反应的效率和稳定性。
因此，研究光催化材料的性能并寻找优化途径显得尤为重要。
一、光催化材料的性能评价指标光催化材料的性能评价指标包括吸光性能、光生载流子分离效率、光催化活性、稳定性等。
其中，吸光性能直接影响着光能的利用率，而光生载流子分离效率则决定着光催化反应的速率。
光催化活性则是衡量材料在光催化反应中的表现，而稳定性则关乎材料的使用寿命。
二、提高吸光性能的方法为了提高光催化材料的吸光性能，可以从多个角度进行优化。
首先是调整材料的带隙结构，使得其吸收更多波长的光线。
其次是引入表面等离子共振效应，增强材料的光吸收能力。
此外，合理设计材料的形貌和结构，也能够有效提高其吸光性能。
三、提高光生载流子分离效率的策略光生载流子的快速分离是实现高效光催化反应的关键。
为了提高光生载流子分离效率，可以采用一系列手段。
例如，引入半导体异质结构，构建p-n结等势提高光生载流子的分离效率。
此外，调控材料的缺陷态和表面能级，也能有效促进光生载流子的分离。
四、提高光催化活性的途径提高光催化活性需要兼顾材料的吸光性能和光生载流子的分离效率。
一方面，通过调控材料的电子结构和表面反应活性位，增强光催化反应的速率。
另一方面，优化催化剂的比表面积和孔结构，提高光催化活性。
五、提高光催化材料的稳定性光催化材料在长时间的使用过程中往往会受到光照、溶液条件等多方面的影响而发生退化。
为了提高材料的稳定性，可以采用一些方法。
例如，引入稳定的包覆层或者引入共敏剂，增强材料的抗氧化性。
此外，优化材料的晶体结构和生长过程，减少缺陷和杂质的产生，也有利于提高材料的稳定性。
六、结语光催化材料的性能研究及优化是一个综合性的课题，需要从各个方面综合考虑。
通过不断的优化，提高光催化材料的吸光性能、光生载流子分离效率、光催化活性和稳定性，将会推动光催化技术的发展，为解决环境污染、能源危机等问题提供新的有效途径。
光催化材料简介
贵金属沉积
沉积Ag后的TiO2光催化性能
光生电子在Ag岛上富集 ，光生空穴向TiO2晶粒 表面迁移，这样行成的 微电池促进了光生电子 和空穴的分离，提高了 光催化效率。
金属离子可捕获导带中的 电子，抑制电子和空穴的 复合，但是掺杂浓度过高 ，金属离子可能成为电子 空穴复合中心。金属离子 的掺杂浓度对TiO2光催化 效果的影响通常呈现抛物 线关系。
2.0
绝大部分只能吸
收不到5％的太
3.0
阳光(紫外部分)!
14
常见的光催化材料
photocatalyst Ebg（eV）
ZnO在水中不稳定，会在 粒子表面生成Zn(OH)2
photocatalyst Ebg（eV）
Si
1.1
TiO2（Rutile)
3.0
WO3
2.7
ZnS
3.7
SiC
3.0
Fe2O3
在染料分子中，有效的抑制了电子与空
穴的复合，这些光敏化物质在可见光下
有较大的激发因子，使光催化反应延伸
到可见光范围。常用的光敏化物质有劳
氏紫、酞菁、玫瑰红、曙红等。
其他光催化材料
❖ 金属氧化物
❖ ZnO、WO、Fe2O3、SnO2、Bi2O3 等金属氧化物都具有明显的光催 化作用。Wang Cun 等人研究了纳米ZnO/ SnO2 复合光催化剂，发 现当ZnO/ SnO2 按2:1 比率复合时，有很高的光催化效率。并深入研 究了纳米ZnO/ SnO2 复合光催化剂影响因素和ZnO/SnO2 的催化反 应机理。
光催化材料简介
目录
为什么是光催化材料
中国
75%
煤
能源问题
光催化及材料课件
光催化及材料课件一、引言光催化是一种利用光能驱动化学反应的过程，具有高效、环保、可持续等优点。
光催化材料是实现这一过程的关键，其性能直接影响到光催化反应的效率和稳定性。
本课件将介绍光催化及材料的基本原理、分类、制备方法、表面改性以及在环保领域的应用。
二、光催化基本原理光催化反应的基本原理是：当光照射到光催化材料表面时，材料吸收光能并产生电子-空穴对。
这些电子和空穴具有很强的氧化还原能力，可以与吸附在材料表面的物质发生氧化还原反应，从而实现光催化过程。
三、光催化材料的分类根据材料的能带结构和光电特性，光催化材料可分为半导体光催化材料和非金属光催化材料。
半导体光催化材料是最常用的一类，包括氧化物、硫化物、氮化物等。
非金属光催化材料则主要包括碳基材料、石墨烯等。
四、光催化材料的制备方法光催化材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、微乳液法、气相沉积法等。
