光催化剂的分类和机理总结

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1、光催化北京科技大学方志光催化的机理和应用防止电子和空穴的再结合1、用一种陷阱式的纳米结构限制光生空穴或者捕捉光生电子；2、用牺牲剂（乙醇、Na2S、Na2SO3）作为电子给体消耗价带空穴，是导带电子还原氢离子；用牺牲剂（AgNO3）作为电子受体消耗导带电子，使价带空穴氧化氧离子。3、多种半导体共存，让半导体Ⅰ导带上的电子转移到半导体Ⅱ的导带上或价带上；光催化剂的影响因素1、光子能量要比催化剂的禁带宽度Eg高；（窄的禁带宽度有利于太阳能的利用）2、反应物的氧化还原电势应在导带电位与价带电位之间；（更负的导带电位和更正的价带电位有利于氧化还原反应

2、）光催化反应体系1、加入电子给体和电子受体（牺牲剂）2、担载助催化剂3、双光子系统（Z-Scheme）加入牺牲剂★用牺牲剂（乙醇、Na2S、Na2SO3）作为电子给体消耗价带空穴，是导带电子还原氢离子；★用牺牲剂（AgNO3）作为电子受体消耗导带电子，使价带空穴氧化氧离子。加入牺牲剂[1]M.J.Berr,P.Wagner,S.Fischbach,A.Vaneski,etal.,HolescavengerredoxpotentialsdeterminequantumefficiencyandstabilityofPt-decoratedCdS

3、nanorodsforphotocatalytichydrogengeneration.Appl.Phys.Lett.100(2012)223903.加入牺牲剂SO32-相对于标准氢电极的电极电势最负，最易失电子，所以最易消耗价带空穴加入牺牲剂缺点：当牺牲剂的量消耗殆尽时，催化效率也会大大降低。所以需要定时加入牺牲剂。担载助催化剂紫外光照射时单纯的光催化剂并不能有效分解水析出氢气和氧气,在光催化剂颗粒表面上担载一些金属或金属氧化物可以促进水的分解；常用的助催化剂有：Pt、NiO、Ru2O等；在水溶液粉末悬浮Pt/TiO2光催化体系中，Pt的作

4、用就是助催化剂。助催化剂的作用金属与半导体界面上形成了势垒，称为Schottky势垒，作为电子陷阱，能有效阻止半导体上的电子与空穴的复合。光生电子向金属迁移，为Schottky势垒所俘获，空穴向半导体其他位置移动，促进了电子与空穴分离，有利于光催化反应的进行。Ni装饰的CdS纳米棒[2]T.Simon,N.Bouchonville,M.J.Berr,A.Vaneski,etal.,RedoxshuttlemechanismenhancesphotocatalyticH2generationonNi-decoratedCdS nanorods.

5、Nat.Mater.13(2014)1013-1018.Ni装饰的CdS纳米棒★制备：Ni的前驱体NiCl2加到CdS纳米棒的分散系中，用447nm激光照射；CdS导带中的光生电子将NiCl2还原成Ni纳米颗粒，便沉积在CdS纳米棒表面。★性能：447nm激光照射，表观量子效率53%，内部量子效率71%，H2生产速率：63mmolg-1h-1Ni装饰的CdS纳米棒★影响因素：PH值OH-浓度是影响H2生产速率的重要因素说明OH-是不只是改变碱度，而是直接参与反应的随着PH升高，H2生产速率显著提高。尤其在14向14.7过渡时，也说明在这个PH

6、范围内，催化的反应机制发生的本质上的改变。Ni装饰的CdS纳米棒两步氧化反应当PH=14时EVB=1.70V因此，价带空穴可以氧化OH-生成的羟基再去氧化乙醇，该过程很快，其中空穴的转移是控诉环节光催化反应体系1、加入电子给体和电子受体（牺牲剂）2、担载助催化剂3、双光子系统（Z-Scheme）双光子系统（Z-Scheme）自然界中的光合作用[3]P.Zhou,J.Yu,M.Jaroniec,All-Solid-StateZ-SchemePhotocatalyticSystems.Adv.Mater.26(2014)4920-4935.光催化

7、反应体系分类：1、PSⅠ-PSⅡ体系2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体系3、PSⅠ-C-PSⅡ体系光催化反应体系分类：1、PSⅠ-PSⅡ体系2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体系3、PSⅠ-C-PSⅡ体系PS-PS体系将两种半导体直接固-固接触，可通过离子间的静电吸附（物理方法）和多相的成核生长（化学方法）常见的有：TiO2-C3N4、TiO2-CdS、ZnO-CdSEgECBEVBCdS2.41-0.521.88TiO23..2-0.292.91ZnO3.2-0.312.89PS-A/D-PS体系PSⅠ与PSⅡ无直接接触，靠氧化还原电对传递电子；PSⅠ不

8、易被光氧化，易被光还原；PSⅡ不易被光还原，易被光氧化。PS-A/D-PS体系存在逆反应：受电子体A与PSⅠ导带中的电子反应；供电子体D与PSⅡ价带中的空穴反应。解