二氧化钛光催化材料研究现状与进展..
二氧化钛光催化材料研究现状与进展
二氧化钛光催化材料研究现状与进展二氧化钛光催化材料是一类应用广泛且备受关注的催化材料。
它具有优异的光催化性能，可有效利用可见光波段吸收光能，将水和空气中的有机污染物和有害物质转化为无害物质。
二氧化钛光催化材料在环境治理、清洁能源、光电器件等领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍二氧化钛光催化材料的研究现状与进展。
二氧化钛是一种重要的半导体光催化材料。
它具有良好的化学稳定性、光稳定性和物理稳定性，且价格低廉、易于合成。
二氧化钛的光催化性能主要依赖于其晶型、表面形貌、晶粒尺寸、杂质掺杂等因素。
迄今为止，已有许多方法被提出来改善二氧化钛的光催化性能。
在二氧化钛的晶相中，主要有锐钛矿相（anatase）和金红石相（rutile）。
锐钛矿相的光催化性能优于金红石相，因此提高二氧化钛中锐钛矿相的含量，可以增强其光催化性能。
目前，常用的方法是通过控制合成条件、添加特殊添加剂或利用碳掺杂来增加锐钛矿相的含量。
除了晶型控制外，二氧化钛的表面形貌对其光催化性能也有重要影响。
研究表明，具有高比表面积和多孔结构的二氧化钛光催化材料具有更高的光催化活性。
为了增加二氧化钛的比表面积，一种常用的方法是通过溶剂热法或水热法合成纳米二氧化钛颗粒。
此外，还可以利用模板法、电化学沉积等方法来制备具有特定结构和形貌的二氧化钛纳米材料。
此外，晶粒尺寸也是影响二氧化钛光催化性能的重要因素。
通常情况下，具有较小晶粒尺寸的二氧化钛材料显示出更高的光催化活性。
制备细颗粒二氧化钛的方法包括溶胶-凝胶法、燃烧法、等离子体法等。
最后，元素掺杂是另一个重要的改善二氧化钛光催化性能的方法。
常用的掺杂元素有金属离子（如铁、铜、铬）、非金属离子（如硼、氮、碳）和稀土元素。
元素的掺杂可以改变二氧化钛的能带结构和光吸收性能，从而提高光催化活性。
总之，二氧化钛光催化材料的研究领域非常广泛，存在许多值得深入探索的问题和挑战。
虽然已经取得了一些进展，但仍然需要进一步研究和改进，以实现其在环境治理、清洁能源等领域的应用。
绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展
绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展随着社会经济的发展和人们对环境保护意识的提高，绿色建筑已成为一种趋势。
绿色建筑是一种可持续性建筑，其设计和建造考虑了减少对环境的影响，提高建筑能源效率，提高室内环境质量等因素。
绿色建筑需要使用环保、健康的建筑材料，而光催化材料二氧化钛是一种很有潜力的材料，能够用于室内和室外环境的净化。
二氧化钛具有很高的光催化活性，在受到紫外线或可见光照射时能够吸收水中的氧和有机物质、微生物，将其分解为CO2和H2O，从而达到清洁水和空气的目的。
二氧化钛的光催化能力是由于其表面具有活性位点，通过吸附反应活化两种物质，从而产生自由基，进而分解有机污染物，因此用于绿色建筑中的光催化材料是探索和应用的热点。
二氧化钛的催化性能可以通过修饰或改性来提高。
硫化二氧化钛、掺杂二氧化钛、纳米二氧化钛和复合二氧化钛等是目前研究的热点。
硫化二氧化钛的光催化性能比纯的二氧化钛更优秀，因为硫是一种与光催化反应有关的活性物质。
掺杂二氧化钛一般通过在其晶格中引入其他金属离子，从而形成掺杂二氧化钛。
掺杂的离子会影响二氧化钛的电子结构及其表面性质，可以提高催化性能，让其可使用于室内环境净化中。
纳米二氧化钛的光催化性能也比纯的二氧化钛更优秀，因为小尺寸的纳米颗粒有更大的比表面积和更短的电子传输路径。
在光照区域内，纳米二氧化钛能较好地吸收光线，提高了催化效率。
复合二氧化钛材料是指将二氧化钛复合到另一种材料中，如氧化锌、氧化铜等，可以增强催化性能，同时还可以对催化剂的电子能级结构有所调整，改进催化剂在光催化中的性能。
此外，改进二氧化钛的制备方法也为提高其光催化性能提供了新途径。
目前常使用的方法有溶胶-凝胶法、沉淀法和水热法等。
溶胶-凝胶法是一种干燥和烧结过程多的制备方法，可控性较好，且可以制备出更细致的二氧化钛微粒，通常能够得到更高的催化性能。
