TiO光催化材料在环境污染治理与新能源领域中的应用
TiO2光催化原理和应用
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, 世界范围内每年大概有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。
包括我国在内世界范围内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范围，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阳光的照射下，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谢反应的总和，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。
二氧化钛光催化剂材料涂层
二氧化钛光催化剂材料涂层什么是二氧化钛光催化剂材料涂层？二氧化钛光催化剂材料涂层是一种常见的光催化剂材料涂层，其中的主要成分是二氧化钛。
它具有高效催化反应、能源可持续利用等特点，被广泛应用于环境污染治理、能源转化、材料功能改性等领域。
二氧化钛是一种无毒、无害的材料，可以通过不同的制备方法获得，如溶胶-凝胶法、气相沉积法、热蒸发法等。
当二氧化钛以光催化剂材料涂层的形式应用时，它能够通过吸收光能量产生光生电化学反应，并将光能转化成化学能，从而驱动各种有益反应发生。
如何制备二氧化钛光催化剂材料涂层？制备二氧化钛光催化剂材料涂层的方法多种多样，下面将介绍一种常用的制备方法。
1. 材料选择：首先，选择合适的二氧化钛材料，可以选择晶体型的二氧化钛（如金红石型、锐钛矿型等）或者非晶体型的二氧化钛（如无定形二氧化钛）等。
2. 基体选择：选择适用的涂层基体，可以是玻璃、陶瓷、金属等材料。
基体的选择应考虑到涂层与基体的附着力、相容性等因素。
3. 制备涂层：可以通过不同的方法制备二氧化钛光催化剂材料涂层，其中的常用方法包括溶胶-凝胶、物理气相沉积、脉冲激光沉积等。
以溶胶-凝胶为例，制备涂层的步骤如下：a. 溶胶制备：将适量的二氧化钛溶解在有机或无机溶剂中，形成均匀的溶胶。
b. 凝胶制备：通过加热、搅拌等方法将溶胶逐渐转化为凝胶。
c. 涂层制备：将凝胶涂布在待涂层表面，可以使用刷涂、喷涂、浸渍等方式进行。
4. 热处理：将制备好的二氧化钛光催化剂材料涂层进行热处理，通常在高温下进行，以提高涂层的结晶度和催化活性。
二氧化钛光催化剂材料涂层的应用领域和意义？二氧化钛光催化剂材料涂层在环境污染治理、能源转化、材料功能改性等领域具有广泛的应用前景和重要的意义。
在环境污染治理方面，二氧化钛光催化剂材料涂层可以应用于有机废水处理、空气净化等领域。
当二氧化钛暴露在光线下时，它可以吸收光能量，产生电子空穴对，并通过光生电化学反应将环境中的污染物降解为无害物质，从而起到净化环境的作用。
光催化材料的制备和应用
光催化材料的制备和应用光催化技术在环境治理、清洁能源、化学合成等领域都有着广泛的应用。
而合成具有优异光催化性能的光催化材料是实现高效光催化反应的重要前提。
本文将介绍几种常见的光催化材料的制备方法及其应用。
一、TiO₂光催化材料TiO₂是最具代表性的光催化材料之一，在环境污染治理和清洁能源方面得到了广泛应用。
其常见制备方法包括水热法、溶胶凝胶法、水热合成等。
水热法通常采用铁盐或硝酸钛和氧化钠为原料，在高温高压条件下制备得到纳米晶TiO₂。
溶胶凝胶法是指将金属盐溶解于溶胶溶剂中，制备得到无定形或晶体态的纳米TiO₂。
水热合成法是指将阳离子铁或钨酸钠溶液和四氧化三钛悬浮液混合，在高温高压条件下制备得到纳米结构的TiO₂。
TiO₂光催化材料的应用广泛，在污水处理、有机废气处理、空气净化等方面已经广泛应用。
与其它光催化材料相比，TiO₂光催化剂不仅具有高催化活性和稳定性，而且成本低廉，易于制备，使其在实际应用中较为普遍。
二、Fe₂O₃光催化材料Fe₂O₃是一种新兴的光催化材料，是一种氧化铁，通常是以氧化铁为原料经过热处理或水热法制备而成。
其高效的光催化性能和优异的磁性使得其在环境污染治理和催化合成等方面具有广泛的应用前景。
在污水处理和空气净化方面，Fe₂O₃光催化剂主要用于去除有机物和生物有害物质。
在化学合成方面，其可应用于重要的有机合成反应中，例如Fischer-Tropsch合成和其他重要的有机合成反应。
