光催化技术发展与应用--个人制作
光催化技术的发展与应用
光催化技术的发展与应用光催化技术是一种绿色环保的技术，近年来在环境净化、能源转换等领域得到了越来越广泛的应用。
光催化技术的核心是光催化剂，通过吸收光能激发电子，进而与氧分子发生反应，产生活性氧种，分解污染物质。
光催化技术的发展光催化技术的历史可以追溯到上世纪60年代，当时人们发现铁酸亚铁Fe2+具有光催化活性。
进入20世纪90年代以后，光催化技术得到了迅速的发展，主要是得益于材料科学和纳米技术的进步。
目前已经发展出了许多种类型的光催化剂，包括TiO2、ZnO、CdS、MoS2等，且其结构和性能均得到了不断的优化与改进。
光催化技术的应用1. 环境净化领域光催化技术广泛应用于城市污水处理、废气治理、洗涤剂、食品橙色、垃圾处理等方面。
其中城市污水处理是光催化技术的主要应用领域之一，通过利用光催化剂分解废水中的有机物、氨、氮、磷等污染物，可以达到高水平的废水净化效果。
此外，利用光催化技术分解氧化NOx、SOx、CO、挥发性有机物等废气污染物质也是目前研究的重点之一。
2. 能源转换领域光催化技术在能源领域的应用也日益增多，主要有光电催化水分解制氢、太阳能电池等领域。
光电催化水分解制氢是基于光电催化效应，通过光催化剂吸收太阳光能激发电子，并将其用于反应物中的烷基、烯基等分子的氧化还原反应，构建水分子的氧化还原体系，从而将阳光、二氧化碳和水转变为氢气和氧气。
光催化技术未来的发展前景随着新材料、纳米技术、化学合成技术和生物技术的不断发展，光催化技术的性能也得到了越来越大的提升。
未来，光催化技术的核心之一是针对各类实际问题的定制化催化剂设计，开展基于可控结构的调控催化剂生长及性能研究，以及光催化剂的表面修饰和优化，使得其在环境净化、能源转换、绿色化学等领域更加广泛地应用。
结语光催化技术是一种创新性的环保技术，有望在未来的发展中发挥更大的作用。
在绿色化学和新能源的应用过程中，光催化技术将越来越被重视，成为一种高效、可行的环保技术。
光催化剂的研制与应用
光催化剂的研制与应用光催化剂是一种能够利用光催化反应，将光能转换为化学能的催化剂。
它是一种新型的环保技术，广泛用于空气净化、水处理、有机污染物降解等领域。
其应用不仅能够有效地降解污染物，同时也能够提高环境质量，并促进可持续发展。
本文主要介绍光催化剂的研制与应用。
一、光催化剂的研制光催化剂的研制要求应具有高效催化性能、稳定性和可再生性。
常见的光催化剂包括二氧化钛、卤化银、锌氧化物等材料。
其中，二氧化钛是应用最广的光催化剂之一，在制备过程中可以控制其晶型和微观结构，从而调控其光催化性能。
二氧化钛的晶型主要包括锐钛矿型、金红石型、和鲍尔型三种，其中锐钛矿型二氧化钛具有较好的光催化性能。
通过控制焙烧温度、反应物浓度、添加掺杂元素等方法，可以制备出具有优异光催化性能的二氧化钛催化剂。
此外，近年来，金属有机框架材料（MOFs）作为一种新型的催化材料被广泛应用于光催化领域。
MOFs颗粒较小，具有良好的比表面积，易于离子交换和修饰，因此被认为是一种十分有前景的光催化材料。
二、光催化剂的应用光催化剂有着广泛的应用领域，其中最主要的应用领域是环保领域，主要是空气净化和水处理。
在空气净化领域，光催化剂可以通过吸附和分解有害气体，如二氧化氮、一氧化碳、臭氧等，从而提高空气质量。
在水处理领域，光催化剂可以通过分解和降解有机污染物，如苯酚、甲基橙等，从而实现水处理和净化的目的。
此外，光催化剂还可以用于光电化学电池、固体氧化物燃料电池、光催化合成等领域。
在光电化学电池中，光催化剂可以将光能转化为电能；在固体氧化物燃料电池中，光催化剂可以作为阳极催化剂，提高燃料电池的效率；在光催化合成领域，光催化剂可以促进光化学反应，促进新材料的合成。
然而，光催化剂的应用也存在着一些困难和挑战。
