晶态有序介孔tio2的合成及其光催化性能研究

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1、第一章前言孓aMj心九o----——=——————————一刍+nb2刀d2Md其中肚盼裔+2L％／式中，S为散射系数，兄是入射波波长，a是与物质有关的常数，d是粒径，np为分散质折射率，Ilb为分散介质折射率，可见粒径是影响Ti02散射紫外线能力的重要因素之一，它在很大程度上决定纳米Ti02的紫外线屏蔽能力，散射紫外线的最佳粒径为60到120nm。近年来由于大气臭氧层的破坏，到达地面的紫外线强度日益增强，越来越多高级的防晒化妆品中都添加了无毒无味、吸收紫外线强的纳米Ti02嗍。Ti02对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等病菌有强杀菌力，用于医院手术台、墙壁和浴缸瓷砖等，能起到灭菌、除

2、臭、防污、自洁作用‘91，被称为“光洁净革命”。特别要提到的是，有研究表明‘10】纳米Ti02能加强过氧化歧化酶(SOD)催化02"转变为H202的能力，有效地提高了癌症患者化疗时SOD的作用，为癌症患者开启一扇希望之门。Ti02的半导体性质还被广泛地用作导电涂料、导电塑料、电流变液材料、复印纸、电磁波吸收、气敏传感器和湿度传感器【11-13]。作为一种无毒无害、稳定性好、催化效率高的光催化剂，Ti02通过催化降解环境中的有机污染物，从而消除有机物对环境的污染。Ti02能降解水中的卤代脂肪烃、染料、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂等，主要应用于处理废水，净

3、化空气，回收贵金属。1．1．3Ti02光催化活性及其影响因素Ti02作为典型的n型半导体材料，禁带宽度较宽，其中锐钛矿型为3．3eV，金红石型为3．1eV，当它吸收了波长小于或等于387．5nm的光子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+(反应式1)。反应历程如下列式子来表示：第一章前言乃02+hvo乃02+h++e—Q+e一专q—oH一七h★岭．oHHp+h^专·OH+H^hvf+ecijN+energy．(反应式1)(反应式2)(反应式3)(反应式4)(反应式5)吸附在Ti02表面的氧(反应式2)俘获电子形成·02‘，而空穴则将

4、吸附在Ti02表面的OH-(反应式3)和H20(反应式4)氧化成具有强氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基都有很强的化学活性，能氧化降解大多数有机污染物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直接氧化分解。这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时起作用，对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度有所不同。处于激发态的光生电子．空穴对有两种可能的路径，一种是参与光催化反应，即空穴夺取表面被吸附物质或溶剂的电子，使得原来不吸收的物质被氧化，而电子则被表面电子受体捕获，使电子受体发生还原反应；另一种是光生电子．空穴对会发生复合(反应式5)，产生的能量

5、以热的形式散发。二氧化钛作为光催化剂，影响其光催化能力的因素主要有：(1)晶型用作光催化的Ti02主要有两种晶型：锐钛矿型和金红石型，普遍的观点是锐钛矿型的催化活性较高，因为锐钛矿型Ti02粒子禁带宽度为3．3eV，而金红石型的Ti02的禁带宽度仅为3．1eV，激发产生的电子．空穴对易复合，从而降低了粒子的催化活性。Sclafanill4】等人认为当热处理温度较高时，金红石型Ti02表面发生不可逆的脱氢反应，表面羟基减少，而Ti02颗粒表面羟基对载流子分离起着至关重要的作用，Tsai[151等人采用不同方法制备锐钛矿型和金红石型Ti02，光催化降解含酚溶液，结果表明Ti02活性与制备方法

6、和煅烧温度有关，在一定条件下金红石型Ti02表现出很高的催化活性。商用纳米Ti02(P25)具有很好的光催化活性，P25型纳米二氧化钛属于混晶型，锐钛矿和金红石的重量比大约为80／20，由于两种结构混杂增大了Ti02晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电4第一章前言子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在Ti02表面的溶液组分(水、氧气、有机物)的能力。两种晶型Ti02的费米能级不同，在两相界面间产生肖特基势垒，可促进电子空穴的转移、分离并迁移，由于两相接触紧密，使得电子空穴分离效率提高，降低了电子空穴复合率，从而提高了光催化活性。(2)晶面和晶格缺陷晶面不同其实就是催化剂原子的暴露面

7、不同，由于不同的晶面原子所处的物理环境差异造成其最终催化性能不同。Yamashita[16】等以C02在H20中的光催化还原反应研究了金红石型单晶Ti02的(110)面和(100)面的光催化活性，结果表明(100)面上甲醇的产率比(1lo)面高得多，而甲烷只在(100)面出现，这是因为(100)面上Ti和O的原子间距相比(1lo)面大，使(100)面具有更大的表面电子密度和更大的几何空间，因而具有更强的还原能力。对于锐钛矿的不同晶面