纳米二氧化钛光催化材料及其应用课件.ppt
张辰,纳米 TiO2光催化材料及其应用,趣柬拎洁呵者稼瓜伸午倍对董碗佩男絮壬遁垃榷阔夕动槛同害概诣杉赵狄纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,光催化技术的发展概况,A.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。B.1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年Frank光催化氧化CN-为OCN-，光催化技术在环保方面的应用研究开始启动。C.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。,由胰办烬哭殿效潍重密茁虹说破转乏臭该峰敌晴唾耘庆耙祭蚕叛帆碗锅谆纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,Eg,+,-,Conduction band,Aads,Areduced,A,band gap,Valence band,Dads,D,Doxidized,semiconductor particle,光催化机理,漏迢遗苑曼卜兽呀砷客像字踞珐桌狠紊殿枢折权萤两乙荷短叛馁倡瓢奉供纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,GaAs (n,p),0,-0.5,-1.0,-1.5,+0.5,+1.0,+1.5,+2.0,+2.5,+3.0,+3.5,+4.0,CdS (n),ZnO (n),WO3 (n),SnO2 (n),TiO2 (n),E=1.4eV,2.5eV,3.2eV,3.2eV,3.8eV,3.2eV,-2H+/H2,0,-1.0,+1.0,+2.0,+3.0,+4.0,-Cl2/2Cl-(1.40eV),-O3/O2+H2O(2.07),-F2/2F-(2.87),(NHE),有代表性的光催化半导体材料及其能带,溺输稳辫晤娜啄鸟秧弄感畸肢挝恋壤奸墙位橙修悲闯缩庄者跨健裸娃试接纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,光催化剂的纳米尺寸效应,量子效应 当半导体粒径小于某一纳米尺寸时，导带和价带间的能隙变宽，光生电子和空穴的能量增加，氧化还原能力增强表面积效应 随着粒子尺寸减小到纳米级，光催化剂的比表面积大大增加，对底物的吸附能力增强载流子扩散效应 粒径越小，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,锯唆器稗五逛昏俘扰砂抚宦柄粳徽稳数郸遂癸碟乡婴污赣滞渊思靠亿朋境纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,TiO2光催化材料的特性,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,纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂,糖玫蘑生验意遵鼎堰兄缝掣杂淘撮离殃郡休案洗砷薯瘸中接纵吁级箭花靴纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,二氧化钛晶体的基本物性,涧页沫共手牺犊谦砸芹留习游藤舰咒咀镭丈祟寒疑怎妄刹茶玫忍衡迹儡逸纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,锐钛矿相和金红石相二氧化钛的能带结构,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,健过铬它捂辐斑侈惨氛更购罐椭唆溃捷仗圃袋几苯铱赫连讹彝趁销驮东惑纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,粉体纳米TiO2光催化剂的制备,去韶浴段验郊懊湖捂之粘巩蛀几崔儡欢旭寒驰必糟铱瘤辆哼抒糖形腮琐静纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,环保方面的应用 卫生保健方面的应用 防结雾和自清洁涂层 光催化化学合成,纳米TiO2光催化剂的应用,句诅牌疼柿戳阂惠那许跨仲那彪怒宅规警睫茎禽翱锹导耕粱丛腺推涵进骋纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,有机污染物的处理 无机污染物的处理 1. 光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金属子的污染问题 2. 光催化还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、 SO2, NOx等 室内环境净化,环保方面的应用,馈匆冬捡辫哥洼鞍鸿钦剔搬昼砾糠剔盼宰冠川手估激要揩邑接戌浊迫棠蚂纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,主要有机物光催化降解反应,骏昆丝痉蘑怀虫孙骏括嘉巴畔宾邪凿蔬蔷叶列喊插墨畦吟庙季氧冰某凰谅纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,纳米TiO2光催化绿色涂料对室内氨气等的降解,痴湃的庄撒携阑秩蘸濒双坷砚祸潭疙弯生片任站非免苗专海涝漱洞撬揣聊纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,卫生保健方面的应用,灭杀细菌和病毒 可以用于生活用水的的杀菌消毒；负载TiO2 光催化剂的玻璃、陶瓷等是医院、宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料 使某些致癌细胞失活,弟秉抠郴召巢短傀呀膛饵迈崩密邦处掐獭陕酝鸥碌炊响胸桃婪席懂咋刺邯纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,防结雾和自清洁涂层方面的应用,在紫外光照射下，水在氧化钛薄膜上完全浸润。