光催化材料研究进展
光催化材料的研究与应用前景
光催化材料的研究与应用前景光催化材料是一种能够利用光能进行化学反应的材料，近年来备受研究者的关注。
其独特的性质和广泛的应用前景使得光催化材料成为材料科学领域的热门研究方向之一。
本文将从光催化材料的基本原理、研究进展以及应用前景三个方面进行论述。
首先，光催化材料的基本原理是指在光照条件下，通过材料表面的光催化剂吸收光能，产生电子-空穴对并引发化学反应。
这种原理的实现依赖于光催化剂的能带结构和表面反应活性。
光催化剂一般由半导体材料构成，如二氧化钛、氧化锌等。
在光照条件下，光催化剂的能带结构使得光能被吸收，产生电子-空穴对。
电子和空穴的迁移能够促进氧化还原反应、光解水等化学反应的发生。
因此，光催化材料具有高效、可控和环境友好等优点，被广泛应用于环境净化、能源转换等领域。
其次，光催化材料的研究进展主要体现在两个方面。
一方面，研究者通过改变光催化剂的结构和组成，提高光催化材料的光吸收能力和光催化活性。
例如，通过掺杂、合金化和修饰等方法，可以调控光催化剂的能带结构和表面反应活性，从而提高光催化材料的光催化性能。
另一方面，研究者还致力于开发新型的光催化材料，如金属有机骨架材料、二维材料等。
这些新型材料具有特殊的结构和性质，能够实现更高效的光催化反应。
通过这些研究进展，光催化材料的光催化性能得到了显著提升。
最后，光催化材料在环境净化、能源转换等领域具有广阔的应用前景。
在环境净化方面，光催化材料可以通过光催化氧化、光催化还原等反应，降解有机污染物、净化废水和废气。
例如，利用光催化材料可以将有害的有机物质分解为无害的物质，从而实现水和空气的净化。
在能源转换方面，光催化材料可以通过光解水反应、光催化还原反应等方式，实现太阳能的转化和储存。
例如，利用光催化材料可以将太阳能转化为氢能或其他可再生能源，从而满足能源需求和减少环境污染。
这些应用前景使得光催化材料成为环境科学和能源科学领域的重要研究方向。
综上所述，光催化材料作为一种能够利用光能进行化学反应的材料，具有重要的研究意义和应用前景。
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。
纳米材料在光催化领域的应用研究进展
纳米材料在光催化领域的应用研究进展引言：光催化技术是一种将光能转化为化学能的方法，具有环境友好、高效能和可持续发展等特点。
随着纳米材料技术的快速发展，纳米材料在光催化领域的应用引起了广泛的关注。
本文将回顾近年来纳米材料在光催化领域的应用研究进展，总结其优点和挑战，并展望未来的发展方向。
一、纳米材料的种类及其应用纳米材料是指具有在纳米尺度（一般认为小于100纳米）上特殊性质的材料。
在光催化领域中，常用的纳米材料包括金属纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒和复合纳米材料等。
1. 金属纳米颗粒金属纳米颗粒由于其表面等离子共振现象以及局域表面等离子体共振效应，具有优异的光催化性能。
例如，纳米银颗粒在可见光下表现出良好的光催化活性，可用于有机污染物降解、水分解产氢等方面的应用。
2. 二氧化钛纳米颗粒二氧化钛是一种重要的半导体材料，其纳米颗粒具有高比表面积和光吸收性能，因此在光催化领域具有广泛的应用。
研究表明，二氧化钛纳米颗粒在紫外光照射下可以光解水制氢，还可以用于有机污染物的光催化降解、空气净化和自清洁材料等方面。
3. 复合纳米材料复合纳米材料由两种或多种不同的纳米材料通过特定的方法组装而成，将各种纳米材料的特点相结合，以实现更好的光催化性能。
例如，将金属纳米颗粒与二氧化钛纳米颗粒复合可有效提高光催化活性，广泛用于有机污染物降解等领域。
二、纳米材料在光催化领域的优点纳米材料在光催化领域具有许多优点，这些优点使其成为理想的光催化剂。
1. 高比表面积纳米材料的特点之一是其比表面积大大增加。
由于其纳米尺度的特殊结构，纳米材料具有更多的表面活性位点，使光催化反应更易进行。
2. 增加光吸收能力纳米材料由于其小粒径的特性，能够表现出更好的光吸收能力。
这使得纳米材料在可见光下具有较高的光催化活性，相对于传统的光催化材料具有更广泛的应用前景。
3. 提高光催化效率由于纳米材料的特殊性质，比如电子和能量传输的方便性，纳米材料能够提高光催化反应的效率。
