光催化 合成 h2o2
光催化分解水制氢
Mo6+-doped TiO2
Y. Yang ,et al J. Photochem Photobio A: Chem. 163 (2004) 517–522
Schottky Barrier from noble metal & n-semiconductor
• Low cost, ease of availability
Photocatalysis goes to TiO2 1 n-type TiO2 electrode 2 platinum black counter electrode
era!!3 ionically conducting separator 4 gas buret
0.41 ？ 0.31
2.42 1.70 1.56 2.4 2.82 3.68 3.35
17 ？ 30
5.4 10.0 10.2 10.4 9.2 8.9 9.0
eV=1240/λ
光波波长对应的能量
200n2m022年3月226日.2星eV期二
600nm
2.067eV
400nm 800nm
3.1eV 1.55eV
2.2eV), CdS, CdSe, WO3, Cu2O,
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Institute of Nanoscience
主要的优化方法
掺杂（调控能带）(C,N,过渡金属或稀土掺 杂等)
包覆（降低超电势，增加稳定性，提高电 子空穴分离效率，提供析氢活性中心） （贵金属等）
光催化制备过氧化氢的研究进展
光催化制备过氧化氢的研究进展
陈咏梅;魏来;万涛
【期刊名称】《化学世界》
【年(卷),期】2024(65)3
【摘要】过氧化氢是一种高价值、多功能的绿色化学品,被广泛应用于各种工业生产以及清洁能源燃料等领域。
传统蒽醌法制备过氧化氢的工艺不仅能耗巨大,且会产生各种化学废料,环境污染较大。
光催化技术是近年来生产H_(2)O_(2)的一种绿色环保和发展前景广阔的新方法,但其仍受制于光催化活性较低、H_(2)O_(2)产量较低和反应较慢等问题。
简要阐述了光催化制备H_(2)O_(2)基本原理,介绍了光催化制备H_(2)O_(2)的研究进展,对比分析了不同光催化材料的结构及光催化性能,归纳总结了光催化材料的结构调控及性能提高途径和策略,提出了存在的问题,并展望了未来的发展方向。
【总页数】12页(P131-142)
【作者】陈咏梅;魏来;万涛
【作者单位】武汉软件工程职业学院武汉开放大学(国家开放大学武汉分部);成都理工大学材料与化学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】O69
【相关文献】
1.能级可调的钾离子掺杂石墨相氮化碳的可控制备及"双渠道"光催化合成过氧化氢性能
2.介质阻挡放电等离子体法制备优异光催化合成过氧化氢性能的氮空穴掺杂石墨相氮化碳
3.光催化分解水制备氢气和过氧化氢
4.用于光催化生产过氧化氢的聚氯乙烯复合材料的制备及其性能研究
5.共价有机框架在光催化制备过氧化氢中的研究进展与展望
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光化学催化氧化
光化学催化氧化是一种高级氧化技术，利用光的作用下进行的化学反应。
在光的作用下，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。
光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。
所用光主要为紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工艺，可以用于处理污水中CCl4、多氯联苯等难降解物质。
另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。
过氧化氢工业制法
过氧化氢工业制法1. 引言过氧化氢（H2O2）是一种重要的化学品，在工业生产和日常生活中具有广泛的应用。
它是一种无色、无臭的液体，具有强氧化性和杀菌作用。
本文将详细介绍过氧化氢的工业制法，包括传统的工业制法和新兴的绿色制法。
2. 传统工业制法过氧化氢的传统工业制法主要包括安格斯制法和氧化法。
2.1 安格斯制法安格斯制法是最早开发的过氧化氢工业制法之一。
该方法基于苯的氧化反应，具体步骤如下：1.将苯和水加入反应釜中，加热至适当温度。
2.加入催化剂，通入氧气。
3.反应进行时，过氧化苯生成，随后水蒸气和过氧化苯的混合物被冷凝和分离。
4.分离出的过氧化苯经过进一步处理，得到过氧化氢。
安格斯制法具有工艺简单、成本较低的优点，但也存在苯的氧化反应产生的有毒副产物的处理问题。
2.2 氧化法氧化法是另一种传统的过氧化氢工业制法，其基本原理是将氨氧化为亚硝酸，再将亚硝酸氧化为过氧化氢。
具体步骤如下：1.将氨加入反应釜中，与氧气反应生成亚硝酸。
2.将亚硝酸溶液通入氧化釜中，加热至适当温度。
3.亚硝酸在氧化釜中被氧化为过氧化氢。
4.过氧化氢经过进一步处理，得到纯净的产品。
氧化法相对于安格斯制法来说，副产物较少，但工艺复杂，生产成本较高。
3. 新兴绿色制法随着环保意识的提高和技术的发展，越来越多的绿色制法被应用于过氧化氢的工业生产。
3.1 超临界水氧化法超临界水氧化法是一种利用超临界水在高温高压条件下进行氧化反应的制法。
具体步骤如下：1.将水加热至超临界状态（高于374摄氏度、22.1MPa）。
2.将待氧化物质加入超临界水中，进行氧化反应。
3.反应结束后，通过降压和冷却，将产物中的过氧化氢分离出来。
超临界水氧化法具有高效、无需添加催化剂、无副产物等优点，但设备成本较高。
