光催化剂纳米二氧化钛.ppt

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1、TiO2光催化剂简介1.概述2.TiO2光催化原理3.TiO2光催化活性的影响因素4.提高TiO2光催化活性的途径5.TiO2光催化剂的应用6.今后研究的主要方向1.概述1.1光催化技术及其发展光催化反应是指在光照的条件下，发生在催化剂和表面吸附物之间的一种光化学反应。它是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是光和催化剂同时作用下所发生的化学反应。光催化技术发展概况1972年，Fujishima在n-型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这一领域。1977年，YokotaT等发现

2、在光照条件下，TiO2对丙烯环氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化的应用范围，为有机物氧化反应提供了新思路。近十年来，光催化技术环保、卫生保健、自洁净等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。光催化技术的优点水中所含多种有机污染物可被完全降解为水和二氧化碳等，变为无害物不需要另外的电子受体合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可重复利用的优点可以利用太阳能作为光源激发光催化剂结构简单，操作容易控制，氧化能力强，无二次污染光催化材料体系氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝

3、大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区，研究的比较多的是含Ti，Nb，Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金属氧化物也有过报道。硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性较差。氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ta／Ｎ，Ｎb／Ｎ等体系磷化物及硼化物：研究很少1.2TiO2的结构与性质TiO2晶体的基本物性二氧化钛的空间结构锐钛矿型的单元结构中钛原子处于钛氧八面体的中心,其周围的6个氧原子都位于八面体的棱角处,有4个共棱边,即锐钛矿型的

4、单一晶格有4个TiO2分子。锐钛矿型二氧化钛的八面体呈明显的斜方晶型畸变,Ti—O键距离均很小且不等长,因此极性较大，影响其光催化活性。金红石型中氧离子作6方最紧密堆积,钛离子位于八面体的空隙,配位数为6,而氧离子则位于以钛离子为顶角所组成的平面三角形的中心,配位数为3。每个[TiO6]八面体有两条棱与其上下相邻的两个[TiO6]八面体共用,从而形成沿c轴方向延伸的比较稳定的[TiO6]八面体链,链间则以[TiO6]八面体共用顶角相连接,就是因为这种结构使得金红石的稳定性最高。1.3TiO2光催化剂的制备2.T

5、iO2光催化原理半导体能带结构半导体存在一系列的满带，最上面的满带称为价带（valenceband，VB）；存在一系列的空带,最下面的空带成为导带（conductionband，CB）；价带和导带之间为禁带。当用能量等于或大于禁带宽度（Eg）的光照射时，半导体价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时在价带产生相应的空穴，这样就在半导体内部生成电子（e－）-空穴（h＋）对。光生电子-空穴对的氧化还原机理当TiO2催化剂（Eg＝3.2eV）受光照射，吸收了波长小于或等于387.5nm的光子后，价带中电子就会被激发到导带

6、，形成带负电的高活性电子，同时在价带上产生带正电的空穴。光生电子具有强还原性，光生空穴具有强氧化性，二者可形成氧化-还原体系光生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·OH，是一种活性更高的氧化物种，能够氧化多种有机物并使之矿化。是光催化反应体系中的主要活性氧化物种TiO2光催化反应步骤TiO2E-CBH+VBhv复合价带空穴诱发氧化反应捕获价带空穴生成Titanol基团捕获导带电子生成Ti3＋导带电子诱发还原反应光催化机理图示e-h+ReductionReactionOxidationRe

7、actionPhotonshn>EbgCBVBTiO2光催化材料的特性优点1.原料来源丰富，廉价2.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，光生电子的还原性和和空穴的氧化性强）3.化学性质稳定（耐酸碱和光化学腐蚀），无毒缺点1.光致电子和空穴对的转移速度慢，复合率高，导致光催化量子效率低2.只能用紫外光活化，太阳光利用率低3.粉末状TiO2在使用过程中存在分离、回收困难等问题3.TiO2光催化活性的影响因素3.1TiO2晶体结构的影响3.2催化剂颗粒直径的影响3.3溶液pH值的影响3.4其他影响

8、因素3.1TiO2晶体结构的影响ATiO2晶相的影响在TiO2的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿表现出较高的活性，原因如下锐钛矿较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负的电位，因而具有较高的氧化能力锐钛矿表面吸附H2O,O2及OH的能力较强，导致光催化活性较高在结晶过程中锐钛矿晶粒通常具有较小的尺寸及较大的比表面积，对光催化反应有利BTiO2表面结构的影响光催化过程主要在催化