光催化材料---无机功能材料论文

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1、纳米TiO2光催化材料的制备与应用摘要：光催化技术可利用太阳能降解有机物，无二次污染，反应条件温和，具有“节能"和“环保"双重重要意义。光催化材料自诞生以来，在空气净化、杀菌、除臭、自清洁等方面有着非常重要的应用。本文主要从光催化材料的催化机理出发，介绍了TiO2光催化材料的制备方法和应用现状，并展望了光催化材料的发展前景。关键词：光催化材料；催化机理；制备方法；应用；发展前景PreparationandapplicationsofnanoTiO2photocatalystmaterialAbstract:Photocatalytic

2、technologyisapromisingwayforitssignificanceinenergy-savingandenvironmentalprotection,whichunderrelativelymildreactionconditioncandecomposesorganicsubstancesonlybyusingsolarenergywithoutsecondarypollution.Fromthebirthofphotocatalyticmaterialstonow,itsapplicationsonairpur

3、ification,sterilization,deodorization,selfcleaningareveryimportant.Thistextmainlywritefromthecatalyticmechanismofphotocatalyticmaterials,introducesthepreparationmethodsofTiO2photocatalyticmaterialanditsapplications,anddiscussedtheprospectofthedevelopmentofthismaterial.K

4、eywords:TiO2photocatalyticmaterial;catalyticmechanism;preparationmethods;applications;developmentpotential1．引言光催化材料是由CeO2（70%-90%）、ZrO2（30%-10%）组成，形成ZrO2稳定CeO2的均匀复合物，外观呈浅黄色，具有纳米层状结构，在1000℃经4小时老化后，比表面仍较大，因此高温下也能保持较高的活性。它首次出现在1972年由FujishimaA．和HondaK．[1]在《Nature》上发表的一篇关于T

5、iO2半导体光分解水产生H2和O2的报道。光催化材料的关键是高效光催化材料的制备与应用技术的开发，与其他半导体材料相比，纳米TiO2光催化材料的优点有：1)对紫外光的吸收率较高；2)具有优异的抗光腐蚀性和化学稳定性；3)禁带宽度大，氧化还原能力强，有较高的光催化活性；4)对很多有机污染物有较强的吸附作用；5)无毒。用于光催化的纳米TiO2有两种形式：一是通过搅拌将纳米TiO2粉体混入溶液中，呈悬浮状与被光解物充分混合，称为悬浮体系；二是将纳米TiO2固定于某一载体材料而成固定状。悬浮态反应器由于其比表面积大及受光照的效果好等原因，通常

6、比固定状形式具有更好的处理效果。但悬浮体系存在着难以回收、容易中毒。当溶液中存在高价阳离子时，催化剂不易分散等缺点。所以目前国内外研究较多的是将纳米TiO2进行固定化负载。2．纳米TiO2光催化机理半导体粒子的能带结构，一般由低能的价带和高能的导带构成，价带和导带之间存在禁带。半导体的禁带宽度(Eg)一般在3.0ev以下。当能量大于或等于能隙的光（hv≥Eg）照射到半导体时，半导体微粒吸收光，产生电子—空穴对。与金属不同，半导体粒子的能带间缺少连续区域，电子—空穴对一般有皮秒级的寿命，足以使光生电子和光生空穴对经由禁带向来自溶液或气相

7、的吸附在半导体表面的物种转移电荷。空穴可以夺取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被活化并被氧化，电子受体通过接受表面的电子而被还原。如果半导体保持完整，向吸附物种转移电荷是连续和放热的，则这样的过程就称为多相光催化。下面以氧化钛为例说明光催化反应的一般过程[2]。氧化钛在水和空气体系中受到阳光尤其是紫外光照射时，能够自行分解出自由移动的带负电荷的电子(e-)和带正电荷的空穴(h+)，形成电子—空穴对，光生电子处于较高的能态，带边电势可达0～1.0V(相对饱和甘汞电极)，足以把氧还原为活泼的过氧化氢，或直接把有

8、毒的高价金属离子还原为金属。光生空穴则具有较高的氧化电势，价带边电势可达2.0～3.5V(相对饱和甘汞电极)，足以氧化绝大多数的有机污染物，同时h+还与水作用，生成羟基自由基，引发进一步的氧化反应。上述过程可表示如下：(