无机光催化剂分类
光化学知识点总结
光化学知识点总结一、光化学基本原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的波长和频率决定了光的颜色和能量。
光的电磁波特性将在后文中对光的分子间作用和光合作用等方面有重要应用。
2. 光的吸收物质吸收光的能量后，电子会被激发到一个较高的能级，形成激发态。
激发态的电子具有较高的能量，可以参与化学反应。
光的吸收将在光合作用和光敏化合物中有着重要应用。
3. 光的辐照当物质受到光的辐照时，光的能量将被转化为物质的化学能。
光的辐照对光催化反应、光解反应等过程有着重要作用。
4. 光的作用光能激活分子，促进化学反应的进行。
光化学反应是指光能激活分子，使其发生化学变化的过程。
二、光合作用光合作用是光能转化成化学能的重要过程，是植物生长和生活的基础。
1. 光合色素叶绿素是植物中最重要的光合色素之一，它具有吸收光的能力，可以将光能转化成化学能。
光合色素会在光的作用下发生光合作用，将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气。
2. 光合作用的过程光合作用是一个复杂的生物化学过程，包括光反应和暗反应两个阶段。
光反应发生在叶绿体中的类囊体内，叶绿体中的光合色素将光能转化成化学能，产生ATP和NADPH。
这些能量将在暗反应中用于合成葡萄糖和其他有机物。
3. 光合作用的意义光合作用能够将光能转化成化学能，是植物生长和生活的基础。
光合作用产生的葡萄糖和氧气为植物提供能量，也为其他生物提供食物和氧气。
三、光催化反应光催化反应是指在光的作用下催化剂促进化学反应的进行。
光催化反应具有高效、温和、环保等特点，在环境保护、能源转化等领域有着广泛的应用。
1. 光催化剂光催化剂是一类可以吸收光能的物质，它可以将光能转化成化学能，促进化学反应的进行。
光催化剂在光解反应、有机合成、环境净化等方面有着重要的应用。
2. 光解反应光解反应是一类光催化反应，通过光的能量将化学键断裂，产生离子、自由基等反应物。
光解反应在环境净化、水处理、氢能源等方面有着重要应用。
光催化整理
吸附剂负载 TiO2光催化研究进展摘要： TiO2光催化在废水处理、空气净化等环保领域展示出诱人前景。
纳米TiO2光催化剂的负载化是实现其产业化的关键步骤之一。
多孔吸附剂与纳米 TiO2复合可提供对污染物的高浓度吸附环境, 提高TiO2分散度, 解决催化剂分离难题, 是光催化领域的研究热点之一。
本文对近年来国内外多孔吸附剂与纳米TiO复合的发展情况进行了综述, 着重介绍了负载型TiO2光催化剂的固定化方法、多孔吸附剂类型以及负载对光催化活性的影响机理。
关键词 TiO2吸附剂光催化负载机理Progress of Preparation and Photocatalytic Propertiesof TiO2Adsorbent Composite PhotocatalystAbstract TiO2photocatalysis has exhibited attractive perspective in various applications of environmental protectionfield, especially for waste water treatment and air purification. It is necessary to immobilize the nano sized titania ontosupports for its application. Composite photocatalyst realized by loadedTiO2onto porous adsorbent exhibited high activity andbetter separation performance due tothe high pollutant adsorbed concentration and better TiO2dispersion. In this paper, theprogress of preparation and photocatalytic properties of TiO2adsorbent composite photocatalyst wasreviewed. Furthermore,immobilization methods, types of porous adsorbent and mechanism ofadsorbent for the enhanced photocatalytic activity wereemphasizedKeywords T itanium dioxide, Adsorbent, Photocatalytic, Loaded, Mechanism目录第一章吸附对 TiO2光催化活性的影响 (1)第二章吸附剂负载 TiO2光催化剂的制备方法 (2)2．