纳米二氧化钛光催化材料.ppt

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纳米TiO2光催化材料
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纳米TiO2光催化剂简介※
纳米TiO2光催化剂的制备※
纳米TiO2光催化剂的表征
纳米TiO2光催化剂的应用
总结
主要内容
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纳米TiO2光催化剂简介
什么是多相光催化剂？
多相光催化是指在有光参与的情况下，发生在催化剂及表面吸附物（如H2O，O2分子和被分解物等）多相之间的一种光化学反应。
光催化反应是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是光反应和催化反应的融合，是光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。
纳米TiO2是一种新型的无机金属氧化物材料，它是一种N型半导体材料，由于具有较大的比表面积和合适的禁带宽度，因此具有光催化氧化降解一些化合物的能力，纳米TiO2具有优异的光催化活性，并且价格便宜，无毒无害等优点因此被广泛的应用。
纳米TiO2粉体
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半导体是指电导率在金属电导率（约104~106Ω/cm)和电介质电导率（ ＜1-10 Ω/cm)之间的物质，一般的它的禁带宽度Eg小于3eV。
半导体的能带结构
导带
价带
禁带
Eg＜ 3eV
掺杂半导体
N型半导体 （正电荷中心起提供电子的作用，依靠自由电子进行导电）
P型半导体（负电荷中心起提供电子的作用，依靠空穴进行导电）
半导体
本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带中不存在半导体电子的状态,即缺陷能级)
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实际半导体中，由于半导体材料中不可避免地存在杂质和各类缺陷，使电子和空穴束缚在其周围，成为捕获电子和空穴的陷阱，产生局域化的电子态，在禁带中引入相应电子态的能级。N型半导体的缺陷能级Ed靠近导带，P型半导体的Ea靠近价带。
Ec
Ed
Ev
价带
Ec
Ea
Ev
导带
价带
导带
P型半导体的能级
N型半导体的能级
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P型半导体中电子转移示意图
N型半导体中电子转移示意图
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PN节
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为什么要用纳米半导体光催化剂？（量子限域效应）
大的半导体粒子和微粒（分子簇）的空间电子状态
粒子半导体
E0
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团簇
非定域分子轨道
非定域分子轨道
直径
导带
价带
距离
浅陷阱
－
－
深陷阱
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—
—
－
－
表面态
深陷阱
深陷阱
表面态
（表面界面效应）
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半导体能带宽度与粒子大小N(Å)的关系示意图
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各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（pH = 0）
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常见的光催化材料
photocatalyst
Ebg（eV）
photocatalyst
Ebg（eV）
Si

ZnO

TiO2（Rutile)

TiO2(Anatase)

WO3

CdS

ZnS

SnO2

SiC

CdSe

Fe2O3

α-Fe2O3

ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn(OH)2
铁的氧化物会发生阴极光腐蚀
金属硫化物在水溶液中不稳定，会发生阳极光腐蚀，且有毒！