水热法是指以水为溶媒将反应物反应时制备二氧化钛的方法，该方法不需要多次烧结和洗涤，工艺简单，适用于制备较小颗粒的二氧化钛，并且可制备出不同形貌的二氧化钛粒子，如球形、链形、管状等。
二氧化钛催化反应 研究方向
二氧化钛催化反应研究方向二氧化钛催化反应研究方向：探索二氧化钛在环境净化、能源转化和有机合成等领域的应用引言：二氧化钛是一种重要的半导体材料，在催化领域具有广泛的应用前景。
它不仅在环境净化、能源转化和有机合成等方面具有重要作用，还能为我们提供更加清洁、高效的解决方案。
本文将从这三个方面展开，介绍二氧化钛催化反应的研究进展。
一、环境净化1. 大气污染治理二氧化钛作为光催化剂，在大气污染治理中发挥着重要作用。
通过光催化反应，二氧化钛能够将空气中的有害气体如二氧化氮、挥发性有机物等转化为无害物质，从而净化大气环境。
研究表明，采用纳米级二氧化钛催化剂，能够显著提高光催化反应效率，进一步促进大气污染治理进程。
2. 水污染处理二氧化钛在水污染处理中也具有重要应用。
其光催化性能使其能够将水中的有机污染物通过光催化降解转化为无害物质。
此外，二氧化钛还可以通过光催化氧化还原反应去除水中的重金属离子等有害物质。
这为水资源的保护和高效利用提供了新的思路和方法。
二、能源转化1. 光电催化水分解二氧化钛作为光催化剂，能够通过光电催化水分解反应将水分解为氢气和氧气。
这为可再生能源的高效储存和利用提供了新的途径。
研究表明，通过调控二氧化钛的结构和表面特性，可以显著提高光电催化水分解的效率和稳定性。
2. 光催化CO2还原二氧化钛还可以作为催化剂将二氧化碳转化为可再生的燃料和化学品。
通过光催化CO2还原反应，二氧化钛可以将二氧化碳转化为一氧化碳、甲醇等有机物，从而实现二氧化碳的资源化利用。
研究表明，通过调控二氧化钛的晶体结构和表面活性位点，可以提高光催化CO2还原的选择性和效率。
三、有机合成1. 光催化有机合成二氧化钛能够作为光催化剂参与有机合成反应。
通过光催化反应，二氧化钛可以将有机物转化为目标产物，从而实现高效、环境友好的有机合成。
研究表明，通过调控二氧化钛的表面特性和反应条件，可以实现对有机合成反应的选择性和效率的调控。
2. 有机废物转化二氧化钛还可以将有机废物转化为有用的化学品。
二氧化钛的现状及未来五至十年发展前景
二氧化钛的现状及未来五至十年发展前景二氧化钛是一种重要的功能性材料，具有广泛的应用领域。
本文将从现状和未来五至十年的发展前景两个方面来探讨二氧化钛的发展趋势。
首先，我们来了解二氧化钛的现状。
目前，二氧化钛主要应用于光催化、染料敏化太阳能电池、光学涂层、自清洁表面涂层、防紫外线材料等领域。
其中，光催化是二氧化钛应用最为广泛的领域之一。
二氧化钛能够通过光催化反应将有毒有害物质转化为无害物质，具有很大的环保潜力。
此外，二氧化钛还可以用于制备光催化剂，催化有机合成反应，提高反应效率。
另外，二氧化钛在电池、传感器、电解池等领域也有着广阔的应用前景。
然而，二氧化钛的发展还面临一些挑战。
首先，二氧化钛的纯化和制备技术还需要进一步提高，以满足不同应用领域的需求。
其次，二氧化钛的光催化性能和稳定性还有待改进，以提高其在环境治理和能源领域的应用效果。
此外，二氧化钛还存在一定的毒性和生物相容性问题，需要进行更多的研究和改进。
然而，尽管面临一些挑战，二氧化钛在未来五至十年的发展前景仍然十分广阔。
首先，随着环境保护需求的增加，二氧化钛作为一种环境友好材料将会得到更多的应用。
其次，二氧化钛在能源领域的应用也将得到进一步发展。
例如，二氧化钛被广泛应用于太阳能电池中，可以提高电池的光电转换效率。
另外，随着纳米技术的发展，二氧化钛纳米材料的研究和应用将会得到进一步提升，为二氧化钛的性能改进提供更多可能。
此外，二氧化钛的应用还将延伸到更多领域。
例如，二氧化钛在医疗、食品安全等领域的应用也将得到拓展。
二氧化钛具有抗菌、防腐等特性，可以用于制备医疗器械、食品包装等，并起到杀菌、防腐的作用。
综上所述，二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在现状中已经得到广泛应用，并具有良好的发展前景。