3.2 光催化法光催化法利用光催化剂在光的作用下，促进氧化反应的进行。
具体步骤如下：1.将光催化剂与待氧化物质混合。
2.将混合物暴露在光源下，光催化剂吸收光能，产生活性氧物种。
r-TiO2可见光催化H2O2降解阿特拉津
ｓ ｄｅ ｓ ｇｒｔｅＴＯ （ ＴＯ ）ａ ｈ ｔ ａ ｌｓ ａ ｄａｒ ｉｅａ ｄ ｌ ｏ ｕａｔ ｈ ｅｕｔ ｉｄｃｔ ａ ａ ａｉ ｔ ｉ ｕｉ ｉ ｉ２ 卜 ｉ２ ｓｐ ｏ ｃｔ ｙｔ ｎ ｔ ｚ ｓｍｏｅ ｐｌ ｔ ．Ｔ ｅｒｓｌ ｉ ｅ ｔ ｔ ｔ ｚ ｅ ｕ ｄ ｎ ｕｌ ｏ ａ ａｎ ｌ ｎ ｓｎ ａ ｄ ｈ ｒ ｎ
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Ｔ Ｎ ｉ － ｎ ， Ｉ ｈ － ｎ ， Ｏ ｕ ｎ ， Ｉ ｉ ｉ ＬＵ Ｆ ｎ —ａ ｇ Ａ Ｇ Ｊ ｎｊ ＬＵ Ｓ ｕｊ Ｚ Ｕ Ｙ ａ Ｘ Ｅ Ｗｅ ｐ ｇ ， Ｉ ｅｇｌ ｎ ａ ｕ ｕ —ｎ ｉ （ ．Ｓｈｏ ｏ ｏｓ ｕｔ ｎａ ｄＥ ｖ ｏ ｍ ｎａ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｈｎｈ ｎＰ ｌ ｅ ｎ ， ｈｎｈｎ５ ８ ５ ， ｕ ｎ ｄｎ ， ｈ－ １ ｃｏｌｆＣ ｎｔ ｃｏ ｎ ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｇｎ ｒ ｇ Ｓ ｅｚｅ ｏ ｔ ｈ ｉ Ｓ ｅｚｅ １０ ５ Ｇ ａ ｇ ｏｇ Ｃ ｉ ｒ ｉ ｒ Ｅ ｅｉ ｙｃ ｃ ｎ ； ．Ｓｈ ｏ ｏ ｈｍｓ ｙａ ｄ Ｃ ｅ ｃｌ ｎ ｉ ｅ ｎ Ｃ ｎ ａ Ｓ ｕｈＵ ｉ ｒｔ，Ｃ ａ ｇｈ １０ ３ Ｈｕａ ，Ｃ ｉ ａ ２ ｃｏｌｆＣ ｅ ｉｒ ｎ ｈｍｉ ｇｎ ｒ ｇ， ｅｔ ｌ ｏ ｔ ｎｖ ｓｙ ｈ ｎｓａ４ ８ ， ｎ ｎ ｈｎ ｔ ａＥ ｅｉ ｒ ｅｉ ０ ａ）
催化光解水知识介绍
影响光催化效率的主要因素 (4)、逆反应的程度：
H2和O2的逆反应可以通过以下途径进行： 1) 在半导体表面已形成的分子H2和O2，以气泡形式留在催化剂上，当它们 脱离时气泡相互结合产生逆反应； 2) 己进入气相的H2和O2，在催化剂表面上再吸附并反应；
3) 如果半导体负载了某些金属如Pt等，在该催化剂上产生的氢原子，可通 过“溢流”作用与表面所产生的氧原子反应。
由于存在电子和空穴的复合和逆反应，在没有牺牲剂的情况下半导体 光催化效率通常不高。因此，抑制 H2和 O2逆反应是光分解水领域的研 究热点之一。
影响光催化效率的主要因素 (4)、逆反应的程度：
抑制H2和O2逆反应方法有： 典型的Pt-TiO2体系中，由于Pt上存在快速的逆反应，因此水溶液中难以分解水， 但高浓度 CO32-溶液中能有效产氢和氧。催化剂上的 CO32-阻止 Pt上的逆反应， 同时通过形成过碳酸根促进氧的释放。 加牺牲试剂：向体系加入电子给体不可逆消耗产生的空穴 (或羟基自由基 )，可 提高放氢反应效率；或加入电子受体不可逆地结合产生的电子，促进放氧反应 等都是有效的手段。在TiO2光催化体系中加入电子给体 I-，放氢速率明显提高， 而Fe3+的加入则特别显著地提高了产氢、氧效率。
晶粒尺寸对光催化性能也有较大影响。粒子越小，电子和空穴在本体 的复合几率越小，量子效率也越高。此时，禁带间隙能增加，禁带边 缘移动，加强了半导体TiO2的氧化还原能力，提高光催化活性；
粒径减小也使表面原子迅速增加，反应活性增强，比表面积增大，光 吸收效率提高。较小的粒径还可减少漫反射，提高光的吸收量。
光 ↔ 化学能转化
Fuels CO Sugar
O
H
2 e 2
2
光催化氧化过程ppt课件
饱和烃：夺氢反应 C=C键：加成反应 卤代有机物：不与有机物连接的卤素反应，α氢被
卤素取代，则反应速度降低，并且不能与饱和全卤 化合物反应，如四氯化碳；
中等和大分子有机物反应快速，接近扩散控制极限 低分子或高度氧化的有机化合物：甲基氢原子如果
没有被特殊连接的取代物活化，则被取代的速率较 慢；从羧酸阴离子中的电子转移速率也较慢。所以 乙酸根或草酸根被羟基自由基氧化的速率比中等分 子有机物的速率慢1-2个数量级
TiO2 ：不发生光腐蚀；耐酸碱性好，化学 性质稳定；对生物无毒性；来源丰富；能 隙较大（3.2ev，最大入射波长为 387.5nm），有很强的氧化还原能力；
二氧化钛基本结构：锐 钛矿、金红石、板钛矿
连接方式：
锐钛矿
金红石、板钛矿
金红石
锐钛矿
板钛矿
金红石、锐钛矿和板钛矿的相图
光催化反应的主要应用
E°V
半反应
E°V
3.06
—
F2 + 2e = 2F
2.65
2.85
OH· + e
==
—
OH
2.0
2.442
O(g) + 2H2O + 2e
==
—
2OH
1.59
2.07
—
O3 + H2O + 2e == O2 + 2OH
1.24
1.776 H2O2 + H+ + e == OH· + H2O 0.71
– 有机物浓度很低的时候，认为KC<<1 则可简化为：r=kKC=k’C
– 当有机物浓度很高时，KC>>1 则可简化为：r=k
S_型异质结H2O2_光催化剂的研究进展
