光催化研究进展
新型光催化剂的研究进展与应用前景
新型光催化剂的研究进展与应用前景随着人们对环境保护意识的不断提高和对清洁能源需求的增加，新型光催化剂成为了近年来备受关注的研究领域。
本文将介绍新型光催化剂的研究进展与应用前景。
一、光催化剂概念及分类光催化剂是指一种能够利用光能转化化学反应能量的物质。
根据光催化剂的不同分类标准，可以将其分为很多类别。
以组成元素为分类标准，可分为有机光催化剂、无机光催化剂和混合型光催化剂；以作用机理为分类标准，可分为电子转移型光催化剂、电荷分离型光催化剂和单纯吸附型光催化剂等。
这些分类主要是为了方便研究和应用，实际上光催化剂的类型是多种多样的，研究者可以根据实际需求设计出合适的光催化剂。
二、新型光催化剂的研究进展1.二维材料光催化剂二维材料具有高比表面积、强化学能和优异的光吸收性能等优良特性，因此成为一种备受关注的光催化剂。
石墨烯、二硫化钼、二氧化钛等二维材料被广泛应用于有机污染物、氧化甲烷等环境问题的解决。
2.金属-有机框架材料光催化剂金属-有机框架材料在光催化领域中应用十分广泛。
其具有多孔结构和巨大的比表面积，有助于提高光催化剂活性和稳定性。
此外，金属-有机框架材料的化学结构可以被优化，从而改善其吸附性能和光学性能。
3.纳米复合材料光催化剂纳米复合材料由两种或两种以上材料结合而成，其优点在于结合后可以提高材料的光吸收性能、稳定性和光催化效率。
金纳米粒子与氧化铟的复合催化剂可以有效清除废水中的有机污染物，所以是一种十分实用的纳米复合材料光催化剂。
三、新型光催化剂的应用前景1.空气净化随着大气污染问题日益凸显，空气净化成为了关注的重点。
新型光催化剂可以使用太阳能和LED灯等光源，针对有机物、甲醛等有害气体进行降解，有效提高空气的品质。
2.水污染解决水资源一直是人间的重要基础，但随着经济的快速发展而被污染。
新型光催化剂可应用于清除有害水体中的多种污染物，如重金属、有机物等。
3.二氧化碳利用二氧化碳不仅是温室气体的来源之一，也是一种很好的能源储存介质。
光催化水分解制氢技术的研究进展
光催化水分解制氢技术的研究进展随着全球能源需求的不断增长以及环境问题的日益突显，清洁能源的开发和利用成为了人类关注的焦点。
氢能作为一种清洁、高能量密度的能源媒介，备受研究者的关注。
然而，有效、经济地制备氢气仍然是一个具有挑战性的问题。
光催化水分解制氢技术作为一种可持续、环保的制氢方法，正在获得越来越多的关注和研究。
光催化水分解制氢是利用光催化材料吸收太阳能，并将其转化为化学能的过程。
实现光催化水分解制氢主要涉及两个关键步骤：水溶液中的光生载流子的产生和将光生载流子转化为氢气和氧气的催化反应。
在这个过程中，催化剂起到了至关重要的作用。
当前，以半导体材料为基础的催化剂是光催化水分解制氢技术的主要研究方向之一。
例如，二氧化钛（TiO2）是广泛研究的光催化剂之一。
然而，纯二氧化钛表现出较大的能带间隙，仅能吸收紫外光，限制了其在可见光范围内的应用。
为了拓宽光吸收范围，研究人员进行了多种改性。
例如，通过离子掺杂或负载适量的金属纳米颗粒等方法，改善材料的光催化性能。
此外，一些新型的材料催化剂也受到了广泛研究。
例如，铁基或钼基催化剂在光催化制氢研究中显示出良好的催化活性和稳定性。
这些新型催化剂不仅能够有效地利用可见光，而且其优异的光电催化性能在提高效率和抑制光生电子-空穴对的复合方面具有优势。
除了光催化剂的研究外，反应条件的优化也是光催化水分解制氢领域的重要研究方向之一。
反应的温度、光照强度、溶液酸碱度等都对催化剂的性能和氢气生成速率有着重要影响。
因此，通过合理调控这些反应条件，可以提高光催化水分解制氢的效率。
光催化水分解制氢技术的研究进展不仅依赖于催化剂的设计和合成，还需要对光催化机理进行深入研究。
实验和计算相结合的方法被广泛应用于光催化机理的研究。
通过实验手段，研究人员可以发现反应中的中间体和活性物种，并理解光催化反应过程中的能量传递。