一方面，光催化剂的制备成本较高，导致应用受到了一定的限制；另一方面，光催化剂的光催化效率还有待进一步提高，同时也需要考虑其在实际应用中的稳定性和可再生性。
光催化技术在化学反应中的应用
光催化技术在化学反应中的应用光催化技术是一种利用光能够促进化学反应的技术，被广泛应用于化学、环境、能源等领域。
光催化技术具有高效、环保等特点，可以替代传统反应过程中使用的有毒有害物质，成为一种重要的绿色化学技术。
本文将介绍光催化技术在化学反应中的应用，并对其发展前景进行探讨。
一、光催化技术的基本原理光催化技术是利用光能够促进化学反应的一种技术，其基本原理是利用光激发物质的电子从价带跃迁到导带，并产生电子空穴对。
光生电子空穴对可以用来参与化学反应，例如：氧化还原反应、酸碱反应、自由基反应、光解反应等。
此外，光催化反应还可以通过改变反应路线、提高反应速率、改善反应选择性等方式来促进化学反应。
二、光催化技术在化学反应中的应用光催化技术被广泛应用于化学反应中，特别是在有机合成、环境治理和能源转化等领域。
以下将对其具体应用进行介绍：1. 光催化氧化反应光催化氧化反应被广泛应用于污水处理和有机废气治理等领域。
例如，在纳米光催化剂的作用下，有机污染物可以被氧化成二氧化碳和水，使污染物得到有效的去除。
此外，光催化氧化还可以用于有机废气降解和空气净化等领域。
2. 光催化还原反应光催化还原反应可以用于制备金属纳米粒子、半导体材料和有机小分子等，其原理是利用光激发物质的电子，将还原态物质还原成氧化态物质。
例如，在TiO2纳米光催化剂的作用下，NO2和CH4可以还原成N2和CO2等物质。
3. 光催化酸碱反应光催化酸碱反应可以用于有机化学合成和能源转化等领域，其原理是利用光激发物质的电子，使得有机化合物易于接受亲电性试剂。
例如，在显微结构调控的TiO2纳米晶体的作用下，光加速的酸碱反应可以加速有机化学反应的进行。
4. 光催化自由基反应光催化自由基反应可以用于生物医药和环境治理等领域，其原理是利用光激发物质的电子空穴对，引导自由基参与反应。
例如，在纳米ZnO的作用下，光催化产生的气相自由基可以降解有机污染物和KBrO3等有机化合物。
光催化技术的研究开发与应用
光催化技术的研究开发与应用光催化技术是一种通过光照射来促进化学反应的技术，逐渐被广泛应用于环境治理、能源研发、材料科学等领域。
在光催化技术的研究和开发中，主要围绕着光催化剂的设计、合成和性能优化等方面进行探究，同时也包括光催化反应的机理和应用等方面的研究。
一、光催化剂的设计与合成作为光催化反应中的重要组成部分，光催化剂的性能是光催化效果好坏的关键因素之一。
因此，光催化剂的设计与合成也成为了光催化技术研究的一个重要方向。
近年来，学者们通过结构设计和组合降低光催化剂的电子复合速度，提高了其光催化性能，从而用于提高光催化反应的效率和选择性。
比如，在光催化降解有机污染物方面，研究者利用掺杂改性的半导体材料，如钨酸盐、氮掺杂碳等作为催化剂，通过调节其晶体结构和光催化剂载体之间的相互作用来提高其催化活性。
二、光催化反应的应用1. 环境治理方面光催化技术可以利用可见光、紫外线等不同波长的光照射，对环境中存在的有机污染物和重金属等物质进行降解和转化。
比如在工业废水处理中，通过光催化技术可以快速分解废水中的有机物质，从而减少对环境的污染。
2. 能源研发方面光催化技术在能源研发方面也具有广泛的应用前景。
例如，在水分解制氢方面，有学者合成了一种可见光响应的光催化剂BiOBr，通过光催化降解水分子产生氢气和氧气。
此外，在太阳能电池中光催化电极的制备和应用、太阳能光催化制氢等方面，光催化技术也将为未来的清洁能源做出杰出的贡献。
3. 材料科学方面光催化技术在材料科学方面的应用也越来越受到重视。
例如，在纳米材料领域中，通过设计制备高效的光催化剂，可用于改进钙钛矿太阳能电池、制备高性能光催化材料等方面。