1 物理法 (2)2．1．1 粉体烧结法 (2)2．1．2 偶联法 (2)2．2化学法 (3)2. 2. 1 溶胶凝胶法 (3)2 .2. 2 离子交换法 (3)2 .2 .3 液相沉积法 (3)2. 2. 4 沉淀法 (4)第三章吸附剂负载型 TiO2 (5)3. 1 沸石分子筛 (5)3. 2 活性炭( AC)Ara a 等[ 36] (5)3 .3 天然矿物 (6)第四章负载对光催化活性的影响机理 (8)4. 1 负载对传质过程的影响 (8)4. 3 负载对催化剂表面酸碱性的影响 (8)4. 4 负载对晶相结构的影响 (9)参考文献 (10)第一章吸附对TiO2光催化活性的影响TiO2 光催化能力来源于 T iO2表面的光生电子和空穴,由于光生电子和空穴的复合在 ns~ ps 的时间内就可以发生, 从动力学观点看, 只有在有关的电子受体或电子供体预先吸附在催化剂表面时, 界面电荷的传递和被俘获才具有竞争性。
光催化原理
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什么材料可以作为光催化剂
1 2 3
其他
氧化物半导体 包括二氧化钛
(TiO2),氧化锌 (ZnO),氧化锡 (SnO2)
硫化物半导 体包括二氧化
锆(ZrO2)，硫化镉 (CdS)
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在早期，也曾较多使用硫化镉（CdS)和氧化 锌（ZnO)作为光催化材料，但是由于 这两种 化合物的化学性质不稳定，它们会在光催化 的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具 有一定的生物活性。所以发达国家现在已经 很少将它们用作民用光催化材料，只是在部 分工业光催化领域还在应用
液体催化剂
固体催化剂
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起
源
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术。我 们也可以用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的 天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作 用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合 物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用 于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症治疗，高 效率抗菌等多个前沿领域。
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从上面介绍我们可以看到，二氧化钛的光催化反应过程， 很大程度依靠第一步的光子激发，所以有足够激发二氧化 钛的光子，才能提供足够的能量，我们也可以知道，光催 化反应并不是凭空产生的它也是需要消耗能量的，符合能 量守恒原则，它消耗的是光子，也就是光能。如果是太阳 光照射光触媒就利用太阳能，灯光就是利用光能。联合国 将光触媒开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。
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二氧化钛(Titanium Dioxide)因其具有良好的抗光腐蚀 性和催化活性（氧化能力强）；而且性能稳定； 价廉易得；无毒无害，是目前公认的最佳光催化 剂。
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光催化ppt课件
❖ 半导体结构与绝缘体类似，所不同的是Eg较窄，电子从价带克 服禁带能垒跃迁至导带有两种途径。