同时，计算手段可以对催化剂的结构和性质进行模拟和预测，为催化剂的设计提供指导。
新型光电催化反应研究进展
新型光电催化反应研究进展随着环境污染问题日益严重，人们开始更加关注环保技术的研究和应用。
在这其中，光电催化反应技术是一种被广泛关注和研究的技术，它具有环保、高效、可持续等特点，被认为是未来环保技术的发展方向之一。
本文将介绍新型光电催化反应研究的进展和应用前景。
一、什么是光电催化反应技术光电催化反应技术是一种将光能转化成电能，并最终催化化学反应的技术。
其基本原理是光照射所激发出的光子，使得半导体表面的电子被激发，产生导电性，这些激发的电子和空穴在光电极表面不断传递，直到达到催化剂表面，从而使得化学反应发生。
光电催化技术可以应用于环境治理、化学合成、能源利用等领域。
二、新型光电催化反应研究进展1.纳米材料在光电催化反应中的应用光电催化反应技术中使用的光电极通常由半导体材料构成，而纳米材料作为半导体材料中的一种，因其具有较大的比表面积、可控性和可重复性等特点而被广泛应用。
目前，不同形状、尺寸的纳米材料如氧化锌纳米棒、二氧化钛纳米管等的光电催化反应能力也被不断研究和改善。
2.新型光催化剂的研究光催化剂是光电催化反应过程中需要的关键物质，目前已经发现许多光催化剂如Pt、Pd、Au等能够促进光电催化反应中一些关键步骤的发生。
近年来，很多科学家也致力于研究新型的光催化剂如红外光响应型催化剂、多金属催化剂等，以提高光电催化反应的效率和选择性。
3.光电催化反应在环境治理中的应用光电催化反应技术在环境治理中有着广泛的应用前景。
如：二氧化碳的催化还原、催化降解有机污染物、除臭、除烟霾和水处理等等。
例如，光电催化反应可以降解污水中的有机物，同时还能将其中的有害物质光解为更稳定的物质，从而避免污染的扩散。
三、新型光电催化反应技术的应用前景目前，光电催化反应技术的研究日渐成熟，其在环境治理、能源利用、化学合成等领域的应用前景非常广阔。
相比传统的环保技术，光电催化反应技术具有不需要使用大量的能量、反应过程中产生的固体废物量少等优点，将为人类未来可持续发展提供新的思路。
光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展
光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展【摘要】光催化CO2还原技术是一种有效的二氧化碳减排方式，具有重要的环境保护和资源利用价值。
本文首先介绍了光催化CO2还原技术的原理，包括光合成和光催化还原机制；然后对光催化CO2还原催化剂进行了分类，并重点介绍了金属催化剂、半导体光催化剂和有机催化剂在该领域的研究进展；最后探讨了光催化CO2还原技术的发展前景和未来的研究方向，强调了其在环境保护和资源利用中的重要性。
通过对光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展的系统总结，为进一步推动该领域的发展提供了有益的参考。
【关键词】光催化CO2还原技术，催化剂，金属催化剂，半导体光催化剂，有机催化剂，环境保护，资源利用，发展前景，研究方向.1. 引言1.1 光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展光催化CO2还原技术是一种利用光能将二氧化碳转化为有用化合物的绿色化学技术。
随着全球环境问题的日益严峻，CO2的排放已成为一个亟需解决的问题。
而光催化CO2还原技术的出现为减少CO2排放提供了一种新的途径。
目前，光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展迅速，各国学者在催化剂的设计和构建、反应机理的解析等方面取得了重要进展。
随着对环境保护和资源利用的重视，光催化CO2还原技术在未来有着广阔的应用前景。