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新型光催化剂是指通过光照作用下，能够促进化学反应的物质。
光催化剂具有高效、环境友好、可重复使用等特点，在环境治理、能源转化、有机合成等领域具有广阔的应用前景。
本文将从研究进展和应用前景两个方面进行阐述。
一、研究进展1.二维材料光催化剂：二维材料具有高比表面积、丰富的化学反应位点以及优异的光电性能等特点，被广泛应用于光催化反应中。
例如，二维过渡金属硫属化物（TMDs）如MoS2、WS2等在水分解、二氧化碳还原等反应中显示出优异的活性和稳定性。
2.非金属碳化物光催化剂：非金属碳化物如氮化碳、磷化碳等也是研究的热点。
这些材料不仅具有较好的光吸收性能，而且还能够通过调节其结构和组分来调控其催化性能。
例如，氮化碳具有较高的光催化活性和稳定性，在有机污染物降解、水分解、氧还原等反应中得到了广泛应用。
3.共价有机骨架光催化剂：共价有机骨架如金属有机骨架（MOF）、共轭有机聚合物（COP）等也是研究的热点。
这些材料具有多孔结构、丰富的官能团以及良好的催化活性，可用于光催化降解有机污染物、二氧化碳固定和转化、氢能产生等反应。
4.界面调控光催化剂：界面调控光催化剂可以通过修饰催化剂表面，改变其光电性质以及表面氧化还原性能，从而调控催化剂的催化性能。
常见的界面调控方法包括共沉淀法、浸渍法、溶胶凝胶法等。
这种调控方法可以显著增强催化剂的活性、选择性和稳定性。
二、应用前景1.环境治理：新型光催化剂可用于大气和水环境中有害物质的去除，如有机污染物的降解、重金属的去除等。
光催化技术与传统的吸附、氧化、还原等方法相比，具有高效、无二次污染的优点。
2.能源转化：新型光催化剂在能源转化领域也具有巨大的潜力。
例如，光催化剂可用于光电催化水分解产氢，将太阳能转化为可储存和利用的氢能源。
同时，光催化剂还可用于二氧化碳的固定和转化，实现CO2资源化利用。
3.有机合成：新型光催化剂在有机合成中也有广泛应用。
光催化技术可以用于光催化还原、光催化氧化、光催化偶联等反应，实现有机物的高效合成。
光电催化材料的制备及其研究进展
光电催化材料的制备及其研究进展光催化技术是一种利用光照激发物质中电子，使其具有生化反应的能力，实现光化学反应的技术。
光电催化材料是一种特殊的光催化材料，其不仅具有光催化的特性，还具备了电催化的作用。
自20世纪70年代中期以来，光电催化合成材料技术一直是研究领域的重点之一。
它在污染治理，绿色化学合成等方面具有广阔的应用前景。
本文将介绍光电催化材料的制备方法和研究进展。
一、光电催化材料制备方法A、化学法化学法是一种简单、易于操作，并且可以控制光电催化材料组成的方法。
对于化学法制备的光电催化材料，可以调整反应条件来控制其形貌和相结构。
光电催化材料的化学法合成主要包括：溶剂热法、水热法、微波法、共沉淀法、氧化还原法、水溶胶凝胶法等。
例如，水热法可以制备纳米级晶体结构的光电催化材料，其制备方法简单，成本低，能够大规模生产，并可以通过控制反应温度和pH值来实现制备过程的可控性。
B、物理法物理法是一种通过物理技术和手段来制备光电催化材料的方法。
物理法制备光电催化材料的优点是可以制备出具有独特形貌和尺寸的材料。
光电催化材料的物理法制备主要包括：熔盐法、等离子体技术、离子束激发法等。
例如，离子束激发法可以得到具有纳米级别尺寸、高比表面积和低能量损失的光电催化材料。
C、生物合成法生物合成法是一种利用微生物、植物等生物体代谢机制来制备光电催化材料的方法。
这种方法不仅具有环境友好性，而且制备出的光电催化材料具有较好的稳定性和生物相容性。
目前，常见的生物合成法包括：微生物合成法、植物提取法等。
例如，Deinococcus radiodurans微生物合成的纳米晶体TiO2具有良好的光电催化性能。
二、光电催化材料研究进展A、纳米TiO2的光电催化性能纳米TiO2是最常用的光电催化材料之一。
近年来的研究表明，TiO2具有优异的光电催化性能，其具体表现为：高光吸收率、高比表面积、良好的光稳定性和生物相容性等。
然而，纳米TiO2的晶体结构和粒径大小等因素对其光电催化性能有较大的影响，因此需要通过合理控制制备方法和条件来提高其光电催化性能。
