光催化剂二氧化钛研究现状

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1、光催化剂二氧化钛研究现状王君钊摘要：二氧化钛是当今光催化剂中的主导材料，在国内外得到了广泛的研究，本文介绍了二氧化钛的各种应用及研究现状，包括纳米二氧化钛，二氧化钛复合材料,二氧化钛薄膜以及它们各个的优劣势、前景展望，并论述了二氧化钛矿化有机物的反应机理。关键字：光催化剂；二氧化钛；矿化有机物；薄膜ThestudypresentconditionofphotocatalystofWangJunZhaoAbstract:isthedominantmaterialofthephotocatalyst

2、nowadays.Itissubjectedtoextensiveofresearchinandoutofthecountry.thispaperintroducereaderstotheVariousapplicationoftheandthestudypresentcondition,includingnarice,compoundmaterial，filmandtheirsexcellentbadsituationandtheforegroundprospect.inthemeantime

3、,weexpatiatethereactioncourseofoxidizeorganicmatter.Keywords:photocatalyst;;film光催化氧化法是近20年来迅速发展的一种高级氧化技术，尤其是二氧化钛光催化剂在难降解有机废水的处理，空气净化降解有机污染。综观当今的科研成果，主要集中在纳米二氧化钛，二氧化钛活性碳复合材料吸附以及二氧化钛薄膜等，这些都将要具有广阔的前景。1纳米二氧化钛研究现状及矿化有机物的机理1.1二氧化钛的特性：由于受量子尺寸效应、量子隧道效应、界面效应

4、等影响，纳米二氧化钛具有不同于传统的晶体和非晶体的独特性质（如奇特的微结构以及其光、电、催化等特性）。在纳米尺寸范围内（1-100nm）粒子的结构既不表现为非晶体的无序状态，也不像晶体那样长程有序。纳米二氧化钛的表面原子与总原子个数之比、比表面积、表面晶格缺陷的密度等随尺寸的减小而增大，这更能提高二氧化钛的活性。纳米二氧化钛的导带和价带由块体材料中连续的能带过渡为分立的能级，出现有效禁带宽度（即量子尺寸效应），从而可以使某些难于在体相催化剂上或在缓和条件下进行的有机物矿化得以实现，同时还能提高对

5、某产物的选择性。1.2二氧化钛的微结构：二氧化钛配位数是6，空间结构是八面体型，钛原子都是八面体地被6个几乎等距离的氧原子所配位。而纳米二氧化钛内部微结构几乎与传统的晶体结构基本一致，只有纳米二氧化钛是极少的分子组成点群，每个晶体有包含有限个晶包，晶格点阵发生一定程度的弹性畸变，使空穴和电子不易复合，能提高活性。在光照射下，能在二氧化钛表面纳米区域内形成亲水性及亲油性两相共存的二元纳米界面结构1.3纳米二氧化钛矿化有机物的机理二氧化钛在光照条件下能够进行氧化还原反应，是由于其电子结构特点为一个满

6、的价带和一个空的导带。当光子能量达到或超过其带隙能级时，电子就可以从价带激发到导带上，同时产生相应的空穴，即生成电子-空穴对，对有机污染物进行氧化降解反应。纳米二氧化钛矿化有机物总体过程可表示为如下反应：对总体过程，可分解为五个基本步骤：（1）电荷的产生：因为纳米级二氧化钛的能量是不连续的，价带的纳米和导带的之间存在一个禁带。用作光催化剂的纳米二氧化钛的禁带宽度为3.2ev，当吸收波长小于或等于387.5纳米的光子后，价带中的电子就会被激发到导带上，形成带负电的活性电子，同时在价带上产生带正电的

7、空穴。(2)电荷体的复合：激活态的导带电子和价带空穴能从新合并，使光能以热的形式散发掉，当存在合适的俘获剂或表面缺陷态时，就会在表面发生氧化还原反应，所以光催化剂过程中尽量避免电子——空穴对的重组效应。（3）价带空穴引起的氧化途径的发生光生空穴有很强的氧化能力，可以使电子从被吸附的溶剂分子转移，或从被吸附的底物分子转移，使原来不吸收入射光的物质活化而被氧化。（4）有导带电子引起的还原途径的发生在电子从导带传送给反应物的过程中，分子氧作为电子受体，以过氧阴离子及其质子氧化形式存在着，发生岐化反应，

8、产生过氧化氢，加入的过氧化氢有利于反应速率的提高。（5）羟基自由基矿化有机物羟基自由基是短暂的强氧化剂，能消除氢同时氧化有机物，产生有机自由基，接着在分子氧存在下被氧化成自由基，这些中间体激发热力学链反应进行矿化生成水、二氧化碳和矿化物。通过上述过程产生具有强氧化性的羟基自由基外，在光反应诱导产生的其他活性集团对于有机物的矿化也同样具有相当重要的意义。≡Ti—O·≡Ti—OH≡Ti·≡Ti—OH≡Ti—OH≡Ti—O·+≡Ti—≡Ti—O·+这些活性集团由于具有大量的悬键这些悬键可在能隙中形成缺