三、光催化反应的机理探究在光催化技术的研究中，对光催化反应的机理进行深入探究也是非常重要的。
通过研究光催化反应的反应动力学、光催化剂的可见光响应、电荷传递过程等不同方面的问题，可以更加深入地理解催化反应的本质，从而对光催化技术的发展和应用提出新的思路和建议。
光催化技术的研究现状和应用
光催化技术的研究现状和应用光催化技术是通过用光线照射催化剂来促进化学反应的一种方法。
该技术已经被广泛应用于多个领域，如能源、环境治理、化学合成等。
本文主要介绍光催化技术的研究现状和应用。
一、光催化反应机理光催化反应的机理是在光照下，光子被吸收后会触发催化剂的电子跃迁，从而形成高能激发态，最后通过与反应物分子发生化学反应。
一般而言，光催化反应的催化剂主要分为三类：金属、半导体和有机催化剂。
不同种类的催化剂对光的吸收程度以及光子的激发过程都有所不同，因此导致了不同的催化效果和反应机理。
二、光催化技术的应用领域1. 太阳能光催化生产氢气由于氢气的储存能力极强，因此氢气被视为未来可持续能源体系的发展方向之一。
在太阳能光催化生产氢气方面，人们发现在将二氧化钛（TiO2）作为催化剂，通过普通的光照条件下使得水分子分解失去氧原子而得到氢气的过程。
该方法不仅具有环保、成本低廉的优点，而且也是一种可持续的能源。
2. 光催化降解有机污染物随着现代工业的发展，许多有毒物质如苯、氯化物、汞等有机污染物被排放入大气和水体中，对环境和人类健康产生了很大的威胁。
光催化技术可以有效地降解这些有机污染物，其机理为通过引入光照来触发催化剂与有机污染物反应，形成无害的化合物和水。
这种方法已经被广泛应用于废水处理、空气净化等领域。
3. 光催化合成在有机合成中，传统的合成方法可能会产生多种副产物或导致废物析出，而光催化合成可以对反应过程进行精准的控制，从而可以产生较高选择性的产物。
目前，该技术已经被应用于药物合成、高分子材料等领域。
三、未来光催化技术的发展方向未来光催化技术的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高催化剂的效率和稳定性。
当前的光催化剂在实际应用中仍然存在效率低下和稳定性差的问题，因此需要更加深入地研究催化剂的光学特性和结构特点，实现更高的效率和更好的稳定性。
2. 发展新型催化剂和材料。
除了目前使用较为广泛的二氧化钛之外，还需要研发更多的新型催化剂和材料，例如金属纳米颗粒、金属有机骨架等材料，以期获得更好的催化效果。
光催化技术在环境治理中的应用与发展
光催化技术在环境治理中的应用与发展随着工业发展和城市化进程的加快，环境问题日益凸显。
空气和水污染、土壤污染等问题对人类健康和生态环境造成了严重的威胁。
为了解决这些问题，科学家们提出了各种环境治理的方法和技术，其中光催化技术作为一种高效、环保的技术逐渐受到关注并得到了广泛应用。
光催化技术是利用特殊的光催化剂和光源，在光照条件下进行光氧化反应，将有害物质转化为无害物质，从而实现环境的净化和治理。
该技术的应用范围广泛，涉及空气净化、水处理、土壤修复等多个领域。
首先，光催化技术在空气净化方面具有很大的潜力。
空气污染问题已成为全球性的严重问题，光催化技术可以通过光氧化反应去除空气中的甲醛、苯等有害有机物和二氧化氮、恶臭气体等无机物。
实验证明，在光催化材料的作用下，这些有害物质可以被高效降解，并且反应产物不会对环境产生二次污染。
而且，光催化技术还可以去除空气中的细菌、病毒等微生物，有效地提高空气质量，减少呼吸道疾病的发生。
其次，光催化技术在水处理领域也展示出了巨大的潜力。
水污染不仅会对人类健康产生威胁，也会对水生生物和生态系统造成破坏。
传统的水处理方法往往效率较低且操作复杂，而光催化技术的应用可以有效地去除水中的有机物、重金属离子和微生物等污染物。