三、氧化锌光催化材料氧化锌是一种重要的半导体光催化材料，具有优异的光催化性能。
其常见制备方式包括沉积-沉淀法、微波反应法、水热法和氧化还原法等。
其中沉积-沉淀法和微波反应法制备的氧化锌颗粒具有更大的比表面积和较好的光吸收性能。
氧化锌光催化剂在光催化氧化、光催化降解等方面具有广泛的应用。
已有的研究表明，氧化锌光催化剂还可以被用来制备氢气、净化污水、制备水氢氧化物和二氧化碳氢化反应等。
在医学方面，氧化锌光催化材料还可以被用于治疗白癜风、痤疮和肝斑等多种皮肤疾病。
《2024年光催化纳米材料在环境保护中的应用》范文
《光催化纳米材料在环境保护中的应用》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，环境保护已成为全球关注的焦点。
光催化纳米材料作为一种新型的环境治理技术，因其高效、环保、可持续等优点，在环境保护领域得到了广泛的应用。
本文将重点探讨光催化纳米材料在环境保护中的应用，包括其工作原理、应用领域及未来发展趋势。
二、光催化纳米材料的工作原理光催化纳米材料是一种利用光能驱动的催化剂，其工作原理主要基于光吸收、电子传递和表面反应等过程。
当光催化材料受到光照时，其表面会产生激发态的电子和空穴，这些激发态的粒子具有极强的氧化还原能力，可以与吸附在材料表面的污染物发生反应，将其分解为无害的物质。
此外，光催化纳米材料还可以通过光敏化、表面修饰等方法提高其催化性能。
三、光催化纳米材料在环境保护中的应用1. 水处理领域光催化纳米材料在水处理领域具有广泛的应用。
通过将光催化纳米材料投入水中，可以利用太阳光或人工光源激发材料表面的电子和空穴，从而降解水中的有机污染物、重金属离子等。
此外，光催化纳米材料还可以用于净化废水、消毒、除臭等方面。
2. 空气净化领域光催化纳米材料在空气净化领域也具有显著的应用。
通过将光催化纳米材料应用于室内外空气净化器、车载空气净化器等产品中，可以有效地去除空气中的有害气体、细菌、病毒等污染物。
此外，光催化纳米材料还可以提高空气质量监测的准确性。
3. 土壤修复领域光催化纳米材料在土壤修复领域也具有潜在的应用价值。
通过将光催化纳米材料与土壤中的污染物发生反应，可以有效地降低土壤中的有害物质含量，提高土壤质量。
此外，光催化纳米材料还可以与其他修复技术相结合，如生物修复、物理修复等，提高土壤修复效果。
四、光催化纳米材料的优势与挑战优势：（1）高效性：光催化纳米材料具有较高的催化活性，可以快速地降解污染物。
（2）环保性：光催化纳米材料在降解污染物的过程中不产生二次污染。
（3）可持续性：光催化纳米材料具有较长的使用寿命，可以重复使用。
2024年二氧化钛光催化剂市场前景分析
2024年二氧化钛光催化剂市场前景分析介绍近年来，随着环境污染问题的日益严重，光催化技术逐渐成为净化空气和水源的有效方法。
二氧化钛（TiO2）作为一种广泛应用于光催化领域的材料，其在光催化反应中具有优异的活性和稳定性。
本文将对二氧化钛光催化剂市场的前景进行分析。
市场概述目前，全球环境污染问题越来越严重，人们对环境质量的要求也越来越高。
光催化技术以其高效、环保的特点受到了广泛关注。
二氧化钛作为光催化剂的应用领域非常广泛，包括空气净化、水处理、光催化反应等多个领域。
市场驱动因素环境污染问题的日益严重随着工业化和城市化的快速发展，大量的废气和废水排放对环境造成了严重的影响。
空气和水源的污染成为人们关注的焦点。
二氧化钛光催化技术通过吸附和催化反应将污染物分解成无害的物质，因此被认为是一种有效的净化手段。
政府环保政策的支持为了改善环境质量，各国政府纷纷推出环保政策，加大投入用于环境治理。
二氧化钛光催化技术由于其效果显著，得到了政府的广泛认可和支持。
政府的支持政策和资金扶持将推动二氧化钛光催化剂市场的发展。
市场挑战技术难题尽管二氧化钛光催化剂在净化空气和水源方面具有优异的性能，但其在实际应用中仍然面临一些技术难题。
比如，光催化反应过程中产生的电子-空穴对的复合速率很高，限制了催化剂的光催化活性。
此外，二氧化钛光催化剂的光吸收范围较窄，只能吸收紫外光，限制了其在可见光区的应用。
市场竞争激烈光催化技术市场竞争激烈，不仅有很多企业参与其中，还面临着其他净化技术的竞争。
除了二氧化钛外，还有其他光催化剂材料和光催化技术在市场中占据一定份额。
因此，二氧化钛光催化剂市场需要不断创新和提高产品性能，以保持竞争力。