未来的研究可以进一步深化对光催化CO2还原反应机理的解析，设计出更高效的催化剂，推动这一技术在工业化生产中的应用。
光催化CO2还原技术的发展不仅能有效减少CO2排放，还可以为环境保护和资源利用做出积极贡献。
2. 正文2.1 光催化CO2还原技术的原理光催化CO2还原技术的原理是利用光能激发催化剂表面的电荷，将CO2分子还原为有用化合物。
光照射在催化剂表面上时，光子能量激发催化剂中的电子, 使其跃迁至导带, 在此过程中留下空穴在价带。
CO2分子被吸附到催化剂表面后，接触到被激发的电子和空穴，通过电子转移和空穴转移的反应路径，可实现CO2还原为有机物或其他碳基产物。
新型二维材料光催化与电催化研究进展
新型二维材料光催化与电催化研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展，二维材料作为一种新兴的纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在光催化和电催化领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在全面概述新型二维材料在光催化和电催化领域的研究进展，探讨其性能优化和应用前景。
我们将首先介绍二维材料的基本特性及其在光催化和电催化中的优势，然后重点综述近期在二维材料设计、合成、性能调控以及实际应用等方面取得的重要成果。
我们还将讨论当前面临的挑战和未来的发展方向，以期为该领域的进一步研究提供有益的参考。
二、二维材料光催化研究进展近年来，二维（2D）材料在光催化领域的研究取得了显著的进展。
这些材料因其独特的电子结构和物理化学性质，为光催化反应提供了新的可能性。
二维材料，如石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等，具有原子级别的厚度和极高的比表面积。
这些特性使得二维材料在光吸收、电荷传输和表面反应等方面展现出独特的优势。
例如，其超薄的结构使得光生载流子能够在更短的时间内到达表面参与反应，从而提高光催化效率。
二维材料在光催化领域的应用主要包括光解水制氢、光催化还原二氧化碳以及有机污染物的光催化降解等。
通过调控二维材料的电子结构、构建异质结、引入缺陷等手段，可以进一步提升其光催化性能。
近年来，科研人员在二维材料的光催化性能方面进行了大量研究。
例如，通过精确控制二维材料的合成条件，可以实现对其能带结构的调控，从而提高光生载流子的分离效率。
通过将二维材料与其他材料复合，形成异质结结构，可以进一步促进光生载流子的传输和分离，从而提高光催化性能。
尽管二维材料在光催化领域取得了显著的进展，但仍面临一些挑战，如光生载流子的复合率较高、可见光利用率较低等。
未来，科研人员需要进一步探索新的二维材料，并发展更有效的策略来提高其光催化性能。
还需要深入研究二维材料光催化反应的机理，为设计更高效的光催化剂提供理论支持。
三、二维材料电催化研究进展近年来，二维材料在电催化领域的研究取得了显著进展，其独特的电子结构和物理性质使得它们在电催化反应中展现出优异的性能。
光催化有机反应研究进展
光催化有机反应研究进展随着科技的不断进步，人们对于有机反应的研究也越来越深入。
在这个领域中，光催化有机反应的研究成果引起了广泛的关注。
光催化有机反应是利用光能激发化学反应的过程，相较于传统的热催化反应，具有更高的效率和选择性。
本文将从不同的角度探讨光催化有机反应的研究进展。
首先，我们来看光催化有机反应在有机合成领域中的应用。
有机合成是一项重要的领域，它涉及到各种化学物质的合成及其应用。
而光催化有机反应的出现，为有机合成的发展带来了新的机遇。
例如，利用光催化反应合成药物分子，可以在较温和的反应条件下高效地实现目标化合物的合成。
此外，光催化有机反应还可以应用于材料合成，用于制备高效的光电材料、催化剂等。
