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1、二氧化钛光催化材料研究现状与进展1.1光催化的起源光催化化学作为光化学的一个分支，开始于20世纪70年代，1972年FujishimaA和HondaK在Nature杂志上发表了关于n型半导体TiO2单晶电极上光致分解水并产生氢气和氧气的论文，这一重要发现标志着多相光催化时代的开始，同时也揭开了TiO2作为光催化材料发展的序幕，更为人类开发利用太阳能开辟了新的途径。本多—藤岛效应现象：用二氧化钛和白金作电极，放在水里，用光照射，即使不通电，也能够把水分解为氧气和氢气。展望：当选用合适的N型半导体作
2、为阳极，合适的P型半导体作为阴极，在的光的照射下，就可以很有效的分解水为氢气和氧气。1.2光催化机理半导体：半导体粒子具有能带结构,一般由填满电子的低能价带(valenceband,VB)和空的高能导带(con-ductionband,CB)构成。价带和导带之间存在禁带。当用能量等于或大于禁带宽度(也称带隙,Eg)的光照射半导体时,价带上的电子(e-)被激发跃迁至导带,在价带上产生相应的空穴(h+)。若半导体此时处于溶液中,则在电场作用下,电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置。光生空穴具有很
3、强的得电子能力,具有强氧化性,可夺取半导体表面的有机物或溶剂中的电子,使原本不吸收入射光的物质被活化氧化,而电子受体则可以通过接受表面上的电子而被还原。水溶液中的光催化氧化反应,在半导体表面失去电子的主要是水分子,水分子经催化后生成氧化能力极强的羟基自由基•OH,•OH是水中存在的氧化剂中反应活性最强的,而且对作用物几乎无选择性。1.3光催化材料在光催化反应中，半导体金属氧化物和硫化物是被广泛使用的两种催化剂。光催化性质是这些半导体的独特性能之一。常用的半导体型金属氧化物有TiO2、ZnO、Zr
4、O2、WO3和CdO，硫化物有CdS和ZnS。这些n型半导体材料由于其特殊的电子结构，具有合适的能带结构，可作为敏化剂来进行光诱导氧化还原反应。当有能量大于禁带宽度的光照射时其价带上的电子（e-）被激发跃迁至导带，在价带上留下相应的空穴h+），产生光生电子-空穴对。2.二氧化钛光催化材料优点：半导体金属氧化物TiO2虽然具有化学稳定性高、耐腐蚀、氧化还原电位高、被激发产生的光生电子-空穴对具有很高的氧化还原能力，光催化反应驱动力大，加之安全无毒、成本低的特点缺点：（1）大多数半导体光催化剂带隙较
5、宽，光吸收波长只能在波长小于400nm的紫外光区域，尚达不到照射到地面太阳光总能量的4％，太阳能利用效率偏低；（2）光生载流子(和)很容易重新复合，量子产率偏低（不到4%），而较低的量子产率是制约光催化技术大规模工业化的主要原因。二氧化钛的理化性质二氧化钛，白色固体或粉末状的两性氧化物，是最好的白色颜料，俗称钛白。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛
6、分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。介电常数：由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。在测定二氧化钛的某些物理性质时，要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。例如，金红石型的介电常数，随晶体的方向不同而不同，当与C轴相平行时，测得的介电常数为180，与此轴呈直角时为90，其粉末平均值为114。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低只有4
7、8。电导率：二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加，而且对缺氧也非常敏感。例如，金红石型二氧化钛在20℃时还是电绝缘体，但加热到420℃时，它的电导率增加了107倍。稍微减少氧含量，对它的电导率会有特殊的影响，按化学组成的二氧化钛(TiO2)电导率<10-10s/cm，而TiO1.9995的电导率只有10-1s/cm。金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性，生产陶瓷电容器等电子元器件。硬度：按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化钛为6
8、~6.5，锐钛型二氧化钛为5.5~6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。熔点和沸点：由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点(1830土15)℃、富氧中的熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为(3200±300)K，在此高温下二氧化钛稍有挥发性。吸湿性:二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型较锐钛