这些方法各有优缺点，可根据具体需求和条件选择合适的制备方法。
五、光催化材料的表面改性为了提高光催化材料的性能，常需要对其进行表面改性。
表面改性的方法包括离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、染料敏化等。
这些方法可以有效地提高光催化材料的吸光性能、电荷分离效率、稳定性等。
六、光催化材料在环保领域的应用光催化材料在环保领域具有广泛的应用前景，主要用于有机污染物降解、水分解制氢、空气净化等方面。
例如，利用光催化材料可以降解废水中的有机染料、农药等污染物，实现废水的净化处理。
此外，光催化材料还可以用于室内空气净化，去除甲醛、苯等有害气体。
七、结论与展望光催化及材料作为一种高效、环保的技术手段，在解决能源和环境问题方面具有巨大的潜力。
未来，随着材料科学和光催化技术的不断发展，光催化材料将在更多领域得到应用，并为人类社会的可持续发展做出贡献。
光催化材料PPT课件
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• 光催化材料的发展也将更加注重环保和可持续发展。在材料的制备和应用过程 中，将更加注重资源的节约和环境的保护，同时推动光催化技术的绿色化和产 业化发展。
光催化材料面临的挑战与机遇
光催化材料在实际应用中仍面临一些挑战，如光催化反应的效率、反应动力学和稳定性等问题。此外，光催化材料的回收和 再利用也是需要解决的重要问题。
光催化材料等。
04
光催化材料的应用实例
光催化水处理
01
去除有害物质
光催化材料能够利用光能将水中的有害物质，如重金属离子、有机污染
物等，进行氧化或还原反应，将其转化为无害或低毒性的物质，从而达
到净化水质的目的。
02
杀菌消毒
光催化材料在光照条件下能够产生具有强氧化性的自由基，这些自由基
能够破坏细菌和病毒的细胞膜结构，从而杀死细菌和病毒，起到杀菌消
光谱响应范围
描述光催化材料能够吸收的光的 波长范围。一些材料主要吸收紫 外光，而另一些则能吸收可见光 或红外光。
光吸收效率
衡量材料在特定波长下吸收光的 程度。高吸收效率意味着材料能 更有效地利用光能。
化学性质
稳定性
指光催化材料在化学环境中保持其结 构和性能的能力。
氧化还原能力
指材料在光催化反应中的氧化或还原 能力，影响其光催化活性。
• 除了传统的金属氧化物、硫化物、氮化物等材料外，新型复合光催化材料、异 质结构光催化材料等也将成为研究热点。这些新型材料通过结构设计、元素掺 杂、表面改性等方式，能够进一步提高光催化性能和拓宽应用范围。
(完整)光催化材料的研究概况精品PPT资料精品PPT资料
导带连续调控、价带连续调控以及双带同时调控 因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。
光催化材料的开发现状与研究①方法具有光催化降解甲醛、苯、氨等有害气体的功效。 利用两种半导体形成固溶体，②其性具质有随各抗个污组元、在屏固溶蔽体紫中所外占线百分功比效而变。化，可以实现对半导体带隙的连续可调，因而固溶体半导
光催化材料的开发现状与研究方法
目前国内外光催材料的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰,尽管这些工作卓有成效，
1972年但，是东在京大规学模Fu化jish利ima用和H太on阳da研能究方发现面，还利用远T远iO2不单晶够进。行光光催催化反化应研可使究水的分解关成键氢和问氧题。 之一是发展能够 需要说在明的太是阳，目光前下高效高光效催化工材作料开的发稳仍然定存、在很低多成难题本。半导体光催化材料。 当电入子射 空为光穴能对了量；与等于传或统高于的半T导iO体材2 料，的S禁r带T宽iO度3时等，仅半导具体有材料紫的外价带光电响子受应激的发跃光迁催至导化带材，同料时相在价区带别上产，生人相应们的称空穴具，形成 具有光有催化可降见解甲光醛响、苯应、的氨等光有催害气化体材的功料效为。 新型光催化材料。
当然还有……
光催化材料的基本原理
光催化反应的基本过程
当入射光能量等于或高于半导体材料的禁 带宽度时，半导体材料的价带电子受激发 跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空 穴，形成电子空穴对；光生电子、空穴在 内部电场作用下分离并迁移到材料表面， 进而在表面处发生氧化一还原反应。
吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形 成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面 的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而 超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化 性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物 CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。
光催化原理
光催化原理
光催化原理是指利用光能激发催化剂表面的电子，使催化剂具有更强的催化活性的过程。
在光催化反应中，光能作为外界能量来源，可以激发催化剂表面的电子从基态跃迁到高能级，形成活性物种。
这些活性物种可以与待催化物质发生反应，并加速催化反应的进行。
光催化反应主要涉及催化剂、光源和反应物三个要素。
其中，催化剂是实现光催化的核心，是光催化反应能否发生和催化效果的关键。
光催化剂一般由半导体材料或含有过渡金属的化合物构成，具有良好的光催化性能。
当催化剂暴露在光源下时，其表面会吸收光的能量，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对
能够参与氧化还原反应，从而产生活性物种。
光催化反应中的光源通常为紫外线或可见光，其能量可以激发催化剂表面的电子。
不同波长的光源对应的激发能量不同，因此选择合适波长的光源对于光催化反应的进行是至关重要的。
在光催化反应中，反应物分子与光催化剂表面形成接触后，活性物种能够在光催化剂表面发生反应。
这些活性物种可以有氧化还原活性的电子或提供氢、氧等活性基团的化学物质。
光催化反应可以加速原本需要高能消耗的化学反应，实现高效率、高选择性的催化反应。
总的来说，光催化原理是通过利用光能激发催化剂表面的电子，形成活性物种，促进催化反应的进行。
这种原理在环境净化、能源转换、有机合成等领域有着广泛的应用前景。
光催化材料的研究概况
光催化材料的研究概况光催化材料的研究主要集中在两个方面，一是材料的合成与设计，二是催化机制的探索与优化。
目前研究人员主要通过两种方法来制备光催化材料：一是传统的化学合成方法，通过控制反应条件、添加表面裂纹等手段来改变材料的结构和性质；二是纳米材料的制备方法，通过溶胶凝胶法、热分解法、热上复分解法等来合成具有特殊结构和性质的纳米材料。
当然，还有其他一些创新的合成方法，例如原位合成法、模板法等。
光催化材料的设计主要考虑两个方面的因素，一是光催化剂的能带结构，二是光催化剂的物理化学性质。
光催化剂的能带结构直接决定了其在可见光区域是否能够吸收光能，因此研究人员在设计中通常会选择能带宽度合适的材料。
另外，光催化剂的物理化学性质包括表面光吸收性能、电子传输性质、反应中心数目等，这些因素对催化剂的催化性能有着重要影响。
光催化材料的催化机制探索与优化是一个复杂而又关键的问题。
在光催化反应中，光催化剂通过吸光激发的电子在其表面上进行传输和催化反应，因此研究人员需要深入了解光催化剂表面的反应中心和光催化反应机理。
常见的研究方法包括表面等离子体共振光谱、稳态和暗态光谱、电化学技术等。
通过这些研究方法，可以揭示光催化材料的电子传输机制、光生电子和空穴的分布情况等，从而为催化机理的优化提供理论依据。
近年来，光催化材料研究的热点主要集中在两个方向。
一是调控材料结构和界面性质，通过改变光催化材料的结构和界面来提高催化性能。
例如，利用纳米材料的特殊结构和光吸收性能，可以提高光催化剂的光吸收效率和反应活性。
二是探索新型光催化材料，以应对不同领域的需求。
例如，近年来针对水分解制氢、CO2还原等领域的研究逐渐增多，研究人员利用光催化技术开发了一系列能够高效转化太阳能的光催化材料。
总的来说，光催化材料的研究已经取得了令人瞩目的进展，通过对其合成与设计、催化机制的探索与优化，为解决环境与能源问题提供了新的思路和途径。
随着材料科学和光催化技术的不断发展，相信光催化材料将会在未来的科学研究和工业应用中发挥更加重要的作用。
光催化材料的研究及其应用
光催化材料的研究及其应用光催化材料是一种新型的强化学反应技术，因其在环境净化、能源开发、化学合成等方面具有广阔的应用前景而备受关注。
