光催化专题知识专业知识讲座课件.ppt

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1、本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,纳米,TiO,2,光催化剂简介,?,纳米,TiO,2,光催化剂的制备,?,纳米,TiO,2,光催化剂的表征,?,纳米,TiO,2,光催化剂的应用,?,总结,主要内容,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,纳米,TiO,2,光催化剂简介,?,什么是多相光催化剂？,多相光催化,是指在有光参与的情况下，发生在催化剂及表面吸附物（如,H,2,O,，,O,2,分子和被分解物等）多相之间的一种光化学反应。,光催化反应是光和物质之间

2、相互作用的多种方式之一，是光反应和催化反应,的融合，是光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。,纳米,TiO,2,是一种新型的无机金属氧化物材料，它是一种,N,型半导体材料,，由,于具有较大的比表面积和合适的禁带宽度，因此具有光催化氧化降解一些化合物,的能力，纳米,TiO,2,具有优异的光催化活性，并且价格便宜，无毒无害等优点因此,被广泛的应用。,纳米,TiO,2,粉体,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,半导体是指电导率在金属电导率（约,104106,/cm,),和电,介质电导率（,1-10,/cm),之间的物质，一般的它的禁

3、带宽,度,Eg,小于,3eV,。,半导体的能带结构,导带,价带,禁带,E,g,3eV,掺杂半导体,N,型半导体,（正电荷中心起提供电子的作用，,依靠自由电子进行导电）,P,型半导体（负电荷中心起提供电子的作用，,依靠空穴进行导电）,半导体,本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带中不存在,半导体电子的状态,即缺陷能级,),本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,实际半导体中，由于半导体材料中不可避免地存在杂质和各,类缺陷，使电子和空穴束缚在其周围，成为捕获电子和空穴的陷,阱，产生局域化的电子态，在禁带中引入相应电子态的能级。,

4、N,型半导体的缺陷能级,E,d,靠近导带，,P,型半导体的,E,a,靠近价带。,E,c,E,d,E,v,价带,E,c,E,a,E,v,导带,价带,导带,P,型半导体的能级,N,型半导体的能级,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,C:Documents and SettingsAdministrator,桌,面,03_02_07_1.swf,P,型半导体中电子转移示意图,N,型半导体中电子转移示意图,C:Documents and SettingsAdministrator,桌面,03_02_08_1.Mpeg.swf,PN,节

5、,C:Documents and SettingsAdministrator,桌面,03_02_09_1.swf,C:Documents and SettingsAdministrator,桌面,03_02_09_2.swf,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,为什么要用纳米半导体光催化剂？,（,量子限域效应,）,大的半导体粒子和微粒（分子簇）的空间电子状态,粒子半导体,E,0,/,团簇,非定域分子轨道,非定域分子轨道,直径,导带,价带,距离,浅陷阱,深陷阱,/,表面态,深陷阱,深陷阱,表面态,（,表面界面效应,）,本文档

6、所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,LUMO,HOMO,?,?,?,?,原子,轨道,分子,轨道,簇物,量子化,粒子,半导体,N=1,N=2,N=10,N=2000,N2000,能,量,导,带,价,带,半导体能带宽度与粒子大小,N(?),的关系示意图,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（,pH = 0,）,-1,0,1,2,3,4,TiO,2,W,O,3,ZnO,3,.,2,3,.,0,3,2,.,8,SnO,2,3,.,

7、8,ZnS,3,.,6,CdS,2,.,4,Fe,2,O,3,2,.,2,E,NHE,H,+,/H,2,O,2,/H,2,O,.,SrTiO,3,3,.,2,1,.,1,Si,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,常见的光催化材料,photocatalyst,E,bg,（,eV,）,photocatalyst,E,bg,（,eV,）,Si,1.1,ZnO,3.2,TiO,2,（,Rutile),3.0,TiO,2,(Anatase),3.2,WO,3,2.7,CdS,2.4,ZnS,3.7,SnO,2,3.8,SiC,3.0

8、,CdSe,1.7,Fe,2,O,3,2.2,-Fe,2,O,3,3.1,ZnO,在水中不稳定，会在,粒子表面生成,Zn(OH),2,铁的氧化物会发生阴极光腐蚀,金属硫化物在水溶液中不稳定，,会发生阳极光腐蚀，且有毒！,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,光催化技术的发展历史,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,TiO,2,光催化剂的优点,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,TiO