纳米光催化材料的研究进展
纳米光催化材料的研究进展纳米光催化材料是一种新型的催化材料，具有高效、环保、经济等优势，广泛应用于环境净化、能源转化、有机合成等领域。
近年来，随着纳米材料研究的不断深入，纳米光催化材料的研究取得了多项重要进展，为人们解决环境和能源问题提供了新的途径。
一、纳米光催化材料的基本原理纳米光催化材料是指粒径在纳米尺度的催化材料，其基本原理是通过光照激发材料表面的电子，产生电子-空穴对，从而促进催化反应的进行。
这一过程需要具备合适的能带结构、表面活性位点和光吸收能力。
通过调控这些因素，可以实现对多种反应的催化作用。
1. 结构设计与合成近年来，研究人员通过调控纳米材料的形貌、晶面和结构等特征，设计和合成出一系列高效的纳米光催化材料。
通过控制金纳米颗粒的大小和形貌，可以调节其表面等离子共振效应，提高光催化活性。
还有人利用各种纳米结构，如纳米线、纳米片、纳米孔等，制备出具有特殊光催化性能的材料。
2. 光催化机理研究研究人员通过表征手段和理论模拟，揭示了纳米光催化材料的反应机理。
他们发现了在光照条件下，纳米材料表面的电子-空穴对会参与气体吸附、光生电荷分离和传递等过程，从而促进气相和溶液相中的催化反应。
这些研究成果为理性设计和调控纳米光催化材料提供了重要参考。
3. 应用领域拓展纳米光催化材料在环境净化、能源转化和有机合成等领域的应用也取得了显著进展。
通过调控纳米光催化材料的能带结构和表面性质，可以实现对污染物的光催化降解，如有机物降解、重金属离子去除等。
还可以利用纳米材料的光电催化性能，实现可见光光解水制氢、光催化二氧化碳还原、光催化制氨等能源转化过程。
纳米光催化材料还被应用于有机合成领域，实现高效、绿色的有机反应。
虽然纳米光催化材料在各个领域都取得了可喜的进展，但仍然面临着一些挑战。
纳米材料的合成和表征技术仍然不够成熟，需要进一步提高材料的制备精度和稳定性。
纳米光催化材料的光吸收和光生电荷分离效率有待提高，以实现更高效的催化活性。
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。
光有机物催化剂的研究进展与应用
光有机物催化剂的研究进展与应用引言近年来，光有机物催化剂作为一种新型催化剂材料，受到广泛的研究和关注。
光有机物催化剂以其独特的结构和性质，在有机合成、环境保护和能源转化等领域展现出巨大的应用潜力。
本文将介绍光有机物催化剂的研究进展，并探讨其在不同领域的应用前景。
一、光有机物催化剂的定义与分类1.定义光有机物催化剂是一类通过吸收可见光或紫外光激发电荷转移的有机物，能够在光照条件下促进化学反应的进行。
与传统的金属催化剂相比，光有机物催化剂具有相对较低的成本、更广泛的反应底物适应性以及较好的环境友好性。
2.分类根据光激发机理和电子结构的差异，光有机物催化剂可以分为多种不同的类别。
常见的光有机物催化剂包括有机染料、有机光热剂、半导体光催化剂等。
二、光有机物催化剂的研究进展1. 催化剂的设计与合成光有机物催化剂的设计与合成是研究光有机物催化剂的重要一环。
研究人员通过优化分子结构和功能基团的设计，以及不同的合成方法，实现了一系列高效的光有机物催化剂的合成。
例如，合成了一种具有多重吸光特性和高催化活性的有机染料催化剂，为光催化反应提供了新的研究思路和技术手段。
2. 光催化反应的机理研究光有机物催化剂的研究不仅需要高效的催化体系，还需要深入了解催化反应的机理。
近年来，研究人员通过各种实验技术和理论计算方法，揭示了光有机物催化剂在催化反应中的作用机制。
这些研究为光有机物催化剂的改进和优化提供了理论指导。
3. 光有机物催化剂在有机合成中的应用光有机物催化剂在有机合成领域具有广泛的应用前景。
光有机物催化剂能够在温和条件下实现高选择性的化学转化，因此在合成复杂有机分子和药物中具有重要的应用价值。
例如，通过光有机物催化剂的介入，研究人员成功地实现了对多数量子化合物的高效合成，为新型药物设计和合成提供了新的思路和方法。
4. 光有机物催化剂在环境保护中的应用光有机物催化剂还具有广泛的环境保护应用前景。
光有机物催化剂能够通过光催化反应将有机废水中的有害物质转化为无害物质，实现废水的高效处理。