未来五至十年，随着技术的进一步发展和研究的深入，二氧化钛的性能将会得到改进和优化，应用领域将会进一步扩大。
我们对二氧化钛的未来发展充满期待，并相信它将会在各个领域发挥出更大的作用。
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，A.Fujishima 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J.H.Carey 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。
S.N.Frank 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3.2eV，需要能量大于3.2eV 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。
二氧化钛光催化剂研究进展
二氧化钛光催化剂研究进展二氧化钛（TiO2）是一种重要的光催化材料，具有广泛的应用前景，特别是在环境污染治理和可再生能源方面。
在过去几十年间，对二氧化钛光催化剂的研究取得了显著的进展，本文将对其研究进展进行概述。
首先，二氧化钛的晶型结构对其光催化活性具有显著的影响。
常见的二氧化钛晶型包括锐钛矿型（anatase）、金红石型（rutile）和柔晶型（brookite）。
其中，锐钛矿型二氧化钛是最常用的光催化剂，具有较高的光催化活性。
研究者通过晶相工程、控制晶粒大小和形貌等方法来调控二氧化钛的晶型结构，提高其光催化活性。
其次，掺杂是提高二氧化钛光催化活性的有效手段之一、掺杂可以改变二氧化钛的能带结构，增加其可见光吸收能力。
常见的掺杂元素包括氮、铜、铋等。
氮掺杂可以引入能带带隙的可见光响应，提高光催化活性。
铜和铋的掺杂则可以增加二氧化钛的电子传输速率，提高光催化反应的效率。
此外，还可以通过掺杂制备复合型催化剂，如金属二氧化物/二氧化钛复合催化剂，进一步提高光催化活性。
第三，纳米化是提高二氧化钛光催化活性的另一个重要途径。
纳米二氧化钛具有更大的比表面积和更短的电子传输距离，有利于光生电子-空穴对的分离和催化反应的进行。
研究者通过溶剂热法、水热法、溶胶-凝胶法等方法制备纳米二氧化钛，并利用模板法、胶体溶胶法等方法控制其形貌和大小。
此外，还可以通过组装纳米二氧化钛构建有序多孔结构，增加光催化反应的活性。
第四，载体材料的选择对二氧化钛光催化活性也具有重要影响。
常用的载体材料包括活性炭、氧化铁等。
载体材料能够提供更大的表面积和更好的电子传输能力，促进光催化反应的进行。
此外，还可以通过改变载体材料的形貌和孔隙结构来调控二氧化钛的分散度和稳定性。
最后，二氧化钛光催化剂的应用也在不断拓展。
除了环境污染治理和可再生能源领域，二氧化钛光催化剂还可以应用于有机合成、光电化学等领域。
例如，将光催化剂与光电极材料相结合，可以制备高效的光电催化电池用于水分解和碳还原反应。
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，A.Fujishima 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J.H.Carey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。
S.N.Frank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3.2eV，需要能量大于3.2eV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%勺紫外光部分）。
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。
二氧化钛光催化材料研究现状与进展
二氧化钛光催化材料研究现状与进展二氧化钛（TiO2）作为一种重要的半导体光催化材料，在环境治理、能源转化和新能源开发方面具有广泛的应用潜力。
本文将介绍二氧化钛光催化材料的研究现状和进展。
目前，二氧化钛光催化材料的研究主要集中在可见光响应和光催化活性的提高上。