光催化材料的研究涉及化学、物理、材料科学等多个领域，其应用则涉及环境、能源、健康等多个方面。
本文将重点介绍光催化材料的研究及其应用。
一、光催化材料的研究光催化剂的研究主要集中在两个方面：一是催化剂的制备与表征，包括传统的合成方法和直接生长法等现代技术；二是理解催化剂的催化机理和催化过程，如分子构象、电荷转移等。
目前，光催化材料的制备方法主要有溶胶凝胶法、拟晶体法、激光化学气相沉积法、电化学沉积法、旋转浸涂法和自生长法等。
其中，溶胶凝胶法是最常用的方法之一，其优点在于制备工艺简单、工艺可控，而且生产的光催化剂具有较高的比表面积和孔隙度。
除制备方法外，催化剂的表征也是光催化剂研究的重要内容。
传统表征手段主要包括XRD、TEM、SEM、FT-IR、XPS等技术，而近年来，如扫描隧道显微镜（STM）等"实时"监测表征手段大大拓宽了人们对光催化剂催化机理的理解。
理解催化机理和催化过程是成功设计高性能光催化剂的关键。
目前，许多研究表明，光催化剂催化过程主要涉及分子构象、电荷转移和能量转移过程。
其中，分子构象的改变可以改变催化剂与反应物之间的适配度，从而影响催化效能；电荷转移则涉及电子的迁移和缺陷的出现，这些都可以影响光催化过程的动力学和热力学特性；能量转移则涉及催化剂与激发态分子之间的相互作用，可以影响激光分子的活性和反应速率。
因此，理解这些过程对设计高性能光催化剂具有重要意义。
二、光催化材料的应用光催化材料具有广泛的应用前景，如环境净化、化学合成、能源生产和生物医学四个领域。
1. 环境净化光催化技术已经在水处理、大气治理、有机废气、重金属污染等领域得到广泛应用。
例如，利用光催化剂分解有机物污染物，可以消除有害气体和臭味，使之转化成无害的气体和水，同时节省了处理成本和减轻了酸雨的危害。
材料科学中的光催化材料研究
材料科学中的光催化材料研究材料科学领域的一个重要研究方向是光催化材料的开发与应用。
光催化材料通过利用光能进行化学反应，具有广泛的应用前景，可用于环境净化、能源转换、抗菌杀菌等领域。
本文将着重介绍光催化材料的研究方法、应用和未来发展方向。
一、光催化材料研究方法在光催化材料研究中，制备不同类型的材料是首要任务。
常见的光催化材料包括二氧化钛、半导体光催化材料（如二氧化锌、二硫化钼等）、金属有机框架材料（MOFs）等。
制备这些材料的方法一般包括溶剂热法、凝胶法、水热法、溶剂挥发法等。
其次，研究者需要对光催化材料的光催化性能进行评价。
常用的评价方法包括紫外可见吸收光谱分析、荧光光谱分析、电化学测试、光电流检测等。
这些测试方法可以评估材料的光吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率以及电子传输性能等重要特性。
最后，需要进行催化性能测试以验证光催化材料的应用潜力。
这些测试一般包括光催化降解有机污染物、光催化水分解制氢、光催化CO2还原等。
通过这些测试，可以评估光催化材料的催化效率、稳定性以及选择性等性能。
二、光催化材料的应用光催化材料在环境净化领域具有广泛的应用前景。
例如，二氧化钛被广泛应用于污染物降解领域。
通过光催化反应，二氧化钛可以将有机污染物降解为无害的物质，从而实现环境净化的目的。
此外，半导体光催化材料也可用于空气净化和水处理领域，有效去除有害气体和水中的有机污染物。
光催化材料还在能源转换领域展现出巨大的潜力。
太阳能光催化水分解制氢是一种可持续发展的制氢方法，可以将光能转化为化学能。
研究者通过开发高效的光催化材料，能够有效地将太阳能转化为氢能，从而实现清洁能源的生产。
此外，在光催化CO2还原领域，研究人员也利用光催化材料将二氧化碳转化为高附加值的化合物，为解决能源和环境问题提供了新思路。
光催化材料还具有抗菌杀菌的潜力。
利用光催化反应生成的活性氧物种和自由基，可以破坏细菌和病毒的细胞结构，从而实现高效的杀菌效果。
光催化材料 ppt课件
PPT课件
常见半导体材料的能带结构
Evs.SHE(pH=0)/eV
SiC
ZnS
-1.0
ZrO2
SrTiO3 TiO2 Ta2O5
0.0
Nb2O5 SnO2 ZnO
WO3
3.2 3.2
3.8
3.6
1.0
eV
4.6 5.0
3.2 3.4
2.8
3.0 CdS
H+/H2 (E=0 eV)
2.4
O2/H2O (E=1.23eV)
价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。