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光催化材料研究进展20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。
为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。
在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。
因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。
目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。
这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷[1]。
光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。
其中TiO 2、ZnO、CdS、WO 3、Fe 2 O 3等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许多研究者看好[2]。
1.1 TiO 2光催化概述1.1.1 TiO 2的结构性质二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。
由于构成原子排列方式不同,TIO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。
三种晶体结构的TIO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。
和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。
锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景[3]。
1.1.2TiO2光催化反应机理半导休表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上，同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴（h+）随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。
与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。
电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。
1.1.3 TiO2催化剂的局限及改性途径作为光催化剂,虽然二氧化钛具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。
但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大规模应用。
究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不高并且其量子产率太低。
锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。
它们所吸收的光的波长主要集中在紫外区,而在照射到地球表面的太阳光中,紫外光部分所占的比例还不到5%。
从利用太阳能的角度来看,二氧化钛对太阳光的利用率较低,因此,如何缩小其带隙,利用可见光来激发价带电子,成为二氧化铁光催化研究的一个重要方向。
另一方面,半导体光催化剂的光生载流子的复合几率很高,导致了低量子产率。
常规Ti02半导体光催化剂的量子产率不到4%[4][5]。
目前,即使通过一些改性途径取得了一定进展,量子产率最高的催化剂也还在10%以下[6],远没有达到实际应用的需要。
综上所述,可以看出,二氧化钛研究和改性的两大目标就是:一是通过缩小二氧化钛的带隙或其他途径,增大催化剂对太阳光,尤其是可见光部分的吸收;二是抑制光生电子-空穴对的复合,以获得较高的光催化量子产率,提高光转换效率。