此外，光催化技术还可以分解水中的氨氮、亚硝酸盐等有害物质，降低水体的化学需氧量（COD）和氨氮含量，提高水质标准。
再次，土壤污染是一个长期存在并且日益严重的问题。
光催化技术在土壤修复方面具有独特的优势。
利用光催化材料和特定光源进行土壤污染修复，可以将有机污染物和重金属离子转化为无害的物质，提高土壤质量和环境生态稳定性。
相比传统的土壤修复方法，光催化技术具有操作简便、修复效率高的优势，并且可以减少二次污染和资源浪费。
光催化技术在环境治理中的应用与发展也面临一些挑战。
首先，光催化技术的效果受光源的稳定性、光照强度和催化剂的质量等因素的影响。
因此，在实际应用中需要优化光催化剂的制备方法和光源的选择，以提高光催化反应的效率和稳定性。
光催化技术的原理及应用
光催化技术的原理及应用引言光催化技术是一种利用光能激发物质反应的技术，通过光催化剂吸收光能激发电子，并与其它物质进行反应，从而实现一系列的化学过程。
本文将介绍光催化技术的原理和其在环境治理、能源生产以及材料科学等领域的应用。
光催化技术的原理光催化技术利用光能激活催化剂，从而促进物质的转化和反应。
光催化过程主要有以下几个关键步骤：1.光吸收：光催化剂吸收光能，跃迁到激发态。
催化剂的电子从基态跃迁到激发态时，吸收了光子的能量。
2.电子输运：激发态的催化剂通过电子输运链进行电子传递，将激发态的电子输运到反应区域。
3.氧化还原反应：激发态的电子与物质发生氧化还原反应，从而促进物质的转化和反应。
常见的反应包括光解水、光催化降解污染物等。
光催化技术的原理基于上述关键步骤，通过激活催化剂的电子，从而促进化学反应的进行。
光催化技术具有高效、环境友好、可控性高等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
光催化技术在环境治理中的应用光催化技术在环境治理领域发挥着重要作用，特别是在空气和水污染治理中。
以下是光催化技术在环境治理中的几个应用案例：1.空气净化：光催化技术可以利用催化剂吸附和分解空气中的有害气体，如二氧化氮、甲醛等。
通过将光催化剂涂覆在建筑材料表面或制备成光催化过滤器，可以有效净化室内和室外空气。
2.水污染治理：光催化技术可以通过光解水、光催化氧化等反应来消除水中的有机物、重金属等污染物。
将光催化技术应用于水污染治理可以高效地去除各类有害物质，提高水质。
3.种植光催化材料：在城市建设中，可以利用光催化材料种植植物和藻类，通过光催化作用，可以提高植物和藻类的光合作用效率，减少二氧化碳排放，改善城市生态环境。
光催化技术在能源生产中的应用光催化技术也在能源领域展现出广阔的应用前景，下面是光催化技术在能源生产中的几个实际应用：1.光催化水裂解制氢：通过将光催化剂与水接触，利用光催化原理将水分解成氢气和氧气。
这种方法可以以可再生能源为驱动，实现低成本、高效率的氢气生产，为新能源的开发提供支持。
光催化技术的发展与应用
光催化技术的发展与应用光催化技术是一项以光能为驱动力，通过催化剂与光催化材料的相互作用，实现化学反应的现代技术。
随着科技的不断进步，光催化技术在环境保护、能源转化等领域得到广泛应用。
本文将对光催化技术的发展历程以及其在环境治理和能源利用等方面的应用进行探讨。
一、光催化技术的发展历程1.早期研究最早提出光催化原理的是德国科学家费舍尔（Fischer）和蠕动动物秧虫。
他们在19世纪发现，一些蠕动动物在阳光下能够运动，并从中得到养分。
于是研究者开始关注光能如何催化化学反应。
2.纳米材料的应用随着纳米科技的发展，人们开始尝试运用纳米材料作为催化剂，以增强光催化反应的效果。
纳米催化剂具有高比表面积和优异的光吸收性能，能够提高光催化反应的速率和效率。
3.新型光催化材料的发现除了纳米材料，人们还不断发现各种新型的光催化材料，如氧化钛、氧化锌、二氧化硅等。