其次，我们来探讨光催化有机反应的机理。
光催化反应的核心是光激发引起的化学反应过程。
在光照下，光催化剂能够吸收光能并转化为激发态，从而参与化学反应。
这一过程中，光催化剂起到了关键的作用。
不同的催化剂具有不同的能带结构，能够调控电子在酸碱和离子态之间的转移，从而实现特定的化学反应。
光催化剂的设计和优化是光催化有机反应研究的重要方向。
进一步地，我们来探索光催化有机反应的研究进展与挑战。
光催化有机反应的研究已经取得了一系列重要的进展，但仍然面临着许多挑战。
一方面，光催化剂的设计需要考虑到催化剂的长寿命性能，以及对环境友好的特点。
另一方面，光催化有机反应的反应条件需要进一步优化，提高反应的效率和选择性。
此外，光催化有机反应的机制研究也需进行深入，以揭示其中的化学过程，并为进一步的研究提供理论基础。
最后，我们来展望光催化有机反应的未来发展。
随着光催化有机反应的不断深入，其在有机合成和材料合成等领域的应用前景非常广阔。
未来的研究可以集中在催化剂的开发和优化，以及反应条件的改进。
此外，对于光催化有机反应机理的研究也需加强，以解答其中的科学问题。
随着越来越多的研究者加入到光催化有机反应的研究中，相信在不久的将来，我们将能够开发出更高效、更可持续的光催化有机反应体系。
光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展
光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展一、光催化CO2还原技术光催化CO2还原技术是利用半导体或光敏催化剂将太阳能转化为化学能，进而促进CO2的还原为有机物或燃料。
光催化CO2还原技术可以分为直接和间接两种方式。
直接光催化CO2还原是指在光照条件下，将CO2直接转化为有机物或燃料。
间接光催化CO2还原是先将光能转化为电能，然后利用电能再将CO2还原为有机物或燃料。
这两种方式都需要催化剂的参与才能实现高效的CO2还原反应。
二、光催化剂的分类及研究进展根据不同的光电催化体系和催化机理，光催化剂可以分为光生电子传输型光催化剂和光生电子洞传输型光催化剂。
光生电子传输型光催化剂的光催化机理是通过光生电子的传输和催化剂表面的化学反应来实现CO2还原，而光生电子洞传输型光催化剂则是通过电子洞的传输和表面还原反应来完成CO2的还原。
基于不同的催化机理和应用环境，目前关于光催化CO2还原的催化剂研究主要包括以下几类。
1. 单质光催化剂一些单质材料如二氧化钛（TiO2）、二硫化钼（MoS2）、氮化钛（TiN）等在光照条件下表现出优异的催化性能，可以将CO2转化为一些简单的碳氢化合物。
纳米结构的二氧化钛颗粒在紫外光照射下可以将CO2还原成CO和CH4。
而二硫化钼在可见光照射下也能催化CO2还原成甲烷等。
2. 半导体-金属复合光催化剂利用金属纳米颗粒修饰半导体表面可以有效提高光催化CO2还原的效率和选择性。
钯纳米颗粒修饰的二氧化钛催化剂可以将CO2选择性的还原为甲醛。
分子筛具有特定的孔道结构和表面活性位点，能够调控反应物在其表面的吸附和反应活性，因此在CO2光催化还原中具有重要应用价值。
研究表明，分子筛光催化剂在CO2还原过程中能够提高反应的选择性和稳定性。
有机-无机复合光催化剂结合了有机分子和无机纳米材料的优势，能够有效提高CO2的吸附和还原性能。
近年来，一些新型有机-无机复合光催化剂如共价有机框架（COF）和金属有机骨架（MOF）在CO2光催化还原中显示出了良好的催化性能和应用潜力。
光催化研究进展范文
光催化研究进展范文光催化研究的核心在于光催化剂的设计与合成。
光催化剂是指能够吸收光能并将其转换为化学能的物质，常用的光催化剂有半导体纳米材料和金属有机骨架材料。
近年来，研究者通过调控光催化剂的结构、组成和形貌，不断提高其光吸收和光电转化效率，实现了一系列高效的光催化反应。