在此,我们介绍几种常见的二氧化钛光催化剂改性的方法[7]。
（a）贵金属沉积贵金属纳米颗粒沉积在二氧化钛半导体表面,有利于提高二氧化钛催化剂的活性。
Hiroshi Tsuji 等人[8]研究结果表明, 将Cu、Ag 负载在TiO2上形成Cu、Ag- TiO 2体系( 在400℃左右退火) 在降解甲基蓝时的光催化活性是没有负载的1.8倍。
Yuexiang Li 等[9]将Pt 负载在T iO 2上面, 在降解EDTA 时同样光催化活性有了明显的提高。
Kun Cheng等[10]用超声的方法将Au纳米颗粒负载入T iO 2单晶中，形成Au/TiO2(001),在降解2,4-DCP的光催化活性上比其他没有负载的好很多，同时也比Au/TiO2(101)也高。
Zhenfeng Bian等[11]将Au纳米颗粒引入TiO2晶格中形成独特的内消旋结构的Au/MesoTiO2，其催化活性要比Au/P25提高很多。
(b)金属离子掺杂近二十年来,金属离子掺杂作为二氧化钛光催化改性的一种有效途径而得到广泛的研究[12-18]。
并以取得了重要的进展。
在半导体结构中引入微量杂质金属离子,就可能对其性质发生很大影响。
不同的金属离子掺杂产生的效果各不相同,有的金属离子的引入可以极大地提高二氧化钛的光催化活性,而另一些可能具有相反的效果。
choi等系统的研究了TIO2中21种过渡金属的掺杂效果,通过比较各催化剂在CHCl3:光催化氧化及CCl4光致还原反应中的表现,得出了光催化活性与掺杂金属原子的电子层结构有关,而其中具有闭壳层电子结构的金属原子对Ti02的光催化活性影响较小[19,20]。
(c)非金属元素掺杂非金属元素掺杂对二氧化铁光催化活性的影响的研究比较晚,但在近几年受到了广泛的关注。
有学者将之称为继纯Ti02和金属离子掺杂的二氧化钛之后的第三代光催化剂,也不无道理。
近几年,非金属掺杂二氧化铁光催化剂的研究取得了很大进展。
2001年,R.Asahi等[21]发现通过氮掺杂二氧化钛,可以极大地提高Ti02的可见光活性。
并由此掀起了一股氮掺杂二氧化钛光催化剂的研究热潮。
ShaedU.M.Kham 等[22]通过固体紫外-可见漫反射光谱测试表明,氮掺杂可以使Ti02的带隙从3.2eV缩小到2.32eV。
(d)复合半导体TiO2与其他半导体材料形成复合半导体,可以利用另一种半导体的能带结构来弥补Ti02的光学性能的不足。
对于复合半导体光催化剂,一般选择能带结构与Ti02交叉匹配度较合适的半导体与之复合。
这样既有利于材料增大材料的对光的吸收波长的范围,同时,电子与空穴在不同半导体能带上迁移,也有利于光生电子-空穴的传输与分离。
Kamat等[23]发现,对于CdS/Ti02复合半导体,量子尺寸效应在电子从CdS迁移至TiO2的过程中扮演着重要角色。
(e)表面修饰和敏化作用表面修饰主要是指通过修饰基团或表面处理,改变材料的表面电性、亲水性、吸附性能以及活性集团的数量等。
二氧化铁的表面修饰手段有包覆、敏化以及酸修饰等。
Anderson等[24]报道,在TiO2表面包覆Si02外壳,有助于提高二氧化铁染料电池的活性和寿命。
与Ti4+相比,Ti3+是一种更有效地光生电子界面转移位点。
使用H2等还原性气体对Ti02表面进行热还原处理,使得其表面的Ti3+含量大幅上升,产生合适的钛经基和Ti3+比例结构[25]。
研究表明通过超强酸修饰Ti02光催化剂,可以在Ti02表面增加强经基基团,有利于光催化反应[26]。
当然,表面修饰也可以在合成过程中进行。
在不同的合成体系中,或不同合成条件下,所得材料的形貌和结构有所不同的同时,材料的表面性能也有所差异。
敏化作用是指利用具有较好光吸收性能的敏化剂吸收光子形成激发态,然后将激发态电子传递给Ti02的导带,最后电子在Ti02表面与活性物种发生反应，利用敏化剂,可以克服二氧化钛的带隙过宽的缺点,延长材料的吸收波长,同时又能够保持二氧化铁的氧化电势[27]。
敏化剂可分为无机敏化和有机染料敏化。
Fitzmaurice等[28]发现,通过Agl敏化的Ti02催化体系中,电子-空穴对的寿命可延长至100微秒。
有机染料常用作敏化剂来提高Ti02的光学性质,并在染料电池中有广泛的应用[27]。
通常,有机染料通过官能团与二氧化钛相互作用,吸附于Ti02材料表面。