市场发展趋势技术创新和改进为了克服二氧化钛光催化剂的技术难题，科学家们正在进行技术改进和创新。
通过改进材料结构、调控光催化活性中心等手段，提高催化剂的光催化活性和稳定性。
同时，研究者们也在开发新型的光催化剂材料，以扩大光吸收范围，提高催化效率。
2024年二氧化钛光催化市场分析现状
2024年二氧化钛光催化市场分析现状引言二氧化钛光催化作为一种高效的环境治理技术，在现代社会中得到了广泛的应用。
光催化技术通过利用二氧化钛材料对光能的吸收和转换，促使光催化反应的发生，以达到净化空气、净化水源等环境治理的目的。
本文将对二氧化钛光催化市场的现状进行分析。
1. 二氧化钛光催化技术的应用领域二氧化钛光催化技术具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.1 环境空气治理二氧化钛光催化技术通过光催化反应降解有害气体，如二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳等，提高空气质量。
该技术在空气净化器、汽车尾气净化装置等领域得到广泛应用。
1.2 水资源净化二氧化钛光催化技术被用于水资源净化，如处理废水、净化自来水等。
通过光催化反应，能够有效去除水中的有机物质、重金属离子等有害物质，提高水的质量。
1.3 光催化杀菌二氧化钛光催化技术在医疗、食品加工、饮用水净化等领域被应用于杀菌。
光催化反应能够产生具有杀菌作用的自由基，有效消灭病菌、病毒和细菌。
2. 二氧化钛光催化市场现状分析二氧化钛光催化市场发展前景广阔，以下是针对市场现状的分析：2.1 市场规模二氧化钛光催化市场目前规模较小，但随着环境污染问题的日益严重，光催化技术在空气净化、水资源净化、食品安全等领域的需求不断增加，市场潜力巨大。
2.2 市场竞争格局光催化市场存在较多的竞争者，其中包括国内外企业。
目前，国内企业在产品研发、生产工艺等方面与国外企业相比仍存在一定差距，但随着技术的不断创新和进步，国内企业有望取得更大的市场份额。
2.3 技术进步与创新二氧化钛光催化技术面临的主要挑战是如何提高光催化反应的效率和稳定性。
当前，科学家们正致力于开发新型的二氧化钛材料、调控催化反应条件等，以提高光催化技术的性能，满足市场需求。
2.4 政策支持与市场推广政府对环境保护的重视和政策支持将推动二氧化钛光催化市场的发展。
政府部门鼓励企业增加研发投入，并提供相应的资金和税收优惠政策。
光催化材料在环境污染净化中的应用
光催化材料在环境污染净化中的应用随着社会进步和科技发展，环境污染已成为全球性难题。
怎样清除环境污染物成为了人们关注的焦点。
而在这个问题上，光催化材料的应用已经成为一种新颖的解决方式。
一、光催化材料在环境污染净化中的原理光催化是一种利用光催化材料（具有光催化活性）与光源相互作用的化学过程，可将有机物资（如芳香族化合物、有机酸、染料、化学氧化物等）与部分无机离子氧化降解为无毒无害的 CO2、H2O 等物质，从而达到净化环境的目的。
二、光催化材料的种类1. TiO₂：是目前应用最广泛的光催化剂。
其理化特性稳定，易得，具有高度放氧能力，可有效分解亚甲基蓝、甲基橙和花青素等有机污染物。
2. 铜银复合氧化物：此类氧化物具有很高的催化活性，可用于降解各种有机物，如苯酚、4-羟基苯甲酸、荧光素等。
3. CdS：此类晶体氧化物用于污染物降解领域较为丰富。
其短裂解时间和高效率使其成为可望成为未来光催化剂研究的热点。
4. Fe₂O₃：因其具有中等的带隙宽度、较高的氧化还原能力和高比表面积，可以有效处理低浓度的甲醛、苯酚、丙酮等有机污染物。
三、光催化材料的应用目前，光催化材料已广泛应用于空气净化、水净化等环境污染控制领域。
它在大气污染控制方面的应用主要包括机动车尾气治理、工业废气治理和烟草烟雾控制，它在水污染控制领域的应用包括废水处理、饮用水处理和水中微污染物去除等。
例如，在废气处理中，采用光催化材料广泛用于有机气体、甲醛、苯酚等污染物处理。
在废水处理方面，光催化技术被广泛应用于控制地下水、饮用水、再生水、废水和污泥中的微生物和有机化合物等。
此外，光催化材料还可以被应用于其他方面。
例如，在太空舱和无菌室中，应用光催化技术有效地杀死有害微生物；在公共场所的空气净化器中，光催化技术可有效滤除细菌、病毒和化学气体。
四、光催化材料存在的问题虽然光催化技术被提出，但如何将其运用到实践中仍存在一些问题。