物 理 化 学 学 报Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (6), 2212010 (1 of 18)Received: December 5, 2022; Revised: January 20, 2023; Accepted: January 25, 2023; Published online: February 3, 2023. *Correspondingauthors.Emails:****************.cn(Y.L.),***************.cn(L.Z.);Tel.:+86-131********(Y.L).This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (22008185, 22008187), Shaanxi Provincial Key Research and Development Program, China (2022GY-166; 2022GY-161), Scientific Research Program Funded by Shaanxi Provincial Education Department, China (22JK0406), and Training Program of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates, China (S202210709063).国家自然科学基金(22008185, 22008187), 陕西省科技厅重点研发计划项目(2022GY-166, 2022GY-161), 陕西省教育厅自然专项(22JK0406), 西安工程大学大学生创新创业训练计划项目(S202210709063)© Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica[Review]doi: 10.3866/PKU.WHXB202212010Review of S-Scheme Heterojunction Photocatalyst for H 2O 2 ProductionKeyu Zhang, Yunfeng Li *, Shidan Yuan, Luohong Zhang *, Qian WangCollege of Environmental and Chemical Engineering, Xi’an Key Laboratory of Textile Chemical Engineering Auxiliaries, Xi’ an Polytechnic University, Xi’ an 710048, China.Abstract: Rapid industrialization throughout the 20th and 21st centuries has led to the excessive consumption of fossil fuels to satisfy global energy demands. The dominant use of these fuel sources is the main cause of the ever-increasing environmental issues that greatly threaten humanity. Therefore, the development of renewable energy sources is fundamental to solving environmental issues. Solar energy has received widespread attention over the past decades as a green and sustainable energy source. Solar radiation-induced photocatalytic processes on the surface of semiconductor materials are able to convert solar energy into other energy sources for storage and further applications. However, the preparation of highly efficient and stable photocatalysts remains challenging. Recently, a new step-scheme (S-scheme) carrier migration mechanism was reported that solves the drawbacks of carrier migration inconventional heterojunction photocatalysts. The S-scheme heterojunction not only effectively solves the carrier migration problem and achieves fast separation but also preserves the powerful redox abilities and improves the catalytic performance of the photocatalytic system. To date, various S-scheme heterojunctions have been developed and employed to convert solar energy into useful chemical fuels to decrease the reliance on fossil fuels. Furthermore, these systems can also be used to degrade pollutants and reduce the harmful impact on the environment