光催化研究的应用领域非常广泛，主要包括环境治理和能源转换两方面。
在环境治理方面，光催化技术可用于有机污染物的降解、废水处理和空气净化等。
光催化剂通过吸收光能产生电子和空穴，可利用其高度活性的电子和空穴参与有机物的降解和氧化反应，从而高效去除有毒有害物质。
在能源转换方面，光催化技术可用于光电催化水分解制氢、光电化学蓄能、太阳能电池等。
利用太阳能进行催化反应可以实现能源的可再生和可持续利用，有望解决当前面临的能源危机问题。
在光催化研究领域，近年来取得了一系列重要的进展。
例如，研究者通过合成一系列具有特殊结构的半导体纳米材料，如纳米线、纳米片等，提高了光催化剂的光吸收能力和界面活性。
通过改变材料的能带结构和表面修饰，可调控其电子和空穴的迁移和分离效果，从而提高光催化反应的效率。
此外，随着金属有机骨架材料的发展，对光催化剂的设计和合成提供了新的途径。
金属有机骨架材料具有大孔径、高表面积和丰富的活性位点等特点，可用于气态污染物的吸附和催化转化。
光催化研究还面临一些挑战和问题。
首先，光催化剂的稳定性和寿命是制约其应用的关键因素。
光催化剂在长时间的光照和反应过程中易发生晶格缺陷和表面上的活性位点疲劳，导致催化活性的降低。
其次，光催化剂的制备成本较高，且合成过程中存在一定的环境和安全隐患。
因此，如何降低光催化剂的成本、提高其稳定性和寿命，是当前光催化研究亟需解决的问题。
总之，光催化研究在环境治理和能源转换方面有着广阔的应用前景。
随着光催化剂的设计和制备工艺的不断进步，相信在不远的将来将会有更多的高效光催化剂问世，为解决环境污染和能源危机问题做出更大的贡献。
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光催化研究进展TiO2光催化氧化研究进展2017/5/4 Thursdayxxxxxxxxxxxx目录摘要： (1)关键词： (1)概述： (1)1 TiO2光催化氧化机理 (2)2 光催化氧化降解有机物的机理 (2)3 应用 (3)3. 1 悬浮体系光催化氧化 (4)3. 2 固定相光催化氧化 (4)4 提高活性的途径 (5)4. 1 耦合半导体 (5)4. 2 金属沉积 (6)4. 3 离子修饰 (7)4. 4 加氧化剂 (8)4. 5 电化学辅助光催化 (9)4 结语 (10)参考文献 (10)摘要：探讨了TiO2 光催化氧化技术的原理,其研究现状,以及可能提高TiO2光催化氧化效率的途径。
关键词：光催化氧化二氧化钛有机污染物概述：世界范围内的环境污染问题越来越受到广泛关注,各国政府对于有害物质的处理提出了更高的要求,制定了更为严格的标准。
常规的一些方法由于种种原因,效果尚不理想,难以单独应用。
因此,发展新型实用的环保处理技术是非常必要的。
随着研究的深入,人们发现半导体催化剂在太阳能储存与利用,光催化转换及有机污染物的环境处理等方面,有着诱人的前景。
其中TiO2因其光稳定性和高效性而倍受人们青睐。
在诸如水和空气的纯化、细菌和病毒的破坏、癌细胞的杀伤、异味的控制、光解水产生氢气、固氮及石油泄露的清除等方面得到广泛应用。
尤其是多相光催化氧化法对环境中各种污染物的明显去除效果,已引起世界关注。
1972年, Fuji shima和Hondo 报道了在光电池中光辐射TiO2可持续发生水的氧化还原反应,产生H2。
1976年S. N. Frank等将半导体材料用于催化光解污染物,取得了突破性的进展。
光催化氧化法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染,加之TiO2化学稳定性高、无毒、成本低,故TiO2做催化剂的光催化氧化法是一种具有广阔应用前景的水处理新技术。
1 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、CO2和H2O等无害物质。
