纳米TiO2光催化材料（讲）ppt课件.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光催化剂的应用主要内容光催化技术的发展历史纳米TiO2光催化剂简介纳米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，因此具有光催化降解一些化合物的能力。纳米TiO2以其优异的光催化活性、价格低廉、无毒无害等优点得到了广泛的应用。纳米TiO2粉体TiO2光催化剂的催化机理半导体的能带结构半导体存在一系列的满带，最上面的满带成为价带（valenceba

2、nd，VB）存在一系列的空带，最下面的空带称为导带（conductionband，CB）；价带和导带之间为禁带。当用能量等与或大于禁带宽度（Eg）的光照射时，半导体价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，这样就在半导体内部生成电子（e-）—空穴（h+）对。TiO2光催化主要反应步骤hvH+VBE-CB复合价带空穴诱发氧化反应捕获价带空穴导带电子诱发还原反应捕获导带电子TiO2二氧化钛晶体的基本物性形态相对密度晶格类型晶格常数Ti-O距离/nm禁带宽度/eVac锐钛矿3.84正方晶系5.279.

3、370.1953.2金红石4.22正方晶系9.055.80.1993板钛矿4.13斜方晶系锐钛矿相和金红石相TiO2的能带结构CB/e-VB/h+CB/e-3.2eV3.0eVVB/h+0.2eV两者的价带位置相同，光生空穴具用相同的氧化能力;但锐钛矿相导带的电位更负，光生电子还原能力更强混晶效应：锐钛矿相与金红石相混晶氧化钛中，锐钛矿表面形成金红石薄层，这种包覆型复合结构能有效地提高电子-空穴的分离效率TiO2光催化活性的光催化的影响因素TiO2晶体结构的影响在TiO2的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿

4、表现出较高的活性，原因如下：TiO2表面结构的影响光催化过程主要在催化剂表面发生，对于单纯的TiO2光催化剂，影响其光催化活性的表面性质如下：催化剂颗粒直径的影响催化剂粒径越小，单位质量的粒子数越多，比表面积越大，催化活性越高；但比表面积的增大，意味着复合中心的增多，如果当复合反应起主导作用的时候，粒径的减小会导致活性的降低。溶液pH值的影响TiO2在水中的零电点（电荷为零的点）为pH=6.25当溶液pH值较低时，TiO2表面质子化，带正电荷，有利于光生电子向表面迁移当溶液pH值较高时，由于OH-的存在，TiO2

5、表面带负电荷，有利于光生空穴向表面迁移对于不同的物质光催化降解有不同的最佳pH值，而且对于降解的影响非常显著实践证明，在pH=3~9时，TiO2通常具有较好的催化活性温度的影响1.当氧的分压较高（如PO2=101325Pa），底物S的浓度较低时，温度对催化剂表面氧的吸附数量影响不大，温度效应取决于温度对有机物氧化速率的影响。2.当氧的分压较低（如PO2≤5066.25Pa），底物S的浓度较高（大于10-3mol/dm-3)时。温度效应取决于温度对有机底物和氧吸附性能的影响。其他影响因素除了前面提过的影响因素外，外

6、加氧化剂、光源、光强、反应液中的盐等外界条件都可以对TiO2的光催化活性产生一定的影响。TiO2光催化材料的特性研究方向：TiO2改性，提高太阳能的转化率及光催化效率TiO2是当前最具有应用潜力的光催化剂优缺点提高TiO2光催化活性的途径目前的TiO2光催化剂存在两个问题：①量子效率低②太阳能利用率低解决方法：贵金属沉积复合半导体离子掺杂修饰表面光敏化超强酸化贵金属沉积沉积Ag后的TiO2光催化性能光生电子在Ag上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面迁移，这样行成的微电池促进了光生电子和空穴的分离，提高了光催化效率。

7、复合半导体偶合型复合半导体电荷分离示意图SnO2–TiO2电子转移过程示意图离子掺杂修饰掺杂离子提高TiO2光催化效率的机制可以概括为以下几个方面：表面光敏化S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一光敏化的作用机理敏化剂激发后电子转移电子转移给受体催化剂再生超强酸化增强催化剂表面酸性是提高光催化效率的一条新途径。通过超强酸化，使催化剂结构明显改善，有效地抑制了晶相转变，使其具有高催化活性的锐钛矿含量增加、晶粒变小、比表面积增大、表面氧缺陷位增加。纳米TiO2的制备及表征二氧化钛合成物理法化学法机械粉碎法液

8、相法气相法液相沉淀法溶胶-凝胶法醇盐水解法微乳液法水热法TiCl4氢氧焰水解法TiCl4气相氧化法钛醇盐气相氧化法钛醇盐气相水解法钛醇盐气相热解法※制备方法优点不足液相沉淀法粒径小，原料便宜易得工艺流程长、废液多、产物损失较大，纯度低溶胶-凝胶法粒径小，分布窄，晶型为锐钛矿型，纯度高，热稳定性好有机溶剂来控制水解速度，致使成本较高醇盐水解法常温进行，设备简单，能耗少，纯度