❖ 一种可以通过热激发或光激发实现。 ❖ 另一种通过掺杂改变半导体材料的电子分布状况实现。
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掺杂半导体
❖ 在半导体中含有少量杂质原子称为掺杂半导体。 ❖ 若掺杂原子的价电子除了成键外还有剩余，则为施主。多余的
----抗菌性： 杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓 杆菌、病等。 ----空气净化： 分解空气中有机化合物及有毒物质：苯、甲醛、氨、 TVOC等。 ----除臭 ：去除香烟臭、垃圾臭、生活臭等恶臭。 ----防霉防藻： 防止发霉、防止藻类的产生, 防止水垢的附着。 ----防污自洁：分解油污,自清洁。
❖ 随着研究深入，人们发现半导体光催化技术在去除污染物等方面 ，具有能耗低、氧化能力强、反应条件温和、操作简便，可减少 二次污染等突出特点，有广阔应用前景。
4
❖ 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行， 日本发表 许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。 此后，光触媒应用于抗菌、防污、空气净 化等领域的相关研究急剧增 加。
❖ 低压汞灯操作温度为常温，因此不需要冷却，灯的电能大部分转化为光能，
常用。
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❖ 溶液pH值影响 其对半导体粒子在反应液中的颗粒物聚集度、表面电荷和有机物在半导体 表面的吸附等有较大影响。
37
❖ 反应温度 在实际反应中，光催化反应对温度的变化不敏感，因为光催化反应的表观 活化能很低，故反应速率对温度的依赖性不大。
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（2)半导体在溶液中的氧化还原反应过程
h++H2O e -+O2 2HO2 • H2O2 + •O2-
光催化剂——精选推荐
光催化剂光催化剂研究进展李少坤（化学院11级材料化学3班，20110480）【摘要】：本⽂主要介绍了近⼏年⼯业上光催化剂的最新研究进展，主要涉及到纳⽶TiO2光催化剂的改性进展，光催化制氢⽤纳⽶结构光催化剂的研究进展以及新型光催化剂ZrW2O7(OH)2(H2O)2的光解⽔产氢产氧性能等。
【关键词】：纳⽶TiO2；光催化剂；⽔分解；改性⾃从1972年Fujishima A 等发现TiO2单晶电极可以实现光分解⽔以来，多相光催化反应⼀直是催化领域的⼀个极其重要的研究课题，光催化分解⽔制氢，光催化还原CO2制备有机物、光降解有机污染物等重要光催化过程向⼈们展⽰了诱⼈的应⽤前景。
30多年来，光催化研究⽆论是在理论上还是在应⽤研究⽅⾯都取得了重要的进展。
⼀、纳⽶TiO2光催化剂的改性进展1.纳⽶TiO2光催化的反应机理纳⽶TiO2多相光催化过程是指TiO2材料吸收外界辐射光能,激发产⽣导带电⼦(e-)和价带空⽳(h+),进⽽与吸附在催化剂表⾯上的物质发⽣⼀系列化学反应的过程。
如锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2 eV,它具有较强的光活性,当它吸收了波长⼩于或等于387.5 nm的光⼦后,价带中的电⼦就会被激发到导带,形成带负电的⾼活性电⼦e-,同时在价带上产⽣带正电的空⽳h+,在电场的作⽤下,电⼦与空⽳发⽣分离,迁移到粒⼦表⾯的不同位置。
分布在表⾯的h+可以将吸附在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系中存在的氧化剂中最强的,可破坏有机物中C—C键、C—H键、C—N 键、C—O键、O—H键和N—H键,因⽽能氧化⼤多数的有机污染物及部分⽆机污染物,将其最终降解为CO2、H2O等⽆害物质[1, 2]。
2、纳⽶TiO2光催化剂的改性纳⽶⼆氧化钛的改性⽅法很多,近年来,⼈们主要从以下两个⽅⾯⼊⼿,提⾼TiO2光催化剂的光谱响应范围和光催化效率。
的禁带宽度,增加其吸收波长。
TiO2简要介绍及其修饰改性
TiO2的表征
40 30 20
10
0
2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 Band gap/ev
利用(Ahν)2对hν做 图，直线部分外 推至横坐标交点， 可知禁带宽度为 3.13eV
Absorption/a.u.