9、,2,的结构与性质,Ti,O,TiO,6,金红石型,锐钛矿型,TiO,2,晶型结构示意图,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,Crystal,structures,Relative,density,Type of,lattice,Lattice,constant,Lengths of,Ti-O bond,/nm,Eg/eV,a,c,anatase,3.84,Tetragona,l system,5.27,9.37,0.195,3.2,rutile,4.22,Tetragona,l system,9.05,5.8,0.199,3

10、,brookite,4.13,Rhombic,system,?,TiO,2,晶体的基本物性,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,锐钛矿相和金红石相,TiO,2,的能带结构,CB/e,-,VB/h,+,CB/e,-,3.2eV,3.0eV,VB/h,+,0.2eV,?,两者的价带位置相同，光生,空穴具用相同的氧化能力,;,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,-,空穴的分离效率,本文档所提供的信息

11、仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,TiO,2,光催化材料的特性,研究方向：,TiO,2,改性，提高太阳能的转化率及光催化,效率,TiO,2,是当前最具有应用潜力的光催化剂,优缺点,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,TiO,2,光催化剂的催化机理,半导体的能带结构,半导体存在一系列的满带，最上面的满带成为价带,（,valence band,，,VB,）存在一系列的空带，最下面的空带称,为导带（,conduction band,，,CB,）；价带和导带之间为禁带。,当用

12、能量等与或大于禁带宽度（,E,g,）的光照射时，半导,体价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相,应的空穴，这样就在半导体内部生成电子（,e,-,）,空穴（,h,+,）,对。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,半导体价带的光激发,固体中的光激发和脱激过程,空气和溶液,中通常是氧,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,光生电子,空穴对的氧化还原机理,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站

13、删除。,?,TiO,2,光催化主要反应步骤,hv,H,+,VB,E,-,CB,复,合,价带空穴诱发氧化反应,捕获价带空穴生成,Titanol,基团,导带电子诱发还原反应,捕获导带电子生成,Ti,3+,TiO,2,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,e,-,h,+,O,x,-,Red+ CO,2,Cl,H,+,H,2,O,Red,Ti,Ti,HO,TiO,2,光催化反应基本原理及主要基元反应步骤,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,光催化反应类型,?,反应物

14、被光激发后，在催化剂作用下引起的催化反应,：,?,由激发的催化剂,K*,所引起的催化反应,?,催化剂和反应物有很强的相互作用，如生成配合物，后者再经激发进,行的催化反应,?,在经多次激发后的催化剂作用下引发的催化反应,?,光催化氧化,-,还原反应,A,+,h,v,A,*,A,*,+,K,(,A,K,),*,B,+,K,K,+,h,v,K,*,K,*,+,A,(,A,K,),*,B,+,K,A,+,A,K,A,K,+,h,v,(,A,K,),*,B,+,K,K,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,TiO,2,光催化活性的光催

15、化的影响因素,?,TiO,2,晶体结构的影响,在,TiO,2,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：,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,TiO,2,表面结构的影响,光催化过程主要在催化剂表面发生，对于单纯的,TiO,2,光催化,剂，影响其光催化剂，影响其光催化活性的表面性质如下：,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,催化剂颗粒直径的影响,催化剂粒子的粒径越小，单位质量的粒子数越多，比表面积越,大，催化活性越高；但比表

16、面积的增大，意味着复合中心的增多，,如果当复合反应起主导作用的时候，粒径的减小会导致活性的降低,当粒径在,110nm,级时会产生量子效应,半导体禁带明显变宽，电子,空穴对的氧,化能力增强,半导体电荷迁移速率增加，电子与空穴的,复合几率降低,活性增大,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,溶液,pH,值的影响,TiO,2,在水中的零电点（电荷为零的点）为,pH=6.25,当溶液,pH,值较低时，,TiO,2,表面质子化，带正电,荷，有利于光生电子向表面迁移,当溶液,pH,值较高时，由于,OH,-,的存在，,TiO,2,表,面带

17、负电荷，有利于光生空穴向表面迁移,对于不同的物质光催化降解有不同的最佳,pH,值，而且对于降解,的影响非常显著,实践证明，在,pH=39,时，,TiO,2,通常具有较好的催化活性,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,温度的影响,1,.,当氧的分压较高（如,P,O,2,=101325Pa,），底物,S,的浓度较低,时，温度对催化剂表面氧的吸附数量影响不大，温度效应取决,于温度对有机物氧化速率的影响,2,.,当氧的分压较低（如,P,O,2,5066.25Pa,），底物,S,的浓度较高,（大于,10,-3,mol/dm,-3,)