associated with the consumption of fossil fuels, including H 2 evolution, pollutant degradation, and the reduction of CO 2. H 2O 2 has been used as an effective, multipurpose, and green oxidizing agent in many applications including pollutant purification, medical disinfection, and chemical synthesis. It has also been used as a high-density energy carrier for fuel cells, with only water and oxygen produced as by-products. Photocatalytic technology provides a low-cost, environmentally friendly, and safe way to produce H 2O 2, requiring only solar energy, H 2O, and O 2 gas as raw materials. This paper reviews new S-scheme heterojunction designs for photocatalytic H 2O 2 production, including g-C 3N 4-, sulfide-, TiO 2-, and ZnO-based S-scheme heterojunctions. The main principles of photocatalytic H 2O 2 production and the formation mechanism of the S-scheme heterojunction are also discussed. In addition, effective advanced characterization methods for S-scheme heterojunctions have been analyzed. Finally, the challenges that need to be addressed and the direction of future research are identified to provide new methods for the development of high-performance photocatalysts for H 2O 2 production. Key Words: Photocatalysis; S-scheme heterojunction;H 2O 2 generation; Charge transferS型异质结H2O2光催化剂的研究进展张珂瑜，李云锋*，袁仕丹，张洛红*，王倩西安工程大学环境与化学工程学院，纺织化工助剂西安重点实验室，西安710048摘要：随着现代经济和工业的快速发展，传统化石能源的过度开发和消耗造成了日益严重的环境污染和能源危机，极大地威胁着我们的健康和生活。
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光催化合成 h2o2
光催化合成H2O2是一种利用光催化剂通过光照激发，使得水和氧气气体在反应条件下催化生成过氧化氢（H2O2）的过程。
光催化合成H2O2是一种绿色环保的方法，它相比传统的合成方法，具有高效、无污染、低能耗等优点，因此被广泛研究和应用。
光催化合成H2O2的关键是选择合适的光催化剂。
常用的光催化剂有二氧化钛、氧化锌等。
在光照射下，光催化剂能够吸收光能并将其转化为化学能，以催化水和氧气发生反应生成H2O2。
此过程中，光催化剂起到了催化剂的作用，促进了反应的进行。
光催化合成H2O2的主要反应可以简述为：
2H2O + O2 → 2H2O2
通过这个反应方程可以看出，光催化合成H2O2的反应物有水和氧气气体，产物为过氧化氢。
光催化合成H2O2的关键步骤是氧气的分子吸附和活化、吸附态氧物种的电子激发、水分子的活化以及过氧化氢的解离等。
这些步骤分
别在光催化剂表面发生。
其中，光照能激发电子，使得光催化剂变成
活性态，从而能够催化反应的进行。
在光催化合成H2O2的具体实验中，如果要提高反应效率和产率，
可以从以下几个方面考虑：
1.光催化剂的选择：光催化剂对反应的效率和产率有着重要影响。
不同的光催化剂具有不同的光吸收能力和催化活性，选择合适的光催
化剂可以提高反应的效果。
2.光源的选择：光催化反应需要外部光照射，因此光源的选择对
反应效率也有较大的影响。
一般来说，可见光和紫外光都可以用于光
催化合成H2O2，但不同波长的光源对应不同的光催化剂和反应条件。
3.反应条件的控制：反应温度、反应时间、反应物浓度等反应条
件的选择和控制也对光催化合成H2O2的效果有重要影响。
4.催化剂的修饰：可以通过调控光催化剂表面的组成或结构，进
行催化剂的修饰，从而提高催化剂的催化活性。
光催化合成H2O2的应用非常广泛。
例如，在环境领域，可将光催
化合成H2O2应用于废水处理中，通过H2O2的氧化作用，可以将有机
物去除，从而净化水质。
此外，光催化合成H2O2还可应用于空气净化、氧化剂制备等领域。
总之，光催化合成H2O2是一种具有潜力的绿色合成方法，它具有
高效、无污染、低能耗等优点。
随着人们对绿色环保技术的需求和认
识的加深，光催化合成H2O2的研究和应用也将越来越广泛。