赵进才组[29]以茜素红染料为光敏化剂,以及TMPO为助催化剂,在可见光下以二氧化钛光催化芳香醇选择性氧化成酸的反应中,获得了良好的选择性和转化率。
作为敏化剂,需要满足一定的条件,首先,染料应有较高的光吸收效率及较宽的吸收带,能够吸收可见、近红外及红外光。
其次,染料的激发态应具有较长的寿命和较高的量子效率。
另外,染料的基态与激发态的电子结构应与二氧化钛的能带结构有较好的匹配度,以便于光生电子的传递。
目前研究较多的染料敏化剂有联批吡啶钌配合物系列、酞菁系列、叶绿素及其衍生物等。
2.1 ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe等材料光催化概述2.21ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe光催化反应机理ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe等材料光催化降解有机污染物的机理与TiO2的降解机理类似[30]。
主要分为三个步骤：（1）当半导体材料被能量大于或等于其禁带宽度的光照射时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子（e-），同时价带留下空穴（h+）；（2）光生电子和空穴分别被表面吸附的O2和H2O分子等捕获，最终生成羟基自由基（·ＯＨ），，该自由基通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化物种；③·ＯＨ氧化电位高达2.7eV，具有强氧化性，可以无选择性地进攻吸附的底物使之氧化并矿化．2.22ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe等材料在光催化方面的改性对ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe进行改性是目前解决以上问题的主要方法．许多研究表明，通过对ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe纳米材料表面沉积贵金属、复合其他金属氧化物、掺杂无机离子以及载体负载等方法，可以扩展ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe对光的响应范围，提高光催化性能及稳定性，大致与TiO2类似。
（a）贵金属沉积；Lu[31]等发现在ZnO中空球体表面沉积的Ag不仅可以作为电子库促进光生电子和空穴的分离，而且还提高了表面羟基的量，使之整体表现出更高的光催化活性．；Sano T[32]则认为贵金属本身就可以作为催化剂降解有毒有机污染物；Zheng[33]报道了贵金属修饰改变了半导体表面缺陷的浓度，从而提高了光催化活性的研究结果。
Choi[36]等分析了Au 修饰的WO 3薄膜的降解机制。
Sun[37]等也提出Ag/WO 3异质结的存在。
(b) 半导体复合单一半导体催化剂的光生载流子（ｅ－，ｈ＋）容易快速复合，导致光催化效率降低，而不同半导体的价带、导带和带隙能不一致，半导体复合可能产生能级的交错，有利于光生电子和空穴的分离，从而产生更多的活性氧化物种，同时可以扩展纳米ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe等的光谱响应，因此复合半导体比单一半导体具有更好的光催化活性和稳定性．（c）离子掺杂金属离子的掺入可在半导体中引入缺陷或形成掺杂能级，影响电子与空穴的复合或改变氧化锌半导体的能带结构，从而改变ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe的光催化活性．另外，许多过渡金属具有对太阳光吸收灵敏的外层ｄ电子，利用过渡金属离子对ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe进行掺杂改性，可以使光吸收波长范围延伸至可见光区，增加对太阳光的吸收与转化．对大多数半导体，掺杂效应受到很多因素的影响，包括掺杂元素、掺杂浓度、掺杂离子的电子结构及能级位置等，对此人们进行了大量的研究。