18、,时。温度效应取决于温度对有机底物和氧,吸附性能的影响,?,其他影响因素,除了前面提过的影响因素外，外加氧化剂、光源、,光强、反应液中的盐等外界条件都可以对,TiO,2,的光,催化活性产生一定的影响。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,提高,TiO,2,光催化活性的途径,目前的,TiO,2,光催化剂存在两个问题,：,量子效率低,太阳能利用率低,解决方法：,?,贵金属沉积,?,复合半导体,?,离子掺杂修饰,?,表面光敏化,?,表面还原处理,?,表面鳌合及衍生作用,?,超强酸化,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依

19、据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,贵金属沉积,沉积,Ag,后的,TiO,2,光催化性能,光生电子在,Ag,岛上富集，光,生空穴向,TiO,2,晶,粒表面迁移，这,样行成的微电池,促进了光生电子,和空穴的分离，,提高了光催化效,率。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,复合半导体,偶合型复合半导体电荷分离示意图,SnO,2,TiO,2,电子转移过程示意图,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,包覆型复合半导体电荷分离示意图,hv,S

20、nO,2,hv,CB,VB,VB,TiO,2,A,A,+,SnO,2,TiO,2,电子转移示意图,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,离子掺杂修饰,掺杂离子提高,TiO,2,光催化效率的机制可以概括为以下几个方面：,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,氮掺杂的二氧化钛带隙结构,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,表面光敏化,S*,S,hv,CB,VB,一,A,VB,CB,CB,VB,A

21、,S,A,S,一,光敏化的作用机理,敏化剂激发后电子转移,电子转移给受体,催化剂再生,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,表面还原处理,一方面，随着,TiO,2,表面,Ti,3+,位的增多，,TiO,2,的费米能级,升高，界面势垒增大，减少了电子在表面的积累及与,空穴的进一步复合,另一方面，在,TiO,2,表面，,Ti,3+,通过吸附分子氧，也形成,了捕获光生电子的部位,对于,TiO,2,光催化反应，电子向分子氧的转移是光催化氧化反,应的速度限制步骤，故表面,Ti,3,+,数量越多，越有利于电子向分子氧,的转移。,本文档所

22、提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,表面螯合及衍生作用,表面衍生作用及金属氧化,物在,TiO,2,表面的螯合可进一步改善界面电子,传递效果，进而影响,TiO,2,光催化活性。,1.,可有效延长光生电子,-,空穴的复合,时间。,2.,能造成光催化剂,TiO,2,的导带向更负方向移动。,?,超强酸化,增强催化剂表面酸性是提高光催化效率的一条新途径。,一方面，通过二氧化钛的,SO,4,2-,表面修饰（超强酸化），是催化剂结构明,显改善，有效地抑制了晶相转变，使得具有高光催化本证活性的锐钛矿含量,增加、晶粒度变小、比表面积增大、表面氧缺陷

23、位增加。,另一方面，,SO,4,2-,/TiO,2,超强酸催化剂表面由于受到,SO,4,2-,诱导的相邻,L,酸中,心和,B,酸中心组成了基团协同作用的超强酸中心增大了表面酸量及氧的吸附,量。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,纳米,TiO,2,的制备及表征,二,氧,化,钛,合,成,物理法,化学法,机械粉碎法,液相法,气相法,液相沉淀法,溶胶,-,凝胶法,醇盐水解法,微乳液法,水热法,TiCl,4,氢氧焰水解法,TiCl,4,气相氧化法,钛醇盐气相氧化法,钛醇盐气相水解法,钛醇盐气相热解法,本文档所提供的信息仅供参考之用

24、，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,制备方法,优点,不足,液相沉淀法,粒径小，原料便宜易得,工艺流程长、废液多、,产物损失较大，纯度,低,溶胶,-,凝胶法,粒径小，分布窄，晶型为锐,钛矿型，纯度高，热稳定性,好,有机溶剂来控制水解,速度，致使成本较高,醇盐水解法,常温进行，设备简单，能耗,少，纯度高,大量有机溶剂来控制,水解速度,致使成本较,高,微乳液法,可有效控制,TiO,2,颗粒的尺寸,易团聚,水热法,晶粒完整，粒径小，分布均,匀，原料要求不高，成本相,对较低,反应条件为高温、高,压，材质要求高,?,液相法,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学