这些材料具有良好的光催化性能，对降解有机物、分解有害气体等具有重要作用。
4.理论与实践相结合随着对光催化原理的深入研究，人们对催化反应的机理有了更为清晰的认识。
理论的指导使得实践更加精准，光催化技术的发展也越发迅速。
二、光催化技术在环境治理中的应用1.水污染治理光催化技术可以降解水中有机污染物，如重金属离子、农药等。
光催化反应中产生的活性氧能够氧化水中的有机物，从而达到净化水源的目的。
2.空气净化光催化技术可用于降解空气中的有害气体，如二氧化氮、挥发性有机物等。
催化剂吸收光能激发电子，激发电子与氧气反应生成活性氧，进而分解有害气体。
3.环境修复光催化技术在土壤和废水的修复过程中也有广泛应用。
通过催化剂的作用，能够有效降解土壤和废水中的有害物质，使其恢复到一定程度的清洁和可利用性。
三、光催化技术在能源利用中的应用1.光生物质转化光催化技术可将光能转化为化学能，并间接转化为生物质能源。
通过光照的作用，催化剂将CO2和水转化为有机物质，从而达到生产生物质能源的目的。
太阳能光催化技术的发展与应用
太阳能光催化技术的发展与应用随着环保意识的提高和能源危机的临近，新能源成为了人们关注的热点。
太阳能光催化技术作为可再生能源和环境保护的重要手段，一直备受关注。
那么，太阳能光催化技术的发展与应用是怎样的呢？一、太阳能光催化技术的概念与原理太阳能光催化技术是指利用太阳光能激发光催化剂活性，从而促进物质的光化学反应。
其原理是在光照条件下，光催化剂表面吸附及吸收光能，产生电子-空穴对，电子向光催化剂表面被氧化剂吸收，空穴被光催化剂表面吸附的邻近反应物或由光催化剂自身活化催化物质的反应体系中参与反应。
通过太阳能和纳米催化剂的相互作用，可将阳光转化为化学能，将有害物质分解成无害的物质，从而达到治理环境污染和资源利用的目的。
二、太阳能光催化技术的研究现状太阳能光催化技术的研究自上世纪70年代开始，至今已有数十年的历史。
在过去的几十年中，太阳能光催化技术经历了从早期的TiO2光催化剂到后来的氧化物光催化剂，再到今天的非氧化物光催化剂的演变过程。
在实际应用中，太阳能光催化技术已被广泛应用于环境污染治理、水质净化、废气处理、纳米材料制备等领域。
其中，太阳能光催化技术在污染物处理方面具有广阔的应用前景。
通过光催化氧化降解污染物，不仅可以提高废水处理效率，克服传统方法操作难度大、操作成本高、处理效果差等缺点，还可以减轻对环境的污染。
此外，太阳能光催化技术还被广泛应用于新能源的开拓与利用，如H2O2光催化分解生产氢气、光电池和燃料电池材料的制备等领域。
三、太阳能光催化技术的应用现状太阳能光催化技术的应用前景非常广泛。
其中，光催化技术在水处理领域应用尤为广泛。
比如，氨氮、COD、有机物、偏硅酸钠等污染物质都可以被太阳能光催化技术快速降解。
除此之外，太阳能光催化技术在空气净化、光重降解、光电化学反应、光电池等领域也得到了广泛的应用。
太阳能光催化技术作为一种新型的环保技术和能源技术，其应用已经渐成气候。
然而，这项技术目前仍有一些问题待解决，例如光催化反应速度慢、光吸收率不高、光照条件受限等问题。
光催化技术的研究进展和应用前景
光催化技术的研究进展和应用前景近年来，光催化技术在环境治理、新能源开发、医疗卫生等领域得到了广泛关注和应用。
在不产生二次污染的前提下，通过光的作用将有害物质转化成无害物质，实现环境净化和治理，实现“净化+利用”的目的，因此被认为是环保产业未来的重要发展方向之一。
1. 光催化技术的基本原理和分类光催化技术是指通过光照射，利用光催化剂将有害物质转化为无害物质的技术。
它的基本原理是，光催化剂在光的作用下，具有激发能量的电子与氧分子结合，产生高度活性的氧化还原物，从而加速污染物的降解。