传统的二氧化钛主要响应紫外光，而可见光区域占了太阳光的大部分能量，因此实现可见光响应是提高二氧化钛光催化性能的重要途径之一一种常用的策略是通过掺杂其他元素来实现可见光响应。
例如，掺杂氮、碳等非金属元素可以改变二氧化钛的带隙结构，使其能够吸收可见光。
此外，过渡金属氧化物（如Fe2O3、WO3等）和半导体（如Bi2O3、ZnO等）的掺杂也可以改善二氧化钛的可见光催化性能。
这些掺杂可以提高二氧化钛的吸光能力，增加光生电子-空穴对的产生，从而提高光催化活性。
另一种策略是通过结构调控来提高二氧化钛的光催化性能。
例如，将二氧化钛构筑成纳米结构或多孔结构，可以增加其比表面积和光吸收能力，提高光催化反应的效率。
此外，采用复合材料可以进一步提高二氧化钛的光催化性能。
例如，将二氧化钛与其他半导体、金属纳米粒子等复合，可以形成协同效应，提高光生电子-空穴对的产生和利用效率。
在二氧化钛光催化材料的应用方面，除了环境治理和能源转化外，还包括新能源开发领域。
例如，可通过二氧化钛光催化材料将太阳能转化为化学能，实现光电催化制氢。
此外，二氧化钛光催化还可以应用于电化学合成、光催化合成等方面。
总的来说，二氧化钛光催化材料的研究已经取得了显著的进展。
通过掺杂和结构调控等方法可以实现二氧化钛对可见光的响应，并提高光催化活性。
未来的研究可以继续挖掘二氧化钛光催化材料的潜力，拓展其在环境治理、能源转化和新能源开发方面的应用。
二氧化钛光催化技术发展现状
二氧化钛光催化技术发展现状一、前言二氧化钛光催化技术是一种利用半导体材料二氧化钛在光照下具有的光催化作用，将有害物质转化为无害物质的环保技术。
自20世纪70年代以来，随着环境污染日益严重，二氧化钛光催化技术逐渐被人们所重视。
本文将从发展历程、机理原理、应用领域等方面对其进行详细介绍。
二、发展历程1. 早期研究20世纪70年代初，美国科学家Fujishima和Honda首次报道了TiO2光催化分解水的实验结果。
此后，人们开始关注TiO2在光催化反应中的应用。
2. 技术发展随着科学技术的不断进步，人们对TiO2的制备方法、结构性质和表面特性等方面进行了深入研究。
同时也发现了其他半导体材料如ZnO、WO3等也具有类似的光催化作用。
3. 应用拓展除了水分解反应外，人们还开始将TiO2光催化技术应用于空气净化、水处理、有机废气处理等领域，并取得了一定的成果。
三、机理原理1. 光催化作用原理在光照下，TiO2表面会形成电子空穴对。
当有害物质与这些电子空穴对相遇时，会发生氧化还原反应，将其转化为无害物质。
2. 影响因素光催化反应的效率受到多种因素的影响，如光源强度、反应温度、催化剂浓度等。
此外，不同的有害物质也会对光催化反应产生不同的影响。
四、应用领域1. 空气净化TiO2光催化技术可以将空气中的有害气体如甲醛、苯等转化为无害物质。
目前已经有一些商业产品将其应用于家庭和办公场所的空气净化。
2. 水处理TiO2光催化技术可以有效地分解水中的污染物质，如重金属离子、农药残留等。
在某些地区缺水严重的情况下，这种技术也可以被用于海水淡化。
3. 有机废气处理TiO2光催化技术可以将有机废气如苯、甲苯等转化为CO2和H2O，达到净化空气的目的。
在一些工业领域，这种技术也被广泛应用。
五、总结随着环境污染日益严重，二氧化钛光催化技术作为一种环保技术备受关注。
本文从发展历程、机理原理、应用领域等方面对其进行了详细介绍。
虽然该技术还存在一些问题，如反应速度较慢、光催化剂的稳定性等，但相信随着科学技术的不断进步，这些问题也会逐渐得到解决。
二氧化钛光催化技术的发展现状概述
二氧化钛光催化技术的发展现状概述在过去的几十年里，二氧化钛光催化技术在环境保护、能源开发和医学等领域中得到了广泛的应用和研究。
这种技术利用二氧化钛材料在光照下产生催化反应，从而实现有机废水、空气污染物和有害物质的去除和转化。
本文将深入探讨二氧化钛光催化技术的发展现状，并分析其在不同领域的应用。
首先，我们来了解一下二氧化钛光催化技术的基本原理。
二氧化钛是一种光敏催化剂，在可见光下产生电子-空穴对，并通过这些活性物种参与氧化还原反应。