25、依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,液相沉淀法,传统的方法（前躯体：,TiCl,4,Ti(SO,4,),2,）,改进后的方法,(,前躯体：,TiOCl,2,不加碱性沉淀剂,),TiOCl,2,水溶液,白色晶型沉淀,白色晶型沉淀,加热干燥,加热干燥,金红石型纳,米,TiO,2,粉体,锐钛矿型纳,米,TiO,2,粉体,无定形的,Ti(OH),4,TiCl,4,或,Ti(SO,4,),2,过,滤,洗涤,干燥,600,煅烧,锐钛矿,型,TiO,2,800煅烧,金红石,型,TiO,2,氨水,NaOH,(NH4),2,CO,3,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，

26、请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,溶胶,-,凝胶法,(Sol-Gel),(,前驱体,(TNB),混合液,均匀混合液,均匀混合液,黄色晶体,钛酸丁酯,抑制剂,加入总醇量,2/3,的醇,缓慢滴加,1/3,醇,+,水,搅拌,滴加盐酸,测,pH,值,真空干燥,(ACAC,，,HAc),白色纳米,TiO,2,粉末,Sol-Gel,法制备,TiO,2,的工艺流程,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,My Own Methods,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本

27、人或网站删除。,Improvement of the experiment,10mlTNB,7mlC,2,H,5,OH,+,A,7mlC,2,H,5,OH,+,1.08mlH,2,O,+,1mlHAc,A,40,Stirring, use HCl adjust pH to 2,Add,B,2-,3drop/s,Yellow gel,100,1h,500,5h,White TiO,2,powder,XRD,B,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,醇盐水解沉淀法,(,前驱体,(TNB),钛酸丁酯,醇,混,合,混合,水,酸,醇,

28、水解,陈化,真空干燥,煅烧,纳米级,TiO,2,醇盐水解法合成,TiO,2,的工艺流程图,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,水热法,1.,前驱体,:,（,TNB , NaOH,调整,pH),3ml TNB,15ml C,2,H,5,OH,A,NaOH,pH=5,6,8,10,12,B,Hydrothermal reactor,180,，,5h,Cool,Centrifugal,Lavation,Drying,TiO,2,powder,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本

29、人或网站删除。,2.,前驱体,:TNB,尿素水解,3ml TNB,5mlC,2,H,5,OH,CO(NH,2,),2,10ml C,2,H,5,OH,A,B,Stirring,C,Hydrothermal reactor,Cool,Centrifugal,Lavation,Drying,TiO,2,powder,80,4h;180,4h,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,3.,前驱体,:TiCl,4,，,NaOH,调整,pH,2mTiCl,4,10mlC,2,H,5,OH,A,NaOH,1,3,5,7ml,B,Hydroth

30、ermal reactor,White TiO,2,powe,r,Centrifugal,Lavation,Drying,Cool,180,8h,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,微乳液法,前驱体,:TiCl,4,NaOH,，,HCl,调整,pH,混,合,超,声,透明溶液,A,混,合,超,声,透明溶液,B,混合,调整,pH,反应釜,180,8h,冷却,离心,粉末,16.8ml,正庚烷,2.7ml,正己醇,1.5g CTAB 1.8 ml TiCl,4,溶液,16.8ml,正庚烷,1.5gCTAB 2.7ml,正己醇,B,

31、反应釜,8h,离心,16.8ml,正庚烷,2.7ml,正己醇,1.5g CTAB 1.8 ml TiCl,4,溶液,16.8ml,正庚烷,1.5gCTAB 2.7ml,正己醇,洗涤,干燥,白色,TiO2,混,合,超,声,透明溶液,A,混,合,超,声,透明溶液,混合,调整,pH,180,冷却,16.8ml,正庚烷,2.7ml,正己醇,1.5g CTAB 1.8 ml TiCl,4,溶液,16.8ml,正庚烷,1.5gCTAB 2.7ml,正己醇,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,小结：,通过对各种方法制备出的纳米,TiO,2,

32、对比，发现采用溶胶,凝胶法制备的纳米,TiO,2,具有粒径小，分布窄，晶型为锐钛矿,型，纯度高，热稳定性好，产率较高等优点，是一种非常具,有发展潜力的合成方法。是有可能应用于工业生产的合成纳,米材料的方法。我们采用溶胶凝胶法，合成了一系列的掺杂,型纳米,TiO,2,，并对其进行了负载，测定了光催化性能，得到,了很好的结果。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,掺杂型纳米,TiO,2,的制备,5mlTiCl,4,(1mol/L),NaOH,180,8h,Hydrothermal reactor,Centrifugal,Lav