而光催化剂是指能够吸收光能，激发电子，参与或促进化学反应的材料，通常是由半导体材料制备而成。
根据光源的不同，光催化技术主要可以分为自然光催化和人工光催化。
自然光催化是指利用自然光源，将光能转化为化学能的过程，适用于室外照明和环境治理等领域；而人工光催化是指利用人工光源，将电磁波转化为化学能的过程，适用于光电催化水分解、人工光合作用等新能源领域。
2. 光催化技术在环境治理领域的应用光催化技术在环境治理领域的应用，主要是针对大气污染和水污染两个领域。
在大气污染方面，研究表明，光催化技术能够将二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和甲醛等有毒有害气体转化为二氧化碳和水等无害物质，从而有效改善空气质量。
在水污染方面，光催化技术能够有效地分解甲醛、苯、氨氮、六价铬等有害物质，使废水变得清澈透明。
比如，近年来各种光催化材料的研究得到了广泛关注。
如纳米二氧化钛，是一种光催化材料，能够吸收紫外光，使二氧化硫等有毒气体得到有效分解。
光催化处理过程的最终产物是二氧化碳和水，因此具有很高的环境友好性。
3. 光催化技术在新能源领域的应用光催化技术在新能源领域的应用，主要是针对光电催化水分解和人工光合作用等方面。
光电催化水分解是指利用光催化剂在光的作用下，将水分解为氢气和氧气的过程，而人工光合作用则是一种仿照自然界光合作用的新能源技术。
其中，光电催化水分解是解决氢能生产和贮存问题的核心技术。
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空穴的复合几率减小，光催化效率提高
五、纳米2光催化技术的应用
环保方面的应用 卫生保健方面的应用 防结雾和自清洁涂层
环保方面的应用
一 .无机污染物的光催化氧化还原 光催化能够解决6+、2+、2+等重金属离子的污 染；分解转化其它无机污染物，如、2、H2S、 2、等 二.有机化合物的光催化降解
半导体导电：两种载流子运动形成（电子和空穴的定向漂移）。
（1）电子：
价带顶部的电子被激发到 导带后，形成了自由电子
自由电子参与导电
电子带有负电荷
（2）空穴：
价带顶部的电子被激发到 导带后，价带中就留下了 一些空状态
激发一个电子到导带，价 带中就出现一个空状态
把价带中空着的状态看成 是带正电的粒子，称为空 穴
反应副产品硝酸可在降雨过程中除去，而且雨水经 过大气中粉尘的中和凡乎无酸性，从而达到净化空 气的目的
南京长江三桥桥北收费站的水泥混凝土路面利用2 光催化降解汽车尾气
存在的问题
纳米2基路面材料制备工艺需要更加完善 纳米2基沥青路面降解汽车尾气的研究需要加
强 纳米2光催化产物对路面材料的影响需要更加
原子内壳层电子能量低，能级分裂少，简并度低，共有 化程度低，能带窄。
外层电子能量高，能级分裂多，简并度高，共有化程度 高，能带宽。
满带：能量低的能带中充满电子，能带称为满带。 导带：最高能带，全空或半空 ，电子未满，称为导带。 禁带：两个能带间的区域。 价带：导带下的满带，电子可跃迁到导带。
电子的共有化运动： 当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳
层之间就有了一定程度的交叠，相邻原子最外壳层的交 叠最多，内壳层交叠较少。原子组成晶体后，由于电子 壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以 由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以 在整个晶体中运动，这种运动就称为电子的共有化运动。
共有化运动只能在相似壳层间转移
能级分裂：当原子周期性排列形成晶体互相靠近时，每 个原子中的电子除了受到本身原子势场及其它电子作用 外，还要受到其它原子势场及其它大量电子的作用。