当有机物或有害物质吸附在二氧化钛表面时，光催化剂吸收光能并产生活性物种，进而引发一系列的催化反应，最终分解或转化有机废水和空气污染物。
这种技术具有高效、无污染和易于操作等特点，因此在环境保护和废水处理中被广泛研究和应用。
二氧化钛光催化技术的发展经历了不断的创新与突破。
最早的二氧化钛光催化技术主要是基于紫外光的催化反应，但由于紫外光的能量较高且利用率较低，限制了其应用范围。
随着研究的深入，科学家们开始将可见光吸收剂引入二氧化钛体系中，提高光催化剂的能量利用效率。
同时，还开发了一系列改性的二氧化钛材料，如二氧化钛纳米晶体、复合材料和二氧化钛薄膜等，以提高催化活性和稳定性。
这些创新使得二氧化钛光催化技术在可见光范围内具有更广泛的应用前景。
二氧化钛光催化技术在环境保护领域中展现了巨大的潜力。
例如，它可以用于废水处理中有机废水的脱色、降解和去除有害物质。
研究表明，二氧化钛光催化技术对各种有机污染物的去除效率高达90%以上。
此外，二氧化钛光催化技术还可以应用于大气污染物的治理。
有研究发现，在光催化剂的作用下，二氧化氮等常见空气污染物可以高效降解，从而净化空气质量。
除了环境保护领域，二氧化钛光催化技术还在能源开发和医学领域中展现出了潜在的应用。
在能源开发方面，它可以用于太阳能电池和光电催化水解制氢等领域，为可再生能源的开发做出贡献。
而在医学领域，二氧化钛光催化技术可以应用于抗菌消毒和肿瘤治疗等方面，为医疗健康提供新的解决方案。
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二氧化钛的理化性质
• 二氧化钛，白色固体或粉末状的两性氧化物，是 最好的白色颜料，俗称钛白。钛白的粘附力强， 不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是 钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃， 釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 • 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。
1.3光催化材料
• 在光催化反应中，半导体金属氧化物和硫 化物是被广泛使用的两种催化剂。光催化 性质是这些半导体的独特性能之一。常用 的半导体型金属氧化物有TiO2、ZnO、 ZrO2、WO3和CdO，硫化物有CdS和ZnS。 这些n型半导体材料由于其特殊的电子结构， 具有合适的能带结构，可作为敏化剂来进 行光诱导氧化还原反应。当有能量大于禁 带宽度的光照射时其价带上的电子（e-）被 激发跃迁至导带，在价带上留下相应的空 穴h+），产生光生电子-空穴对。
方法三：非金属掺杂
• 非金属掺杂，非金属掺杂较少形成复合中 心，并且能够有效提高光催化性能，光响 应范围可扩展至可见光区域。C4+、S4 + 以及N等的非金属掺杂二氧化钛都发生了较 为明显的红移。
• Asahi等首次用非金属元素氮掺入T Oi2,使其获得优异的可 见光活性和超亲水性能。 • 他们认为具有可见光吸收的非金属掺杂必须满足以下几个 条件:掺杂后在T iO2带隙间出现一个能吸收可见光的/新带 隙0;为保持催化剂的还原能力,掺杂后的导带能级必须大于 H2/H2O的电极电位;新带隙0必须与原来的T iO2带隙充分 重叠,以保证光生载流子在生命周期内能迁移到催化剂表 面进行反应。根据以上理论,他们认为S和C的掺杂是不能 出现的,因为S的离子半径太大,难以掺入T Oi2中取代晶格 氧。而对于产生可见光吸收的原因,他们认为是N2p轨道和 O2p轨道电子云杂化使带隙变窄引起的。
