可见光光触媒(纳米二氧化钛)的制备

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1、成果名称：可见光光触媒（纳米二氧化钛）的制备光电催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。它利用半导体氧化物材料在光照下表面能受激活化的特性,利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应,比较经济；光催化剂TiO2自身无毒、无害、无腐蚀性,可反复使用;可将有机污染物完全矿化成H2O和无机离子,无二次污染，所以有着传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的诱人魅力,是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。虽然在T

2、iO2纳米半导体光催化的理论和应用方面，人们已作了大量研究，并且在环境污染物的治理方面已有产品和设备问世。但目前在光催化体系的研究中仍存在许多理论和技术问题没有得到解决，TiO2纳米半导体光催化在环境污染物的实际治理应用方面还没有实现大规模的工业应用。存在的主要问题及其未来的发展方向主要体现在：首先是提高光催化剂活性，这也是众多科技工作者多年来一直追求的目标，并且已经取得了重要的成果。其次扩展催化剂的光反应范围也是目前研究的热门和未来的一大发展方向。通常TiO2只能被波长小于387.5nm的近紫外

3、光激发，而照射到地球表面的太阳光只有5%能达到该要求。为了更充分利用廉价、绿色的太阳光，降低能耗，研制对可见光有活性的新催化剂，具有重要的实际意义。再者催化剂的现有制备方法及制备条件苛刻，工艺设备复杂，成本高，在一定程度上影响了催化剂的推广与应用。为了扩展催化剂的光谱范围，人们积极对TiO2进行改性，利用能隙不同但又相近的两种半导体之间光生载流子的输送与分离有效的提高催化剂的光催化活性，制备出复合半导体如TiO2/SnO2、TiO2/SiO2、TiO2/ZrO2、Ln2O3/TiO2、TiO2/A

4、l2O3、ZnO/TiO2等，对光催化剂进行非金属掺杂也可将催化剂的激发范围扩展到可见光区，如制备单一的碳掺杂或氮掺杂都可以改变二氧化钛的光谱响应范围，但其制备方法条件苛刻，操作复杂，处理时间太长，制备温度高，耗时耗能，价格昂贵，极大地影响了纳米二氧化钛的推广应用。河南工业大学李道荣教授利用不同温度下介质的溶解度的差异，以无机钛为原料，一次制备同时掺氮掺碳的可见光光触媒（纳米二氧化钛）。该项目在河南华荣环保科技有限公司通过中试，产品在紫外及可见光区均有很强的吸收，且吸收带大幅度红移，带隙能降低。在

5、自然光下即可分解甲醛等有害污染物，并具有很强的杀菌消毒功能。产品用途广泛，预期经济、社会效益良好。一、该项目研究的目的意义3近年来，半导体多相光电催化作为一项新的污染治理技术，日益受到重视。它在废水处理中的应用潜力，已有许多文献报道。大量研究证实，染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等都能有效地进行光催化反应，脱色、去毒，矿化为无机小分子物质，从而消除对环境的污染。目前，光催化消除和降解污染物成为其中最为活跃的一个研究方向。虽然在TiO2纳米半导体光电催化的理论和应用方面，人们已作了大

6、量研究，并且在环境污染物的治理方面已有产品和设备问世。例如，研制出的TiO2薄膜；含TiO2的纸；自清洁含TiO2镀层玻璃灯罩；用于水处理的流型光反应器等等。但目前在光电催化体系的研究中仍存在许多理论和技术问题没有得到解决，正因如此，目前TiO2纳米半导体光电催化在环境污染物的实际治理应用方面还没有实现大规模的工业应用。存在的主要问题及其未来的发展方向主要体现在：首先，是提高光催化剂活性，这也是众多科技工作者多年来一直追求的目标。其次，扩展催化剂的光反应范围也是目前研究的热门和未来的一大发展方向。

7、通常TiO2只能被波长小于387.5nm的近紫外光激发，而照射到地球表面的太阳光只有5%能达到该要求。为了更充分利用廉价、绿色的太阳光，降低能耗，研制对可见光有活性的新催化剂，具有重要的实际意义。再者，催化剂的现有制备方法及制备条件苛刻，工艺设备复杂，成本高，在一定程度上影响了催化剂的推广与应用。二氧化钛（TiO2）由于具有优异的光化学性能，且稳定性好，无毒和成本低等特点，作为光电催化材料得到了深入的研究。但其禁带（3.2eV）较宽，可见光响应差，只有波长小于387.5nm的紫外光才能使其激发产生

8、光生电子－空穴对，因而其太阳能利用率低（约3～5%）。如何提高可见光催化效率和量子效率是TiO2光电催化研究的重要课题。为了扩展催化剂的光谱范围，人们积极对TiO2进行改性，利用能隙不同但又相近的两种半导体之间光生载流子的输送与分离有效的提高催化剂的光催化活性，主要有贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、有机染料光敏化催化等。制备出复合半导体如TiO2/SnO2、TiO2/SiO2、TiO2/ZrO2、Ln2O3/TiO2、TiO2-Al2O3、ZnO/TiO2。其中离子掺杂是以物理或