TiO2(sample） P25
300
400
专题报告
TiO2简要介绍及其修饰改性
TiO2简介
• TiO2俗称钛白粉，广泛应用于涂料和颜料等 行业。 • 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。 • 随着纳米科学及纳米技术的发展，新的制 备方法和表针手段的出现，纳米TiO2的研究 不断的深入。
80 60 40 20 0
US：1.7MHz MO：10mg/L P25：1.0g/L
t/min US-UV和US-UV-TiO2辐射后甲基橙相对浓度
0
10
20
30
40
50
60
实验结果分析
100
relative concentration/(C/C0*100%)
80
1.7MHz 2.0MHz 2.4MHz
MoS2的制备
• 方法三： （NH4）2MoS4 质量11mg，MIL-101质 量22mg，DMF2.5mL加热回流，然后趁热过滤 干燥，140 ℃抽真空干燥 • 方法四：双溶剂法使（NH4）2MoS4 质量11mg， 浸入至MIL-101质量22mg中 检验MIL-101，ZIF-8，MIL-53（44mg）， DMF10mL， N2H4· H2O 0.1mL，200 ℃加热10h 结论ZIF-8彻底破坏，其余的有剩余固体存在
光降解技术
光降解技术光降解技术是一种利用光能将有机废水或废气中的有机物质降解为无害物质的技术。
它是一种环保、高效的废水处理方法，已经在工业生产和环境保护中得到广泛应用。
光降解技术的原理是利用特定波长的光线照射有机物质，通过光-物质相互作用，使有机物质分解成小分子或无机物质。
光降解技术主要包括光催化降解和光解降解两种方式。
光催化降解是指在光照射下，通过光催化剂的作用，将有机物质氧化分解为无害的二氧化碳和水。
常用的光催化剂有二氧化钛、氧化锌等。
光催化降解技术具有反应速度快、降解效果好、无二次污染等优点，被广泛应用于废水处理、空气净化和有机废气处理等领域。
光解降解是指利用光照射下有机物质分子发生光解反应，将其分解成小分子或无机物质。
光解降解技术主要应用于有机废气处理领域，如挥发性有机物(VOCs)的降解。
通过选择合适的光解降解材料和光源，可以高效地将有机废气转化为无害物质，达到净化空气的目的。
光降解技术具有许多优势。
首先，它是一种无需添加化学药剂的方法，避免了传统废水处理方法中可能产生的二次污染问题。
其次，光降解技术对于大部分有机物质都具有很好的降解效果，可以有效去除废水中的有机污染物。
此外，光降解技术具有操作简单、能耗低等特点，适用于不同规模的废水处理和废气净化工程。
然而，光降解技术在应用中也存在一些挑战和限制。
首先，光降解技术对光照强度和光照时间要求较高，如果光照条件不足，降解效果可能会受到影响。
其次，光降解技术对于某些有机物质的降解效果相对较差，需要进一步研究和改进。
此外，光降解技术的设备和材料成本较高，需要进一步降低成本，以促进其在工业应用中的推广和应用。
为了解决这些问题，研究人员正在不断改进光降解技术。
一方面，他们通过改进光催化剂的性能，提高光催化降解的效率和稳定性。
另一方面，他们研究和开发新型的光解降解材料和光源，以提高光解降解的效果和适用范围。
此外，研究人员还在探索光降解技术与其他废水处理方法的结合，以实现更高效、更经济的废水处理。
光催化氧化法简介
光催化氧化法简介光催化氧化法是近20年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O 等简单无机物,避免了二次污染,简单高效而有发展前途.所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应.光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态,然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。
光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题，影响了该技术在实际中的应用，因此将催化剂固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。
在我国工业废水中，印染废水因其有机物含量高、色度深、水质复杂、排放量大而成为难处理的工业废水之一。
印染废水中含有大量卤化物、硝基物、氨基物、苯胺、酚类及各种染料等有机物，主要来自纤维、纺织浆料和印染加工所使用的染料、化学药剂、表面活性剂和各类整理剂。
其COD浓度达数千至数万mg/L,色度也高达数千至数万倍,可生化性差，很多废水还含有高浓度无机盐：如氯化钠、硫化物等,严重污染水环境。
国内处理染料废水普遍以生物法为主，同时辅以化学法，但脱色及COD去除效果差,出水难以稳定达到国家规定的排放标准。