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介电常数：由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。在测定二氧化 钛的某些物理性质时，要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。例如，金红石型的介电常数， 随晶体的方向不同而不同，当与C轴相平行时，测得的介电常数为180，与此轴呈直角 时为90，其粉末平均值为114。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低只有48。 电导率：二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加，而且对 缺氧也非常敏感。例如，金红石型二氧化钛在20℃时还是电绝缘体，但加热到420℃时， 它的电导率增加了107倍。稍微减少氧含量，对它的电导率会有特殊的影响，按化学组 成的二氧化钛(TiO2)电导率<10-10s/cm，而TiO1.9995的电导率只有10-1s/cm。金红石 型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性， 生产陶瓷电容器等电子元器件。 硬度：按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化钛为6~6.5，锐钛型二氧化钛为 5.5~6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。 熔点和沸点：由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛 型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点 和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点 (1830土15)℃、富氧中的 熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为 (3200±300)K， 在此高温下二氧化钛稍有挥发性。 吸湿性:二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型较锐钛型为小。 二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系，表面积大，吸湿性高。 二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。 热稳定性:二氧化钛属于热稳定性好的物质，一般用量为0.01%～0.12%
• TiO2光催化在空气净化方面的应用 TiO2半导体超微粒子在紫外光照射下受激 励生成电子-空穴对,产生空穴的氧化电位以 标准氢电位计为3.0V,比起氯气的1.36V和臭 氧的2.07V来,空穴的氧化性强的多,因此能 够绝对抗拒光催化强氧化性破坏的物质为 数极少。
将与其他半导体化合物复合,形成复合型半导 体,以改变其光谱响应。复合半导体可分为半 导体-绝缘体复合及半导体-半导体复合。 在二元复合半导体中,主要是利用两种半导体 之间的能级差别能使电荷有效分离。
• 复合半导体,即是以浸渍法或混 合溶胶法等制备T iO2的二元或 多元复合半导体.二元复合半导 体催化活性的提高可归因于不 同能级半导体间光生载流子的 输运易于分离. • 以TiO2-CdS复合半导体为例,如 图1(a)所示,当用足够能量的光 激发时,CdS与TiO2同时发生电 子带间跃迁.由于导带和价带能 级的差异,光生电子将聚集在T iO2的导带上,而空穴则聚集在 CdS的价带上,光生载流子得到 分离,从而提高了量子效率;
二氧化钛光催化材料研究现状与 进展
1.1光催化的起源
• 光催化化学作为光化学的一个分支，开始 于20世纪70年代，1972年Fujishima A和 Honda K在Nature杂志上发表了关于n型半 导体TiO2单晶电极上光致分解水并产生氢 气和氧气的论文，这一重要发现标志着多 相光催化时代的开始，同时也揭开了TiO2 作为光催化材料发展的序幕，更为人类开 发利用太阳能开辟了新的途径。
• 另一方面,如图1(b)所示,当 照射光的能量较小时,只有 CdS发生带间跃迁,CdS产 生的激发电子输运到TiO2 导带而使得光生载流子得 到分离,从而使催化活性提 高.对CdS/TiO2、CdSe/T iO2、SnO2/TiO2、 WO3/T iO2等体系的研究 均表明,复合半导体比单个 半导体具有更高的催化活 性.
