光催化及其应用ppt课件.ppt

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1、光催化及其应用太阳能分解水的基本原理；Na2S水溶液光催化制氢气；光催化剂的研究；光催化实验装置和录像；结语。地球上的自然能量资源太阳能的利用1.转化为电能——太阳能电池；2.转化为化学能——光合成植物光合作用——生成物为糖类和氧气——是一种储能过程；人工光合成——水分解为氢气和氧气——氢能源。实验装置实物光催化效果光催化录像1氢能源1870年的科幻小说中第一次提及，当时提及的月球旅行、海底旅行、机器人等现在已经实现，水产生氢能源在本世纪有望成为现实；特征：取之不尽；绿色清洁；便于储存；使用方便，即可作为汽车燃料，也可通过燃料电池直接转化为电能。水分解制氢气食盐电解；天然气及乙醇等的水蒸气改性

2、等；通过光催化剂，利用太阳能，分解水制氢气；太阳能光催化制氢氢气的生成反应与太阳能电池的电解类似，由于在催化剂表面直接供给电子，与电解相比，电能的损耗少，从而光催化的效率高。太阳光谱的波长与强度光催化剂光照射引起催化作用的物质通过适当波长的光进行照射，催化剂的表面活性提高，对与其相接触的物质产生作用。提高反应速度，即难以进行的反应变得容易；本身不分解，可反复使用。固体光催化剂光催化的反应原理当波長在400nm以下的紫外线照射在超微粒TiO2時，在价电子帶(valenceband,VB)的电子(e-)被紫外线的能量(3ev)所激发跃升到传导帶(conductionband,CB)，此时在价电子帶

3、便会产生帶正电的正孔(hole),而形成一组电子-电洞对。二氧化钛则利用所产生的电洞的氧化力及电子的还原力和表面接触的H2O，O2发生作用，产生氧化力极強之自由基‧O-，‧O2-，‧O3-，‧O及‧OH-，而进行杀菌、除臭、分解有机物等作用催化剂的能带TiO2的能带为3.0eV，需要比其能量更大的413nm以下紫外线光照射。1.催化剂的能带大于水的电解电压（理论值1.23V);2.传导带的电子具有还原性，价电子带的正孔具有氧化能力。3.传导带的下端应比氢气生成电位更负，价电子带的上端应比氧气生成电位更正。水分解光催化的基本条件能带大于水的电解电压（1.23eV）以上；传导带的下限，比H+/H2

4、的氧化还原电位(0V)更负；价电子带的上限，比O2/H2O的电位(1.23eV)更正；电子－正孔对的再结合要足够缓慢；光照射不溶解。表面反应速度慢——微细化，多孔化电子/正孔对再结合——氧化－还原位置的分离反应中间体的逆反应——H2生成助催化水分解光催化剂的改进影响因素：生成电子－正孔的寿命；电荷分离；氧化还原反应的过电压；反应活性点等；改进方法：Pt助催化剂的使用；加入易氧化的还原剂，光照射产生的正孔将还原剂氧化（不可逆），光催化剂中的电子过剩，促进氢气生成；或加入易还原的氧化剂（Ag+等化合物）；Na2S水溶液光照射制取氢气水的光催化分解，意义明显，但对于可见光，效率仍然偏低；Na2S水溶

5、液可认为是H2S和NaOH水溶液的混合，因此，实质是光催化分解H2S制取氢气。H2S的分解电位为0.298eV，大约只相当于水的1/4。对催化剂而言，能带大于0.298eV，可见光就可发挥作用。Na2S水溶液的光化学反应Na2S＋H2O　→2Na＋＋HS－＋OH－（1）2HS－＋2hν　→　S22－＋2H＋＋2e－（2）2H＋＋2e－→　H2↑（3）2HS－＋2hν(photon)→　S22－＋H2↑2S2-+2H2O+2hν(photon)→S22-+2OH-+H2↑Na2S水溶液中的离子平衡s-ZnS-Zn微粒子具有微胶囊(Micro-Capsule)和层状(straitified)结构；

6、Na2S溶液中具有很高的光催化活性。s-ZnS-Zn微粒子的制备1.ZnO(高纯99.999%)，在Na2S水溶液中进行表面硫化，白色ZnO粒子变成淡黄色，得到s-ZnS-ZnO微粒；2.s-ZnS-ZnO微粒，在Na2S水溶液中边搅拌，边用500w水银灯进行照射，淡黄色微粒逐步变成灰色，成为s-ZnS-Zn-ZnO微粒；3.s-ZnS-Zn-ZnO微粒，进行HCl处理，除去内部残留的ZnO。pH=2时，ZnS不溶，只溶解ZnO。得到s-ZnS-Zn微粒。4.不经过第二步，可制备出层状s-ZnS。s-ZnS-Zn微粒子的X-衍射分析X-RayDiffractometer(XRD)s-ZnS-Z

7、n微粒子的SEM观察FieldEmissionScanningElectronicMicroscope——FE-SEMs-ZnS-Zn微粒子的TEM观察FieldEmissionTransmissionElectronMicroscope(FE-TEM)s-ZnS-Zn微粒子的EDX检测EnergyDispersiveX-raymicroanalysiss-ZnS-Zn微粒子的形成过程光照射实验装