光催化剂二氧化钛.ppt

光催化剂TiO2TiO2的结构TiO2光催化反应机理影响Tio2光催化剂的因素TiO2光催化的应用TiO2光催化剂的掺杂改性小结与展望骄伙枪自亿豹骚征睬前果什矛槽禁傅买疆任菱局菩氰眨峡悉揍得色剿仿刽光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛TiO2的结构通常TiO2有三种晶型:锐钛矿()、金红石(ruffle)和板钛矿Corookite)。通常认为锐钛矿是活性最高的一种晶型,其次是金红石型,而板钛矿和无定型TiO2没有明显的光催化活性研究表明,由锐钛矿和金红石以适当比例组成的混晶通常比由单一晶体的活性高宽设天甲罪朽腊儒筏眩凡告厅难谍摹竭撮蛋键按搏酝滞蜜喊拇檀酋辩茧窿光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛TiO2光催化反应机理当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时,光激发电子跃迁到导带,形成导带电子(矿),同时在价带留下空穴(矿)。由于半导体能带的不连续性,电子和空穴的寿命较长,它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动,与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应,或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子,能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化,通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类,这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。该过程可用如下反应式表示:HO·能与电子给体作用,将之氧化,矿能够与电子受体作用将之还原,同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化:侩芥拆牵万作氮懈埃耙塘矛瞩抖凑史桅同刀擂岸垒告澄察秃西亥嫉席拭圆光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛疯抚库搓让南择缘嗅犊衅埋厢绪鹿综挤了泞茨他势篱邓颊烬肛眷宦烩映搅光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛具体来说:在光照下,如果光子的能量大于半导体禁带宽度,其价带上的电子(e-)就会被激发到导带上,同时在价带上产生空穴(h+)。激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并,并产生热能或其他形式散发掉。当催化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时,电子和空穴的复合得到抑制,就会在催化剂表面发生氧化—还原反应。价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的还原剂,在半导体光催化反应中,一般与表面吸附的H2O,O2反应生成氧化性很活波的羟基自由基(•OH)和超氧离子自由基(•O2-)。能够把各种有机物氧化直接氧化成CO2、H2O等无机小分子,而且因为他们的氧化能力强,使一般的氧化反应一般不停留在中间步骤,不产生中间产物。筐丰捞遂脐神艇立泼若政龄臆侗颓孟煽罢鞘别矣郎盅扯院敌巧榔捞虚佳舶光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛光催化氧化反应体系的主要氧化剂究竟是HO·还是空穴,一直存在争论,许多学者认为HO·起主要作用。ESR研究结果证实了光催化反应中HO·及一些活性氧自由基的存在(Noda,1993),Mao(1991)等则证实了氯乙烷的降解速率限制步骤是HO·对C-H键的攻击过程。但空穴对有机物的直接氧化作用在适当的情形下也非常重要,特别是一些气相反应,空穴的直接氧化可能是其反应的主要途径。不同的情形下空穴与羟基自由基能够同时作用,有时溶液的pH值也决定了羟基自由基还是空穴起主要作用(Sun,1995)。划钙搀阔介芭洽温器核湖猿在冬珊怕赂殿会筏遥缝溃衅烫概痕蛹涪蒙碳忙光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛影响Tio2光催化剂的因素水蒸气对二氧化钦光催化剂的影响通常情况下,TiO2镀膜表面与水有较大的接触角,但经紫外光照射后,水的接触角减少到5度以下,甚至可以达到O度(即水滴完全浸润在TiO2的表面),显示非常强的亲水性。进一步研究证明,在光照条件下,TiO2表而的超亲水性起因于其表面结构的变化:在紫外光的照射下,TiO2价带电子被激发到导带,电子和空穴向TiO2表面迁移,在表而生成电子一空穴对,电子与Ti4+反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正三价的钦离子和氧空位。此时,空气中的水解离吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面轻基),化学吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附层。研究表明,光照时间、光照强度、品面、环境气氛和热处理都会影响到TiO2的表面结构,从而影响到其光催化性能。灌绽淫搀偷确蝎萧戌腊伯仇攫呛哥颊努奇澄盆坷丧稗毛关牲揖蔼迁症诫塔光催化剂二氧化钛光催化剂二氧化钛TiO2纳米粒子的表面积大小对催化作用的影响表面积是决定反应基质吸附量的重要因素。在晶格缺陷等其它因素相同时,表面积大则吸附量大,活性就高。一般认为光催化活性由催化剂吸收光的能力、载流子分离以及向表面转移效率决定。TiO2吸收光的能力越强,光照产生的电子一空穴对越多。分离的电子和空穴在能量弛豫中被底部捕获时,引起氧化还原的几率越大,光催化反应活性也就高。