33、ation,drying,Purple powder,Cool,White,precipitation,NaOH,No white,precipitation,6.8mlHAuCl,4,?,水热法,（掺杂,Au,）,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,微乳液法,（掺稀土元素）,混,合,超,声,透明溶液,A,混,合,超,声,透明溶液,B,混合,调整,pH,反应釜,180,8h,冷却,离心,洗涤,干燥,白色,TiO2,粉末,16.7ml,正庚烷,2.7ml,正己醇,2.3g CTAB 10.8 ml TiCl,4,16.7ml

34、,正庚烷,2.3gCTAB 2.7ml,正己醇,混,合,超,声,透明溶液,A,混,合,超,声,透明溶液,B,混合,调整,pH,反应釜,180,8h,冷却,16.8ml,正庚烷,2.7ml,正己醇,1.5CTAB 1.8 ml TiCl,4,16.8ml,正庚烷,1.5 g CTAB 2.7ml,正己醇,稀土硝,酸盐,+,盐酸,超声,盐溶液,溶解,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,溶胶,-,凝胶法,(,掺杂过渡金属,),MCl,n,HCl,少量,C,2,H,5,OH,超声,溶解,澄清溶液,HAc+H,2,O,TNB,加热,

35、搅拌,黄色胶体,C,2,H,5,OH,黄色溶胶,陈化,凝胶,500,8h,掺杂型纳米,Ti,O,2,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,纳米,TiO,2,光催化剂的负载,由于粉体的纳米,TiO,2,过程中存在着使用和回收,不便的问题，在实际的应用中很难利用，因此需要,对,TiO,2,进行负载，以便在实际中得到很好的应用。,我们采用浸渍法、层层组装的方法对纳米,TiO,2,进行,了负载，分别在石棉绳、玻璃纤维、沸石、分子筛,上进行了负载并测试了对甲醛的降解效率，得到了,较好的结果。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科

36、学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,浸渍法,（载体为石棉绳、沸石、分子筛）,石棉绳,沸石,分子筛,100,干燥,纳米,TiO,2,溶胶,浸泡,2h,除乙醇,灼,烧,600,8,h,负载型纳,米,TiO,2,催化性能,测定,24h,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,层层自组装法,（载体为玻璃纤维布）,1.,玻璃纤维布的前处理,玻璃纤维布,1%SDS,溶液,15min,H,2,O,5min,1%HCl,溶液,80,，,30min,H,2,O,5min,带负电荷的,玻璃纤维布,1%,的,PDDA,

37、溶液,15min,H,2,O,5min,带正电的玻璃,纤维布,聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,2.,层层自组装进行负载,将处理好的玻璃纤维布依次浸于的,PSS,溶液中,15min,、水中,5min,、,TiO,2,悬浊液中,15min,、水中,5min,，如此重复,10,次，再在高,温下烧结，可测得平均每平方米的玻璃纤维可负载光催化剂,I0.5g,处理好的玻,璃纤维布,1%,的,PSS,溶液,H,2,O,1%,的,TiO,2,溶液,H,2,O,15min,5min,15min,5min,聚苯乙烯磺

38、酸钠,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,“,From Self-Organizing Polymers to Nanohybrid and Biomaterials,”,Stephan,F?,rster and Thomas Plantenberg , Angew. Chem., Int. Ed., 2002, 41, 688.,Order structure,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,纳米,TiO,2,光催化剂的表征,10,20,30,40,

39、50,60,70,80,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,600,650,700,750,800,I,n,t,e,n,s,i,t,y,/,a,.,u,.,2,?,degree,Ti(OR),4,/H,2,O=1:1(Mole ratio),400,Ti(OR),4,/H,2,O=1:2(Mole ratio),600,Ti(OR),4,/H,2,O=1:5(Mole ratio),600,Ti(OR),4,/H,2,O=1:10(Mole ratio),500,XRD,溶胶,-,凝胶法,锐钛矿：,25.3,0,，,37.8,0,和,48.

