Tio2材料的性质及应用.ppt

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1、纳米TiO2光催化材料纳米TiO2光催化剂简介※纳米TiO2光催化剂的制备※纳米TiO2光催化剂的表征纳米TiO2光催化剂的应用总结主要内容纳米TiO2光催化剂简介什么是多相光催化剂？多相光催化是指在有光参与的情况下，发生在催化剂及表面吸附物（如H2O，O2分子和被分解物等）多相之间的一种光化学反应。光催化反应是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是光反应和催化反应的融合，是光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。纳米TiO2是一种新型的无机金属氧化物材料，它是一种N型半导体材料，由于具有较大的比表面积和合适的禁带宽度，因此具有光催化氧化降解一些化合物的能力，

2、纳米TiO2具有优异的光催化活性，并且价格便宜，无毒无害等优点因此被广泛的应用。纳米TiO2粉体半导体是指电导率在金属电导率（约104~106Ω/cm)和电介质电导率（＜1-10Ω/cm)之间的物质，一般的它的禁带宽度Eg小于3eV。半导体的能带结构导带价带禁带Eg＜3eV掺杂半导体N型半导体（正电荷中心起提供电子的作用，依靠自由电子进行导电）P型半导体（负电荷中心起提供电子的作用，依靠空穴进行导电）半导体本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带中不存在半导体电子的状态,即缺陷能级)实际半导体中，由于半导体材料中不可避免地存在杂质和各类缺陷，使电子和空穴

3、束缚在其周围，成为捕获电子和空穴的陷阱，产生局域化的电子态，在禁带中引入相应电子态的能级。N型半导体的缺陷能级Ed靠近导带，P型半导体的Ea靠近价带。EcEdEv价带EcEaEv导带价带导带P型半导体的能级N型半导体的能级C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面3_02_07_1.swfP型半导体中电子转移示意图N型半导体中电子转移示意图C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面3_02_08_1.Mpeg.swfPN节C:DocumentsandSettingsAdm

4、inistrator桌面3_02_09_1.swfC:DocumentsandSettingsAdministrator桌面3_02_09_2.swf为什么要用纳米半导体光催化剂？（量子限域效应）大的半导体粒子和微粒（分子簇）的空间电子状态粒子半导体E0///////////////////////////////////////团簇非定域分子轨道非定域分子轨道直径导带价带距离浅陷阱－－深陷阱///////////////////////////////////////——－－表面态深陷阱深陷阱表面态（表面界面效应）半导体能带宽度与粒子大小N

5、(Å)的关系示意图各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（pH=0）常见的光催化材料photocatalystEbg（eV）photocatalystEbg（eV）Si1.1ZnO3.2TiO2（Rutile)3.0TiO2(Anatase)3.2WO32.7CdS2.4ZnS3.7SnO23.8SiC3.0CdSe1.7Fe2O32.2α-Fe2O33.1ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn(OH)2铁的氧化物会发生阴极光腐蚀金属硫化物在水溶液中不稳定，会发生阳极光腐蚀，且有毒！1972年，Fujishima在N-型半导体TiO2电极上发现了水的

6、光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这一新的领域。1977年，YokotaT等发现了光照条件下，TiO2对环丙烯环氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化反应的应用范围，为有机物的氧化反应提供了一条新思路。近年来，光催化技术在环保、卫生保健、自洁净等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。光催化技术的发展历史1.水中所含多种有机污染物可被完全降解成CO2，H2O等，无机污染物被氧化或还原为无害物2.不需要另外的电子受体3.合适的光催化剂具有廉价无毒，稳定及可重复利用等优点4.可以利用太阳能作为光源激活光催化剂5.结构简单，操作容易控

7、制，氧化能力强，无二次污染TiO2光催化剂的优点TiO2的结构与性质TiOTiO6金红石型锐钛矿型TiO2晶型结构示意图CrystalstructuresRelativedensityTypeoflatticeLatticeconstantLengthsofTi-Obond/nmEg/eVacanatase3.84Tetragonalsystem5.279.370.1953.2rutile4.22Tetragonalsystem9.055.80.1993brookite4.13RhombicsystemTiO2晶体的基本物性锐钛矿相和金红石相TiO2的能带结

8、构CB/e-VB/h+CB/e-3.2eV3.0eV