光催化氧化法是近年来水处理研究的热点之一，实验证明，此方法对印染废水有较好的处理效果.当进水COD Cr为1300 mg/L左右,色度为800倍时,经本法处理的废水,出水COD Cr达188 mg/L，色度为0～10倍，COD Cr 去除率达92％,脱色率几近100%.主要水质指标达到了GB8978—1996《污水综合排放标准》中染料工业的二级标准.本法可取代常规的生物法，适合中小型印染厂的废水处理。
光催化氧化法原理光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其他的离子如NO3—、PO43—、Cl-等。
光催化的原理及其应用范围
光催化的原理及其应用范围
光催化是指利用光能激发催化剂表面的电子，从而提高化学反应速率的过程。
其原理是利用光能使催化剂表面的电子发生激发态跃迁，形成活性物种（如激发态电子、正孔和自由基等），从而与反应物发生化学反应。
光催化的应用范围非常广泛，包括环境净化、水处理、空气净化、能源转化等方面。
具体应用如下：
1. 环境净化：光催化可以通过氧化有机或无机污染物来净化环境空气或水体，例如，可将有毒有害废气、挥发性有机化合物（VOC）、甲醛等转化为无害的二氧化碳和水。
2. 水处理：光催化可以用于水处理过程中的水质净化、水中有机物降解和细菌的灭活等。
光催化剂可分解水中的有机物，氧化重金属离子，杀灭细菌等。
3. 空气净化：光催化可用于空气净化器中，通过催化氧化有害气体（如苯、甲醛等）转化为无害物质，提高室内空气质量。
4. 能源转化：光催化可用于太阳能能源的转化和储存。
例如，光催化可将太阳能转化为化学能，如光解水产生氢气，用于制备可再生能源。
总之，光催化技术具有广泛的应用前景，可以实现环境净化和能源转化等方面的
目标。
专题 3--光催化分解水制氢研究--20150424
• 将天然气火焰在裂解炉加热到 1400℃，
• 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 产生氢气和碳黑。
五、制氢技术简介 1、化石燃料制氢
(3) 煤汽化：
C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g)
(4) 重油部分氧化
CnHm+O2 → CO（g）+H2（g） CnHm+H2O→ CO（g）+H2（g） H2O+CO → CO2（g）+H2（g）
(5) 其他因素
5、影响光催化效率的主要因素
1、溶液pH值：
2、光强: 功率、距离
3、反应物浓度：Langmuir-Hinshelwood关系式
4、温度
5、无机离子
七、光催化材料研究进展
1、光催化剂概述 常见半导体材料的能带结构
SiC
Evs.SHE(pH= )/eV
ZnS
-1.0
ZrO2
SrTiO3 TiO2 Ta2O5
机会，提高光催化活性。
七、光催化材料研究进展 2、光催化材料种类
(2)、层状铌酸盐、钽酸盐、钛酸盐等：
层状氧化物与以TiO2为代表的体相型光催化剂相比，突出的特点是能利用 层状空间作为合适的反应位点抑制逆反应，提高反应效率。
A、层状钛酸盐：
• 层状含钛复合氧化物是以TiO6八面体为主要结构单元的物质。 • K2La2Ti3O10和K2Ti4O9是层状氧化物光催化剂中较具有代表性的两种。 • K2La2Ti3O10的禁带为3.4-3.5 eV，其层状钙钛矿结构为TiO6八面体通过
设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键
3、半导体光催化制氢热力学原理
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无机光催化剂分类
无机光催化剂是一种利用光能来促进化学反应的材料。
根据其化学性质和结构特点，无机光催化剂可以分为以下几类：
1.半导体光催化剂
半导体光催化剂是一种广泛应用的光催化剂。
这种催化剂主要是由氧化物、氮化物、碳化物、硫化物等半导体材料制成。
半导体光催化剂的光催化活性主要来自于其带隙结构，能够吸收太阳光谱范围内的光子，从而产生电子-空穴对，促进化学反应的进行。
2.金属氧化物光催化剂
金属氧化物光催化剂是一种具有很高光催化活性的材料。
这种催化剂主要由氧化钛、氧化锌、氧化铁等金属氧化物制成。
金属氧化物光催化剂的光催化活性主要来自于其特殊的晶体结构和表面活性中心。
3.贵金属光催化剂
贵金属光催化剂是一种利用贵金属催化剂在光照作用下促进化学反应的材料。
这种催化剂主要由银、金、铂、钯等贵金属制成。
贵金属光催化剂的活性主要来自于其表面的活性位点，对某些有机物具有很高的催化活性。
4.其他光催化剂
除了上述几种光催化剂之外，还有一些其他类型的光催化剂。
比如，光催化复合材料、有机光催化剂和纳米光催化剂等。
这些催化剂也具有很高的光催化活性和催化效果，在某些特定领域具有广泛的应
用前景。