光催化与锂离子电池课件.ppt

《光催化与锂离子电池课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光催化锂离子电池光催化光催化的概念光催化原理二氧化钛光催化剂光催化的应用与光解水制氢何谓光催化净化？光催化剂（一般为半导体材料）在光(可见光或者紫外光)的照射下，通过把光能转化为化学能，从而具有氧化还原能力，使化合物（有机物、无机物）被降解的过程称为光催化净化。从光合作用这种最简单的光催化反应，总结下一个光催化反应发生的三个基本条件：叶绿素---光催化剂光------特定波长范围（400-600nm之间最佳），非所有光都可以反应物----二氧化碳和水光催化剂----一般为半导体材料光-------也是特定波长范围，非所有光都可以，一般处于紫外线范

2、围的光的效果最佳。反应物----室内空气中的有机物光催化净化反应的三个基本条件：光触媒[PHOTOCATALYSIS]光[Photo=Light]+触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的OH.及O2-自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。几种常用的光触媒TiO2、Cd

3、S、WO3、ZnO、ZnS、Fe2O3、SnO2等纳米光触媒：CdS,Fe2O3,TiO2,ZnO等TiO2的优点：催化活性高、化学性质稳定、成本低、无毒因此被广泛应用当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生电子-空穴。价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。空穴与H2O或OH-结合产生化学性质极为活泼的自由基基团（HO.）电子与O2结合也会产生化学性质极为活泼的自由基基团(.O2-,HO.等)空穴，自由基都有很强的氧化性，能将有机物直接氧化为CO2,H2OA:半导体吸收光，产生电子和空穴的过程B:电

4、子和空穴表面复合过程C:电子和空穴体内复合过程D:还原过程E:氧化过程其中，光催化分解反应机理如下：二氧化钛表面光致电子和光致空穴的产生与流向TiO2催化剂导带价带TiO2光催化反应机理当以波长小于385nm的光照射TiO2表面时，价带电子能够被激发产生光生电子空穴对，同时激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并，使光能以热能或其他形式散发掉，如下式所示：当TiO2催化剂存在合适的俘获剂时（如H2O或O2），电子和空穴的重新复合得到抑制，在它们复合之前，就会在光催化剂表面发生氧化还原反应：表面的羟基自由基具有很强的催化氧化降解作用---降解污染物T

5、iO2膜是由许多TiO2微小颗粒构成的呈交叉网状结构的多孔-微晶立体膜。膜的真实比表面很大，对光的吸收十分有利。TiO2光催化降解的优点和不足能耗低，反应条件温和，在紫外光和太阳光照射下就可以发生反应反应速度快，有机污染物可在几分钟到数小时内被完全破坏降解没有选择性，几乎能降解任何有机物。消除二次污染，矿化产物为无机离子，CO2，H2O廉价，无毒TiO2光催化反应催化剂易分离和重复使用优势大都以汞灯为光源进行光催化降解，很少利用太阳光作为光源悬浮型和负载型光催化反应器中催化剂和光源的利用率不高光生电子-空穴对的转移速度慢，复合率较高，导致光催化效

6、率低，反应转化率较低通常只能用紫外光活化，太阳光利用率低不足提高TiO2光催化活性的途径目前的TiO2光催化剂存在两个问题：①效率低②只能吸收紫外光解决方法：修饰贵金属沉积沉积Ag后的TiO2光催化性能复合半导体CdS吸收可见光产生电子和空穴，电子会从CdS的导带流向更稳定的TiO2的导带，并在TiO2的导带富集，而空穴会富集在CdS的价带，有效分离光生电子与空穴，提高了光催化结果离子掺杂修饰金属离子掺杂非金属金属离子掺杂Fe3+、Co2+、Cr3+碳、氮、硫及卤素金属离子可捕导带中的电子，抑制电子和空穴的复合，但是掺杂浓度过高，金属离子可能成为

7、电子空穴复合中心。两者综合作用的结果就形成一个波峰，金属离子的掺杂浓度对TiO2光催化效果的影响通常呈现抛物线关系。表光催化降解部分有机污染物TiO2光催化降解有机污染物应用光催化技术应用领域1972年Fujishima和Honda首次报道了可在以TiO2为光阳极的光电化学电池中,用紫外光照射光阳极使水分解为H2和O2,这是具有“里程碑”意义的一个重要发现,这预示着人们能利用廉价的太阳能通过半导体催化使水分解从而获得清洁的氢燃料。光催化分解水的反应机理1.absorptionofphotonstoformelectron–holepairs.2.

8、chargeseparationandmigrationofphotogeneratedcarriers.3.Constructthea