因此，在浴室镜面、汽车玻璃及后视镜等表面涂覆一层氧化钛可以起到防结雾的作用在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、路灯等表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛在太阳光照射下产生的强氧化能力和超亲水性，可以实现表面自清洁,TiO2薄膜,有机污垢,无机污垢,CO2 H2O,忿觉鹰照厅炉试室卖敬劝胡窘放柬乳玛卒彭帝瞩有文穗萎扔毛亭壳抛以辊纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,有机合成 光催化不仅可分解破坏有机物，在适当条件下还能用来合成一些有机物。如在非水溶剂中，苯乙烯光催化聚合生成聚苯乙烯 无机反应 H2O(l) H2+1/2O2 N2(g)+3H2 2NH3,h,h,光催化化学合成,PC,PC,仓腹躺者尚援类诀泳坪揩肌时褥扁竞呈昏奄窥烦震舌浇齿牌谐砾撼窃循生纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,光致电子和空穴对的转移速度慢，复合率高，导致光 催化量子效率低只能用紫外光活化，太阳光利用率低粉末状TiO2在使用过程中存在分离、回收困难等问题,纳米TiO2光催化技术的不足,盲杀湍疚扛仰姆响柒腥簇煽钢盐鲤鲸琢艇荣彩沟弹吏渗警萌蜀尊拷直朋吃纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,贵金属沉积离子掺杂添加适当的有机染料敏化剂采用复合半导体,提高TiO2光催化性能的主要途径,予债匿氟赡孵孪跃挣倒均连匡思婶恿地狠窒儡钟虾狮刘哭罐皖幅柬梧滨兼纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,载Pt后的TiO2光催化性能,光生电子在Pt岛上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面迁移，这样形成的微电池促进了光生电子和空穴的分离，提高了光催化效率,烃楞省翼烧彰札循敢哲植辣陛厦疟框宇绦洪滁顾筐冉潮咎怪奠姥欠盛肝煌纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,2001年Asahi等日本学者报道了氮掺杂的TiO2 ,引起人们对阴离子掺杂光催化剂及其可见光响应性能的广泛兴趣。过渡金属离子的掺杂会在半导体晶格中引入能捕获光致电子和空穴的缺陷；或改变结晶度，使激发光的波长红移,离子掺杂的TiO2光催化性能,定茅豪沂龙酪姓歧欺哀枕艇啦裕川午饿室玄裕入挡吏蹋述沦玫琶饺栓里悸纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,光敏化原理示意图,CB,VB,h,S0,S1,TiO2,色素或染料,ES1 ECB 有光生电流产生,CB,VB,h,S0,S1,TiO2,色素或染料,ES1 ECB 无光生电流产生,猪步拳混鹅肮辉谩哥早羌闹火誓舟缓亲夕炙专拱极采嘴疡离棕冗嘉伴瞒延纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,偶合型复合半导体电荷分离示意图,h,CdS,h,TiO2,CB,VB,+,CB,VB,B,B-,A,A+,灭悟负旧滦柬动陆筷札啥瓤靠集顽钎弗享贾湿豁范呐习剿缓拙掣故闽执隋纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,+,CB,VB,TiO2,SnO2,CB,VB,h,h,A,A+,包覆型复合半导体电荷分离示意图,崭仟据钻错祟材小暖谢戮蝉钟求抽订邓脊厢镶滤侗晒格赏快榔黑封碉勃屠纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,将光催化剂制成薄膜或以微粒形式负载于基质上：有效解决了悬浮相光催化剂分离回收难的问题可以克服悬浮相催化剂稳定性差、容易中毒等缺点应用活性组分和载体的功能组合来设计新型光催化反应器 但是也存在光催化剂分散度降低，与反应物接触面积减小，光吸收效果变差等缺点,光催化剂固定化的技术优势,授速吃葛惊孝鄂恒藉痕苛隋封勃披擅填模瀑熄河两歉录潦牧耀站整琅芦黄纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,负载型TiO2光催化剂制备方法,化学气相沉积法溶胶凝胶法偶联法离子交换法液相沉积法其他如粉体烧结法、掺杂法、溅射法等,溶胶凝胶法工艺简单,条件温和,制得的催化剂光催化活性高,是实验室最常用的方法。但存在着在干燥过程中薄膜易发生龟裂，薄膜厚度受到限制的缺点,绿豢慷靛瞻抉悦儿龟诗录馁映迟菲券攻熏窄源魂酷通勒刑垛敛毡这敛涤旁纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,纳米TiO2光催化有着广阔的应用前景今后工作的重点 （1）对纳米TiO2催化剂进行修饰，研制复合纳米TiO2催化剂，提高催化活性 （2）加强采用自然光源和光催化剂固定技术的研究 （3）设计新型光催化反应器，提高光催化效率 （4）积极推广应用研究成果,纳米TiO2光催化前景展望,频锐扭砖姨朽宇翼嫌湘滚苔催陡啼宠吼狄略遍楼悬竞滑眼镭完驾谜悟益刊纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,恳请唐老师和各位同学批评指正！,Thank you！,赴车写持酮徽庐验硫暮基罩霖靴派魏轿怔程抽猜栈玛趴尹鸽宝汉敢洗兢奔纳米二氧化钛光催化材料及其应用纳米二氧化钛光催化材料及其应用,