首先，光催化材料的性能和寿命仍存在差距，应进一步探索优化材料性能的方法；其次，光催化材料的制备成本高、收率低，有限制材料生产和应用的商业化；最后，对于特别难处理的污染物，光催化材料的应用仍然存在局限性。
环境污染物的光催化降解技术
环境污染物的光催化降解技术环境污染物是当今社会面临的重要问题之一。
它们的存在对生态系统和人类健康造成了极大的威胁。
为了解决这个问题，科学家们利用光催化降解技术来净化环境并改善空气质量。
本文将介绍光催化降解技术的原理、应用以及未来发展方向。
一、原理光催化降解技术利用光源和催化剂来催化有害物质的降解。
其中最常用的催化剂是二氧化钛（TiO2）。
当紫外线照射到催化剂表面时，电子从催化剂的价带被激发到导带，形成电子空穴对。
这些电子空穴对可以与水或氧气中的物质发生反应，从而降解有害物质并生成无害的产物。
二、应用光催化降解技术已经在许多领域得到应用，并显示出了良好的效果。
以下是几个主要应用领域的介绍：1. 水处理水中存在着各种有机污染物和重金属离子，对人类健康造成威胁。
光催化降解技术可以有效地去除水中的有机污染物和杀灭细菌，从而改善水质和保护人类健康。
此外，光催化降解技术还可以降解水中的重金属离子，减少对环境的污染。
2. 空气净化车辆尾气和工业废气是环境中常见的空气污染源。
光催化降解技术可以将这些有害物质降解为无害的物质，从而净化空气并改善空气质量。
此外，光催化降解技术还可以去除空气中的有害气体，如甲醛和苯等。
3. VOCs处理挥发性有机物（VOCs）对环境和人体健康造成了严重影响。
光催化降解技术可以有效降解VOCs，减少其对环境的危害。
该技术已广泛应用于印刷、涂装和化工等行业，取得了显著的效果。
三、未来发展方向尽管光催化降解技术已经取得了一定的成果，但仍有一些挑战需要克服。
以下是未来发展方向的几个关键点：1. 催化剂的改进目前最常用的催化剂是二氧化钛，但其光催化性能有限。
研究人员正在努力开发更高效、可重复使用和稳定的催化剂，以提高光催化降解技术的效率。
2. 反应条件的优化反应条件对光催化降解的效果至关重要。
研究人员需要探索适合不同污染物和环境条件的最佳反应参数，以实现更高效的降解过程。
3. 技术的工业化应用将光催化降解技术从实验室推广到工业应用是一个具有挑战性的任务。
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光催化材料种类
(2) 、层状钛酸盐：
• K2Ti4O9及其柱撑改性产物为具有大的阳离子交换空间的层状结构。 • 层状K2Ti4O9可通过柱撑过程在层状化合物层间引入合适的客体提高光催化活性。如SiO2柱撑
K2Ti4O9沉积Pt以后，光催化活性可达2.8 mmol/g·h。 • 常用的柱撑材料有：TiO2、SiO2和Al2O3等。柱撑过程的结构变化主要表现在层间距有所增加，比
Ti(OR) /H O=1:10(Mole ratio),500 42
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 degree
XRD
TEM
TG－DSC
PL
一般背景
• 有毒废水：通常采用氧化塘，地下储水池和垃圾场等手段处理。其结果是使土壤，地下水和地 表水被污染。
TiO2光催化材料在环境污染治理与新能源领域中的应用
长沙理工大学化学与生物工程学院 夏畅斌
2015.03.20
一、能源和环境问题 二、TiO2光催化材料 三、TiO2光催化降解污染物
四、TiO2在新能源领域中的应用 五、TiO2在其它领域中的应用
中国
75%
煤
能源问题
目前的能源结构与现状
世界
石油 17%
40年
160年
亿万年形成的化石燃料不过支持了约300年的现代工业文明！如果几十年里不能发展出替代 能源，石油危机也就不可避免了。
能源问题
4、能源分类 按产生方式不同: 一次能源(primary energy)：自然存在的、可以直接利用的能源
化石燃料
风能
水力能
太阳能
地热能
核能
二次能源(secondary energy)：无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到 的能源。如电力，汽油，煤气，蒸气等
表面积有所增大。
K2La2Ti3O10结构示意图
K2Ti4O9的结构示意图
光催化材料种类
▪ NiO/La2Ti2O7表现出优异的光催化效率。 ▪ 通过其他修饰如掺杂等处理，负载Ni、掺
杂Cr，Fe的La2Ti2O7在可见光( λ > 420 nm)范围光催化分解水.