空穴与H2O或OH-结合产生化学性质极为活泼的羟基自由基（ HO . ）
电子与O2结合也会产生化学性质极为活泼的超氧离子自由基等(.O2-, HO . 等)
空穴，自由基都有很强的氧化性，能将有机物直接氧化为CO2, H2O
11
PPT课件
光催化的机理
可以想象一下，在分子的周围，形成了大量的光致电子和 光致空穴，在光的照射下，他们不断产生，又不断复合， 但是从宏观的角度看，在某一时刻，总是有大量的来不及 复合的电子和空穴的存在，他们不断的寻找自己的猎物。
化学气相沉积法
化学气相沉积法（CVD）利用挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应生 成所需化合物，该法制备的纳米TiO2粒度细，化学活性高，粒子呈球形， 单分散性好，可见光透过性好，吸收屏蔽紫外线能力强。
该过程易于放大，实现连续化生产，但一次性投资大，同时需要解决粉 体的收集和存放问题.
21
PPT课件
光催化材料TiO2制备方法
纳米TiO2光催化剂的负载
由于粉体的纳米TiO2过程中存在着使 用和回收不便的问题，在实际的应用中 很难利用，因此需要对TiO2进行负载， 以便在实际中得到很好的应用。 研究 人员采用浸渍法、层层组装的方法对纳 米TiO2进行了负载，分别在石棉绳、 玻璃纤维、沸石、分子筛上进行了负载， 得到了较好的结果。
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➢ 通过简单的筛网避免两种催化剂的混合，在分离的反应腔 中进行反映，可以解决光解水产物的分离。
➢ 在该模拟光合作用的Z-过程中，电子中继体可循环使用。 如I-/IO3-。
➢ 不需牺牲试剂，实现利用可见光分解水过程的连续进行
Evs.SHE(pH= )/eV
0
SiC
-1.0
ZrO2
SrTiO3
Ta2O5 TiO2
0.0
Nb2O5 SnO2 ZnO
ZnS WO3
3.2 3.2
3.8
3.6
1.0
eV
4.6 5.0
CdS
0 H+/H2 (E=0 eV)
2.4
O2/H2O (E=1.23eV)
+2.0
+3.0
h+ h+ h+ h+
O2
Valhe+ nce band
H2O
➢ Charge separation/recombination
➢ Separation of reduction and oxidat精io品n课件
Water reduction
H+/H2 O2/H2O
Water oxidation
第三章 光催化及材料
精品课件
光催化的发展
1972 年日本科学家Fujishima和Honda用TiO2薄膜为电极，利用光 能分解水而生成氢气的实验，从而开辟了半导体光催化这一新的领域 。
1976 年，John. H. Carey报道了TiO2光催化氧化法用于污水中PCB 化合物脱氯去毒。1977年，Yokota发现光照条件下，TiO2对丙烯环氧 化具有光催化活性，拓宽了光催化应用范围，为有机物氧化反应提供 了一条新思路。
• Z-型制氢体系
✓ 光合作用Z过程由两个不同的原初光反应组成 ✓ 模拟光合作用中光解水过程，采用不同的催化剂，借助两次光激励过程
分别实现光解水产氢和产氧 ✓ 以氧化还原中间体实现体系的电荷平衡，使光解水过程得以连续进行
光合作用原理示意图
10
精品课件
Z-型制氢原理示意图
• Z-型制氢体系的特点
➢ 催化剂只需满足光解水反应的一端，可拓宽催化剂的选择 范围
h+
100nTsie—IcVbOs-H·+
TiIVOH· + + Red
+
4 10n1s0精0品nhs课vb件+ + TiIIIOH
hvb+ + ecb-
TiIVOH· +
TiIIIOH TiIII
hv or
TiIVOH TiIVOH + Red ·+ TiIVOH
轻度捕获
半导体的光催化活性主要取决于导带与价带的氧化-还原 电位，价带的氧化-还原电位越正，导带的氧化-还原电位 越负，则光生电子和空穴的氧化及还原能力就越强，从而 使光催化降解有机物的效率大大提高。
精品课件
光催化产氢体系
M.Gratzel, et al, Nature, 1991, 353: 737; Nature,1998, 395: 583; S.U.M. Khan, et al, Scie精nc品e,课2件002, 297: 2243; Z.G.Zou, et al., Nature, 2001, 414, 625.