2 光催化氧化降解有机物的机理半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成,他们之间的区域称为禁带。
禁带是一个不连续区域,当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射此半导体光催化剂时,处于价带的电子( e)就会被激发到导带上,价带生成空穴( h+ ) ,从而在半导体表面产生了具有高度活性的空穴/电子对[1 ]。
TiO2的带隙能[2 ] ( Energ y bandgap)为32eV,相当于波长为387. 5mm光子的能量。
当TiO2受到波长小于387. 5nm 的紫外光照射时,价带上的电子跃迁到导带上,形成空穴/电子对。
TiO2h ν TiO2 (h+ , e)所产生的h+将吸附在TiO2颗粒表面的O H- 和H2O分子氧化成O H·自由基Ti4+ + O H+ h+ Ti4+O H·Ti4+ - H2O+ h+ Ti4+O H· + H+缔合在Ti4+表面的OH·为强氧化剂,能够氧化相邻的有机物,亦可扩散到液相中氧化有机物。
此外,许多有机物也可直接被空穴氧化。
但空穴很容易与电子复合,降低光催化效率。
若体系中存在电子受体,则可降低空穴与电子的复合率,提高催化效率.3 应用3. 1 悬浮体系光催化氧化目前国内外非均相光催化氧化处理污水,多采用锐钛型的TiO2做为光催化剂。
TiO2有锐钛型和红金石型,实验表明锐钛型的TiO2催化活性优于红金石型。
吴海宝等[2 ]采用开放式悬浮型光催化反应器,以太阳能中紫外光代替紫外光,激发染料污水悬浮液中的TiO2产生OH·自由基,将染料脱色。
实验结果表明: 在一般晴天条件下,经过2 h太阳能辐射以后,阳离子蓝X- GRRL染料脱色率在80% - 93% 之间。
胡春[3 ]等以中压汞灯为光源,研究了苯酚在TiO2水悬浮液中的降解动力学,揭示了苯酚多相光催化氧化反应的特点。
Kikuchi E[4 ]等则利用TiO2光催化剂,将硒酸钠还原为硒化氢,从溶液中除去。
在实验中,他们以含100× 10- 6 mol /L硒的硒酸钠溶液为处理对象,在该液体中加入0. 10～ 0. 11g TiO2 粉末及2. 5mmol甲酸, 1 h 后,硒的含量降低到0. 02～ 0. 04× 10- 6 mol /L。
3. 2 固定相光催化氧化利用TiO2悬浮体系进行光催化氧化虽已取得了一定成效,但TiO2粉末极小,回收困难,易造成浪费,这使得该项技术的实际应用受到限制。
催化剂固定技术则是解决这一问题的有效途径。
近年来,人们已将研究的重点转向制备高效率的催化膜取代TiO2粉末,以解决固体分离问题。
研究现状见表1。
其中溶胶-凝胶法是目前最常用的方法。
该技术制备出的薄膜不仅均匀性和结晶性较好,而且可以通过改变溶胶-凝胶参数来控制膜的表面积和孔结构,制得高活性的薄膜催化剂,且技术简单1 。
4 提高活性的途径TiO2被激发产生的空穴/电子对虽然具有很高的氧化能力,但其在实际应用中也存在一些缺陷: ( 1) TiO2虽然对光比较稳定,但其带隙较宽,光吸收仅局限于紫外区,尚达不到照射到地面太阳光谱的10% ,限制了对太阳能的利用; ( 2)光生载流子( h+-e)很易重新复合,影响了光催化的效率。
因此,人们对催化剂表面进行修饰,或向反应体系中投加氧化剂,以提高TiO2的光催化活性。
4. 1 耦合半导体半导体耦合是提高光催化效率的有效手段。
通过半导体的耦合可提高系统的电荷分离效果,扩展光谱响应的范围。
其修饰方法包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。
所报道的耦合体系中CdS-TiO2体系研究得最普遍和最深入。
