纳米氧化钛光催化材料及应用.ppt

纳米氧化钛光催化材料及应用
Seminar Ⅰ
1
主要内容
纳米氧化钛光催化原理简介
纳米氧化钛光催化材料的制备
纳米氧化钛光催化材料的应用
展望
2
光催化技术的发展概况[1-3]
1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用,揭开了光催化技术研究的序幕。
1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯,--,光催化技术在环保方面的应用研究开始启动。
近十几年来,半导体光催化技术在环保、卫生保健等方面的应用研究发展迅速,纳米光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。
3
半导体(TiO2)光催化原理简介[4-5]
4
二氧化钛晶体的基本物性[6]
氧化钛结构
相对密度
晶系
晶格常数/nm
禁带宽度/eV
a
b
c
锐钛矿相

四方

*


金红石相

四方

*


板钛矿相

斜方



*
5
锐钛矿相和金红石相二氧化钛的能带结构[7]
CB/e-
VB/h+
CB/e-
VB/h+



两者的价带位置相同,光
生空穴具有相同的氧化能
力;但锐钛矿相导带的电
位更负,光生电子还原能
力更强。
混晶效应:锐钛矿相与金
红石相混晶具有更高光催
化活性,这是因为在混晶
氧化钛中,锐钛矿表面形
成金红石薄层,这种包覆
型复合结构能有效地提高
电子-空穴对的分离效率
锐钛矿相
金红石相
6
纳米光催化剂的效应[8-9]
量子效应
当半导体粒子的粒径小于某临界值时,导带和价带间的能隙变宽,光生电子和空穴的能量更高,氧化还原能力增强
载流子扩散效应
粒径减小,光生电子从晶体内扩散到表面的时间越短,电子和空穴的复合几率减小,光催化效率提高
表面积增大效应
粒径减小,表面积增大使吸附底物的能力增强,可促进光催化反应的进行
将光催化剂的粒子纳米化,可以有效提高量子产率,利于光催化反应
7
TiO2光催化材料的特性[10]
纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂之一
光催化活性高(吸收紫外光性能强;禁带和导带之间的能隙大,光生电子和空穴的还原性和氧化性强)
化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀),对生物无毒
在可见光区无吸收,可制成白色块料或透明薄膜
原料来源丰富
8
纳米氧化钛材料的制备—纳米氧化钛粉体[11-15]
物理法
常用的有构筑法(如气相冷凝)和粉碎法(高能球磨法)
化学法
制备方法
前驱体
特征
沉淀法
Ti(OBu)4 TiCl4
尺寸小、均匀分散
水解法
TiCl4
通过对反应条件的控制可获得混晶、无定形的多孔氧化钛
喷雾热解法
TiCl4
电解质影响形貌和团聚体尺寸
溶胶-凝胶法
Ti(OBu)4
可容易实现掺杂,但颗粒分布尺寸宽
氧化-还原法
Ti+H2O2
200℃煅烧得到锐钛矿与金红石的混晶
水热法
TiCl4
可制备不同晶相的氧化钛,结晶度好
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纳米氧化钛材料的制备—纳米氧化钛薄膜[16-19]
制备方法
前驱体
特征
液相沉积法
氟钛酸铵
透明,颗粒分布均匀
溶胶-凝胶法
Ti(OBu)4
膜厚与镀膜次数密切相关,薄膜致密、孔洞少,颗粒均匀
化学气相沉积
法
异丙醇钛
均为锐钛矿相,无金红石相结构
热分解法
异丙醇钛
膜厚可有效、可控制的增加,薄膜表面平整,颗粒均匀
磁控溅射法
纯Ti
直流磁控溅射,膜厚约200nm;高质
量,高密度,良好的结合性和强度
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