• 但层状复合氧化物也存在稳定性较差的缺点，需进一步完善使其结构优势得到更好的发挥。 • 已报道的光催化剂中，普遍存在可见光利用率低等缺点。 • 就光解水来说，关键在于提高光催化反应的活性及选择性，并将其激发波长扩展到可见光区，
1、温室效应
环境问题 全球气候在近几十年同步变暖，明显开始发生温室效应。
全球每年排放的CO2 高达 240亿吨之巨，几乎未经任何处理!
环境问题
目前全球臭氧层正以每年2%至3%的速度削减，如果任其发展，在 21世纪末平流层臭氧含量将降至目前的一半以上，届时人类将会面 临一场空前的浩劫!
气候的变化，将对全球生态带来不可估量的影响。对于人类而言， 灾难可能就出现在“后天”
能源问题
能源问题 1、化石能源的不可再生性
煤、石油、天然气均是亿万年地球运动积累而成，不能循环使用，也不可能大量地人工 合成，不可能回收。
光合作用是唯一可利用CO2 和水合成有机物的反应－地球上最伟大的反应
能源问题 2、资源分布的不均匀性
石油：中东地区的剩余可开采储量约占世界总量的2/3。 煤炭：美、俄、中占剩余可开采储量 50%以上 。 天然气：中东和前苏联地区剩余可开采储量占70％以上。
能源问题 按可否再利用： 可再生能源(renewable energy)—不断获得补充的能源，如，太阳能、生物质能、化学电 源、氢能等
不可再生能源—一旦开采枯竭，便不能再恢复。如煤、石油、核燃料等
能源问题
5、能源材料： • 与能源开发、运输、转换、储存和利用等过程相关的材料. • 包括：储能材料、节能材料、能量转换材料和核能材料.
人口和生活质量的提高，全球能源消耗每年仍以2％速度增加，唯一出路是新增部 分由可再生能源补充。
TW=1012W
出路与对策
可再生能源的特点 自然能(风能、太阳能等)的特点： • 周期性：一年四季，早晚变化 • 分散性：总体能量巨大，单位面积能量密度很低； • 地域性：人口密集区往往自然能源不多
高效地收集、转换、储存？
度，成为光生载流子的浅势捕获阱，使TiO2呈现出p-n型光响应共存现象，延长电子与空穴复合 时间降低复合概率。 ▪ 稀土、碱土元素离子掺杂:
光催化材料种类
B、非金属离子掺杂： ▪ 非金属掺杂TiO2主要有：C，N，F、Cl，B，S等 ▪ 这些元素最外层电子上都有p轨道电子，易和O轨道电子混合，达到改变催化剂禁带宽度，使催化
南极上空的臭氧层空洞
环境问题
2、大气污染 全球每年排放SO2 2.9亿吨，NOx约为5千万吨，可吸入粉尘→酸雨、光化学烟雾、呼吸 道疾病•••
洛杉矶光化学烟雾
酸雨效应
甘肃沙尘暴
环境问题 113重点城市空气质量级别
环境问题
3、荒漠化 森林破坏速度：每年1130万公顷，以0.35毁灭； 荒漠化面积：～地球陆地1/4;
其 其他
天然气
2%
6%
Hale Waihona Puke 40%石油24%天然气 其
其他 煤
10%
26%
CxHy + O2
H2O + CO2 + SO2 + NOx
➢ 世界能源主要依赖不可再生的化石资源； ➢ 我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；新能源的开发非常重要 ➢ 氢能作为理想的清洁的可再生的二次能源，其形成的关键是廉价的氢源； ➢ 太阳能资源丰富、普遍、经济、洁净。太阳能光分解水技术可望获得廉价的氢气，还可就地生产。
地区间政治、经济和军事冲突的主要原因
能源问题
3、资源的短缺性 在过去100年里，人类消耗了1420亿吨石油和2650亿吨煤，消费了世界56％的石油和60％以
上的天然气，以及50％以上的重要矿产资源。
60年