CdS的带隙能为2.5eV, TiO2的带隙能为3.2eV ,当激发能不足以激发光催化剂中的TiO2 时,却能激发CdS,由于TiO2 导带比CdS导带电位高,使得CdS上受激产生的电子更易迁移到TiO2的导带上,激发产生的空穴仍留在CdS的价带,这种电子从CdS向TiO2的迁移有利于电荷的分离,从而提高光催化的效率。
分离的电子及空穴可以自由地与表面吸附质进行交换。
耦合半导体有以下优点: ( 1)通过改变粒子的大小,可以很容易地调节半导体的带隙和光谱吸收范围; ( 2)半导体微粒的光吸收呈带边型,有利于太阳光的有效采集; ( 3)通过粒子的表面改性可增加其光稳定性4. 2 金属沉积在目前的研究中, Pt、Pd、Ag、Au、Ru等是较常用的惰性金属,其中Pt最为常用。
这些金属的添加普遍提高了TiO2的光催化活性。
在催化剂表面担载Pt等金属相当于在TiO2的表面构成一个以TiO2及惰性金属为电极的短路微电池, TiO2电极所产生的h+将液相中的有机物氧化。
而e则流向金属电极,将液相中的氧化态组分还原,降低e和h+的复合率,提高了催化剂的反应活性。
姜晨等[13 ]研究了甲醇、乙醇、氯仿、三氯甲烷( TCE)及二氯甲苯( DCP)在TiO2、Pt /TiO2、Pd /TiO2悬浮液中的光催化氧化。
实验发现乙醇的氧化产物随催化剂的不同而变化。
在相同条件下,产物乙醛与乙酸的比例为: 以TiO2为催化剂30: 1,以Pt /TiO2为催化剂0. 23: 1。
以TiO2 为催化剂比以Pt /TiO2为催化剂乙醛的浓度高了130倍。
这说明以Pt /TiO2的催化活性更强。
王幼平等[5 ]进行了用溶胶-凝胶工艺制备掺铅TiO2纳米薄膜极其光催化性能的研究。
他们通过溶胶-凝胶工艺在玻璃表面制得了均匀透明的掺铅TiO2和未掺铅TiO2。
掺铅TiO2纳米镀膜玻璃在紫外光附近的透光率明显小于未掺铅TiO2纳米镀膜玻璃的透光率。
这说明掺铅TiO2纳米镀膜对紫外光具有明显的吸收。
敌敌畏水溶液的光催化降解实验表明: 掺铅TiO2纳米镀膜玻璃对有机磷农药的光解率明显高于未掺铅TiO2纳米镀膜玻璃的光解率。
4. 3 离子修饰1990年,V erway 等最先发现在半导体中掺杂不同价态的金属离子后,半导体的催化性质被改变。
从化学观点看,金属离子是电子的有效接受体,可捕获导带中的电子。
由于金属离子对电子的争夺,减少了TiO2表面光致电子e与光致空穴h+ 的复合,从而使TiO2表面产生了更多的OH·和O2-2 ,提高了催化剂的活性。
吴海宝[2 ]探讨了Fe3+离子等对阳离子蓝X- GRRL染料污水脱色率的影响。
实验结果表明:Fe3+浓度对染料脱色率的响应呈抛物线关系。
这是因为: 一方面Fe3+是电子的接受体,它可以降低空穴与电子的复合率; 另一方面, Fe3+溶液同时会吸收紫外光,降低了TiO2对紫外光的吸收。
这两者综合作用的结果形成一个波峰。
估算Fe3+的浓度在1. 0× 10- 5～ 1. 2× 10- 4mo l /L 之间,其脱色率高于不加Fe3+的脱色率。
Shiv a Kumar 和Allen P. Dav is[15 ]在研究硝基苯的非均相光催化氧化反应时,为了加快反应速率加入Cu2+。
实验表明: 当Cu2+的浓度为10- 5 mol /L, pH为3时,甲苯的光催化氧化初始反应速率增加了4倍, 2, 6-二硝基苯的初始反应速率则提高了80%。
4. 4 加氧化剂常用的氧化剂有O2、H2 O2等,当反应体系中加入氧化剂后,催化剂表面的电子被氧化剂俘获,降低了空穴与电子的复合率。
以O2为例[ 2]:Ti4+ + e Ti3+Ti3+ + O2 Ti4+ - O-2Ti4+ - O-2进一步还原成H2O2Ti4+ - O-2 + 2H+ Ti4+ + H2O2陈士夫[7 ]等在研究用空心玻璃微球附载TiO2降解水面漂浮的正十二烷及甲苯时,采用了4种反应条件①仅有光催化剂存在; ②仅有紫外光照射; ③紫外光和催化剂均存在; ④紫外光和催化剂同时存在,并向体系通入空气,以提供反应所需氧气。