半导体光催化制氢条件
为实现太阳光直接驱动水的劈裂，要求光催化材料具有：
• 高稳定性、价廉； • 半导体的禁带宽度Eg要大于水的分解电压； • 能带位置要与氢和氧的反应电势相匹配：导带位置要负于氢电极的
反应电势(EH+/H2＋ηc)，使光电子的能量满足析氢反应要求。价带 位置应正于氧电极的反应电势(Vb +ηa)，使光生空穴能够有效地 氧化水。 • 高效吸收太阳光谱中大多数的光子。光子的能量还必须大于半导体 禁带宽度Eg：若Eg～3V，则入射光波长应小于400 nm，只占太阳光 谱很小一部分。
1985年，Mutsunaga等发现在金属卤灯发出的近紫外光照射下， TiO2 - Pt电极具用杀菌效果，这一发现开创了用光催化方法杀菌消毒 的先河。
目前，光催化技术在环保、卫生保健、有机合成等方面的应用研究 发展迅速，半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。
2
精品课件
光催化的机理
A: 半导体吸收光，产生电子和空穴的过程 B: 电子和空穴表面复合过程 C: 电子和空穴体内复合过程 D: 还原过程 E: 氧化过程
精品课件
➢ Sayama等采用RuO2-WO3为催化剂， ➢ Gratzel等报道TiO2表面镀WO3薄 Fe3+/Fe2+为电子中继体，可见光辐 膜：WO3吸收蓝光产生空穴，用
射(<460 nm), Fe3+被还原成Fe2+， 紫外光(< 280 nm)辐射，Fe2+与H＋ 反应生成H2，H2与O2比为2/1。
常用的光催化半导体纳米粒子有TiO2(锐铁矿相)、Fe2O3、 CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等。主要用处：将这类材 料做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利太阳 光可进行有机物的降解。
应用领域：废水处理、汽车尾气处理、降解空气中的有害 有机物、有机磷农药等
5
精品课件
常见半导体材料的能带结构
• 当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到 导带(CB)形成光生电子-空穴。
• 价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。 • 空穴与H2O或OH-结合产生化学性质极为活泼的自由基基团（ HO . ） • 电子与O2结合也会产生化学性质极为活泼的自由基基团(.O2-, HO . 等) 3 • 空精品穴课，件自由基都有很强的氧化性，能将有机物直接氧化为CO2, H2O
绝大部分只能吸
收不到5％的太 阳光(紫外部分)!
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精品课件
半导体光催化制氢原理
V/NHE
-1.0
0. 0 +1.0
H2O H2 + 1/2O2 G0 = 238 kJ/mol (E = -Go/nF = -1.23 eV)
H+
Conduction band
e- e- e- e-
e-
H2
hv
Band gap
TiO2中光生电子、空穴的不同衰减过程的特征弛豫时间
主要过程 电子、特空征穴时的间产尺生度:
fs
TiO2 + hv
载流子被捕获过程：
10ns hvb+ + TiIVOH
100ps—ecmbs-
+ TiIVOH (动力学平衡)
深度捕获ecb-10+ns
TiIV (不可逆）
电子、空穴的复合:
ps
ecb- +