《BP世界能源统计2007》的数据表明， 全球石油储量可供生产40年，天然气 和煤炭则分别可以供应65年和162年
环境问题 4、水体污染
▪ 染料废水：是目前难降解的工业废水之一，其毒性大，色泽深，严重危害了生态环 境。
▪ 农药：我国每年农药产量大约20万吨，还从国外进口农药75万吨。通过喷施、地表 径流及农药工厂的废水排入水体中。
▪ 三峡库区的主要农药污染源依然是有机磷农药中“1605”、甲胺磷和有机氮农药中 呋喃丹三个品种，这三个品种的排毒系数之和占总排毒系数的91.4%。
有机污染物。 4. 半导体光催化氧化法：
污染物的处理方法
• 1972年，Fujishima 在 n-型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光 催化这一新的领域。
• 1977年，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。
➢ 典型体系：CdS/TiO2，较新的体系有WO3/TiO2，CdS/ZnS/n-Si, CdS/钛酸盐的层状复合物。
(3)、复合半导体
光催化材料种类
复合半导体CdS/TiO2光催化剂中的 光激发示意图
层间插入CdS复合物光催化反应的电子迁 移模型
▪ 近年主要发展了半导体与层状钙钛矿催化剂或大比表面多孔性光惰性物质复合。
出路与对策
太阳能的利用：
储存：化学相变储热、光化学储能； 转换：光化学合成、太阳能光解水，热解制氢； 利用：光电化学电池
太阳能热利用
光伏效应
光电化学电池
O2
H2
e
sc
M
H 2O
光↔化学能转化
出路与对策
3、环境与能源问题的基本解决方案 光催化环境净化 光催化有机合成 太阳能电池 太阳能光解水、甲醇、生物质制氢
2.0
绝大部分只能吸收不
到5％的太阳光(紫外
部分)!
3.0
Evs.SHE(pH= )/eV
0
光催化材料种类
纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂
(1)、TiO2基材料改性： A、金属离子掺杂： ▪ 在TiO2晶格中引入新电荷、形成缺陷或改变晶格类型，影响光生载流子的运动状况、调整其分
布状态或改变能带结构，导致活性发生改变。 ▪ 过渡离子掺杂：过渡元素金属存在多个化合价，少量掺杂即可在其表面产生缺陷或改变其结晶
和空穴的分离效果，扩展光谱响应范围，有效地利用太阳能，从而提高光催化效率。
▪ 纯有机染料：罗丹明、卟啉、叶绿素、曙红等。纯有机染料种类繁多，吸光系数高，成本低， 一般都在TiO2表面发生化学吸附生成配合物，使用纯有机染料能节约金属资源。
▪ 金属有机配合物和复合敏化剂：Gratzel等人用TiO2纳米晶多孔膜作基质，用联吡啶钌配合物作 敏化剂，发现联吡啶钌配合物具有良好的吸收太阳光和进行光电转换的性能。在能量传输和电 子传输都具有很强的光敏化作用。
剂晶格缺陷，减小空穴－电子复合机会，提高光催化活性。 ▪ 结果表明：MO2-xXx对可见光的吸收虽有所提高，但掺杂元素易分解，实际应用存在困难。 ▪ 半导体耦合体系是将两种不同能隙的半导体结合在一起，解决催化剂的可见光吸收系数小和电子-
空穴复合问题，但符合能级要求的窄能隙体系很少且易光腐蚀，因此也限制了耦合体系的应用。
• 此后，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。
▪ 如：ZrO2/MCM-41, 光分解产氢速率比复合前提高2.5倍。Inter. J. Hydro.Energy, 2002, 27: 859。