40、1,0,金红石：,27.5,0,，,36.1,0,和,44.1,0,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,10,20,30,40,50,60,70,80,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,600,650,FWHM=0.368,FWHM=0.270,FWHM=0.248,I,n,t,e,n,s,i,t,y,/,a,.,u,.,2,?,?,degree,?,without,metal ions,Zn,2+,Fe,3+,Sn,2+,FWHM=0.296,本文档所提供的信息仅供参考

41、之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,TEM,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,水热法,10,20,30,40,50,60,70,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,I,n,t,e,n,s,i,t,y,/,a,.,u,.,2,?,degree,pH=5,pH=6,pH=8,pH=10,pH=12,FWHM=0.564,XRD,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,60,TEM,本文档

42、所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,晶粒直径计算（,pH=6,）,B,B,K,t,?,?,cos,?,?,?,Scherrers Formula,K =0.89,= 0.154178nm,B = 0.564*,/180 = 0.00984,t = 0.89*,/ (B Cos,B,),= 0.89* 0.154178nm / 0.00984 * Cos (25.337/2) ,= 13.9nm,K,：谢乐常数,B,：衍射峰值半高宽

43、的宽,化程度,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,TiO,2,:10% Sn,的,TEM,图,TiO,2,:10% Sn,的,EDS,图,溶胶,-,凝胶法,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,TiO,2,:10% Pd,的,TEM,图,TiO,2,:10% Pd,的,EDS,图,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,催化性能的测试（,降解苯酚）,0,30,60,90,120,150,180,

44、210,0,5,10,15,20,25,Undoped TiO,2,2% Cr/TiO,2,10% Pd/TiO,2,10% RE/TiO,2,C,o,n,c,e,n,t,r,a,t,i,o,n,/,m,g,/,L,Time / min,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,降解甲醛,（分子筛负载）,15,20,25,30,otocatalyst I at different times,t/h,5,10,15,20,25,30,50,60,70,80,90,100,Degradation of formaldehyde b

45、y,photocatalyst I at different times,D,e,g,r,a,d,a,t,i,o,n,e,f,f,i,c,i,e,n,c,y,/,%,t/h,figure 4.3,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,纳米,TiO,2,的应用,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,环保方面的应用,A .,无机污染物的光催化氧化还原,光催化

46、能够解决,Cr,6+,、,Hg,2+,、,Pd,2+,等重金属离子的污染,光催化还可分解转化其它无机污染物，如,CN,-,、,NO,2,-,、,H,2,S,、,SO,2,、,NOx,等,B.,机化合物的光催化降解,有机物,催化剂,光源,光解产物,烃,TiO,2,紫外,CO,2,，,H,2,O,卤代烃,TiO,2,紫外,HCl,，,CO,2,，,H,2,O,羧酸,TiO,2,紫外，氙灯,CO,，,H,2,，烷烃，醇，,酮酸,表面活性剂,TiO,2,日光灯,CO,2,，,SO,3,2-,染料,TiO,2,紫外,CO,2,，,H,2,O,，无机离子，,中间物,含氮有机物,TiO,2,紫外,CO,3,

47、2-,，,NO,3,-,，,NH,4+,，,PO,4,3-,，,F,-,等,有机磷杀虫剂,TiO,2,紫外，太阳光,Cr,，,PO,4,3-,，,CO,2,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,卫生保健方面的应用,灭杀细菌和病毒,可以用与生活用水的杀菌消毒；负载,TiO,2,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。,TiO,2,光催化剂杀菌的特点,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,使某些癌细胞失活,TiO,2,表面修饰

48、血卟啉（,Hp,，,hematioporphyrin,），通过有选择地局部或局,域注射微粒到瘤内，随后用光导纤维传导紫外光集中照射瘤组织体，光激发,TiO,2,颗粒表面生成强活性的反应氧类（,OH,和,H,2,O,2,）直接渗透进入瘤组织体，,而杀死瘤组织体内的恶性细胞,TiO,2,粉体,癌细胞,光纤,人眼,紫外光,Fujishaima,等设计的癌细胞光催化杀灭治疗装置,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,光照前,光照后,在小鼠的癌变部位注入纳米,TiO,2,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有

49、不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,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,防雾作用,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,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的强氧,化能力和超亲水性，可以实现表面自清洁。,TiO,2,薄膜,有机污垢,无机污垢,CO,2,H,2,O,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有

50、不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,光催化合成反应,(1),还原氢转移反应,(2),还原羧酸化反应,(3),氧化反应,(4),复合氧化还原反应,R,C,O,O,H,+,2,A,g,F,R,F,+,C,O,2,+,2,A,g,+,H,F,T,i,O,2,光,照,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不,当之处，请联系本人或网站删除。,?,防晒油、化妆品的应用,太阳光包含光的各种波长，有可见光、红外光、和紫外,光。对人体伤害的是紫外光, 300,400nm,之间。所以在防晒,油、化妆品中加入纳米,TiO,2,，一定粒度的锐钛矿型,TiO,2,具有,优良的紫外线屏蔽