纳米TiO2光催化材料及其应用.ppt
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1、纳米 TiO2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。,Eg,+,-,Conduction band,Aads,Areduced,A,band gap,Valence band,Dads,D,Dox
2、idized,semiconductor particle,光催化机理,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,光催化剂的纳米尺寸效应,量子
3、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,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,二氧化钛晶体的基本物性,锐钛矿相和金红石相二
4、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,粉体纳米TiO2光催化剂的制备,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,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,NO
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