2.1纳米二氧化钛的制备
• （1）气相法 气相法所用的前驱体一般有T iC l4和钛醇 盐以T iC l4为前驱体可以分为气相水解法和 气相氧化法；以钛醇盐为前驱体可以分为 气相热解法和气相水解法。
（2）液相法 液相法制备纳米T iO2主要有胶溶法、沉淀 法、水热法、溶胶-凝胶(sol-gel)法等。 胶溶法：以硫酸氧钛为原料,离子反应生成 沉淀后,经化学絮凝和胶溶制成水溶胶,再以 表面活性剂处理,使溶胶胶粒转化成亲油性 的聚集体。
• 温阳等人利用水解法制备锐太矿型 T Oi 2 粉体,以太阳光为光源研究甲基橙、罗丹明 B、亚甲基蓝、活性艳红 KE - 7B、活性艳 橙 K - GN、酸性大红 RS的脱色率, 取得了 较好的效果。 • 国内陈士夫等用T iO2 光催化氧化法处理农 药废水; 研究结果表明该法能将有机磷完全 降解为 ( PO4)3-, COD 去除率达 70% 90% .
2.二氧化钛光催化材料
• 优点：半导体金属氧化物TiO2虽然具有化学稳定 性高、耐腐蚀、氧化还原电位高、被激发产生的 光生电子-空穴对具有很高的氧化还原能力，光催 化反应驱动力大，加之安全无毒、成本低的特点 • 缺点：（1）大多数半导体光催化剂带隙较宽，光 吸收波长只能在波长小于400nm的紫外光区域， 尚达不到照射到地面太阳光总能量的4％，太阳能 利用效率偏低； （2）光生载流子(和)很容易重新复合，量子 产率偏低（不到4%），而较低的量子产率是制约 光催化技术大规模工业化的主要原因。
• 沉淀法：分为共沉淀法和均匀沉淀法。共沉淀法 是指在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂沉淀 所有粒子的方法。均匀沉淀法是利用某一化学反 应,在溶液中缓慢均匀地释放出沉淀剂,从而使沉淀 能在整个溶液中均匀出现。 • 水热法：在内衬耐腐蚀材料的密闭高压釜中加入 纳米T iO2的前驱体,按一定的升温速度加热,待高 压釜到所需的温度值,恒温一段时间,卸压后经洗涤、 干燥即可得到纳米T iO21
本多—藤岛效应
• 现象：用二氧化钛和白金作电极，放在水 里，用光照射，即使不通电，也能够把水 分解为氧气和氢气 。 • 展望：当选用合适的N型半导体作为阳极， 合适的P型半导体作为阴极，在的光的照射 下，就可以很有效的分解水为氢气和氧气。
1.2光催化机理
• 半导体：半导体粒子具有能带结构,一般由 填满电子的低能价带(valence band,VB)和 空的高能导带(con-duction band,CB)构成。 价带和导带之间存在禁带。当用能量等于 或大于禁带宽度(也称带隙,Eg)的光照射半 导体时,价带上的电子(e-)被激发跃迁至导带, 在价带上产生相应的空穴(h+)。
方法二：贵金属沉积
• 金属离子掺杂可在半导体面引入缺陷位 置或改变结晶度,既可以成为电子或空穴的 陷阱而延长其寿命,也可成为复合中心而加 快复合过程。同时，在光照作用下,因掺杂 引起的电子跃迁的能量要小于TiO2禁带Eg, 而且掺杂电子浓度较大,故其光谱响应向可 见光移动。
• Choi等人研究了21种溶解金属离子对量子化T iO2粒子的 掺杂效果.结果表明,在以氯仿氧化和四氯化碳还原为模型 反应时,掺杂0.5%(摩尔比)金属离子Fe3+的TiO2效果最佳, 其量子效率可提高15倍以上,而掺入Li+、Mg2+、Al3+、Z n2+、Ga3+、Zr4+、Nb5+、Sn4+、Sb5+和Ta5+等金属 离子则影响不大. • Gratzel等对掺杂Fe3+、V4+、M o5+的T iO2胶体进行了 EPR研究。结果表明掺入Fe3+及V4+能有效地捕获光生电 子,抑制电子-空穴的复合,提高光催化活性;而掺Mo5+则因 能捕获空穴而使光催化氧化活性下降.许多研究表明掺杂 剂浓度对反应活性影响很大.
TiO2 hv TiO2 h e
H 2O + h → •OH + H
OH h → OH
+
+
O2 + e → •O2
H 2O O2 → OOH OH