同一能级上电子的能级都分裂为m个彼此相近的能级， m 称为简并度。
晶体有N个原子，一个能级可分裂成个相近能级，形成能 带。
而2材料制成的光催化剂无毒、廉价、高效、性 能稳定，是当前应用最广的光催化剂
四、纳米2光催化降解机理
光催化剂的纳米尺寸效应
量子效应 当半导体粒径小于某一纳米尺寸时，导带和价带间的能隙变宽，
光生电子和空穴的能量增加，氧化还原能力增强 表面积效应 随着粒子尺寸减小到纳米级，光催化剂的比表面积大大增加，
深入的研究
有机物
催化剂 光源
光解产物
烃
2
卤代烃
2
羧酸
2
表面活性剂 2
紫外 紫外 紫外，氙灯 日光灯
2，H2O ，2，H2O ，H2，烷烃，醇，酮酸 2，32-
染料
2
含氮有机物 2
紫外 紫外
2，H2O，无机离子，中间物 32-，3-，4+，43-，等
有机磷杀虫剂 2
紫外，太阳光 ，43-，2
纳米2在处理汽车尾气中的应用
半导体光催化技术的发展与应用
主要内容
一、半导体光催化技术的发展 二、半导体光催化技术的理论基础—能带理论 三、半导体光催化机理 四、纳米2光催化机理 五、纳米2光催化技术的应用
一、半导体光催化技术的发展
➢ 1972年和在型半导体2电极上发现了水的光催化分解作用，揭开 了光催化技术研究的序幕。
➢ 1976年用2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年光催化氧化 为，光催化技术在环保方面的应用
同电子能级，每个能级上只能容纳两个自旋方向相反的 电子。
靠近原子核，受原子核约束强，能级低； 远离原子核，受原子核约束弱，能级高；
电子从低能级跃迁到高能级，要吸收能量； 电子从高能级跃迁到低能级，要放出能量；
基态：能量最低； 激发态：电子被激发到高能量轨道上。
E3 E2 E1
价带
禁带宽度，其中和分别为Βιβλιοθήκη 带( )底和价带( ) 顶对应的能量。
导带
价带
固体材料可以按其导电性分为导体、半导体和绝缘体。 绝缘体：禁带宽度很大，绝缘体导带为空带，激发电子
需要很大的能量，在通常温度下，能激发导带上的电子 很少，因此导电性能差。如金刚石。 导体：禁带宽度比较大，导体的导带为半满带。
空穴带有正电荷
三、半导体光催化机理
A -
D
h
+
Overall reaction: D+A
h PC
Doxidized +Areduced
要激发半导体的光催化活性，必须使其接受能量大 于其禁带宽度的光照射。而根据普朗克（）方程 （如式1.1所示），可以计算出能够激发半导体的活 性的光波波长（也就是光响应范围）。
λ
式中：λ为最大吸收波长；h为普朗克常量，即 6.63×10-34J•s；c为光的真空速度，即为3.0×108；为
半导体的带隙能。
以2为例，其为3.2，其最大吸收波长为388.5，正好落在 紫外光波长范围（200～400）内。
常用半导体光催化剂有：
、2、、、2、3O4易发生光腐蚀，半导体的光腐 蚀表现为阳极的溶解或阴极的表面还原 。
➢
研究开始启动。
➢ 近十几年来，半导体光催化技术在环保、卫生保健等方面的
➢
应用研究发展迅速，纳米光催化成为国际上最活跃的研究领
➢
域之一。
二、半导体光催化技术的理论基础——能带理论
单个原子：由原子核和核外电子组成。 电子的能量是一定的，这种量子态的能量成为能级。
（轨道的不同能量状态） 电子轨道分别用1s,2s,2p,3s,3p,3d,...等符号表示，对应不
导带
价带
半导体： 禁带宽度窄 在通常温度下就有不少电子激发到导带上，这些电子将参
与导电； 同时，价带中由于少了一些电子，在价带顶部附近出现了
一些空的量子状态，价带电子的这种导电作用等效于把这 些空的量子状态看成带正电荷的准粒子的导电作用，常称 这些空的量子状态为空穴。
导带
价带
半导体中的载流 子