第一章-光化学基础ppt课件.ppt

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1、第一章光催化与光电催化概述光催化与光电催化研究的内容及范畴光催化研究的历史与现状光催化反应是利用光能进行物质转化的一种方式，是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是物质在光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。光催化是催化化学、光电化学、半导体物理、材料化学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域。光电化学反应是指光辐照与电解液接触的半导体表面所产生的光生电子－空穴对被半导体／电解液结的电场所分离后与溶液中离子进行的氧化还原反应。光电催化是一种特殊的多相催化。光电催化反应可以有效地抑制光催化反应中光生

2、载流子的快速复合，提高电子——空穴参与光催化反应的效率。光催化与光电催化研究的内容及范畴光催化反应的研究历史与现状1972年Fujishima和Honda报道采用TiO2光电极与铂电极组成光电化学体系来使水分解为氢和氧，这一发现对光化学的发展和应用有着重要的意义。1977年,Frank和Bard首先验证了用TiO2分解水中氰化物的可能性,光催化氧化技术在环保领域的应用成为研究的热点。1983年,DavidOllis等提出采用半导体光催化降解有机物作为水处理方法。1991年,蔡乃才与董庆华介绍了悬

3、浮体系中半导体光催化的应用,几乎与此同时Ollis等具体介绍了TiO2光催化对氯代芳烃、表面活性剂、除草剂与杀虫剂的降解结果从污水处理这一侧面对光催化的应用进行了综述。此后Hoffmann等又详尽地阐述了半导体光催化在整个环境保护领域的应用情况。最近,光催化技术又转移至一新的领域，即由光引起的高亲水性,它在环境方面的应用不仅涉及到自洁表面,还涉及到防雾表面。光化学基础光的能量和波长热化学和光化学光对分子的作用光物理过程与光化学过程光化学（photochemistry）属于化学领域，它的任务是研究

4、光和物质相互作用所引起的物理变化和化学变化，涉及由可见光和紫外光所引起的所有化学反应。目前光化学所涉及光的波长范围为100～1000nm即紫外至近红外波段。比紫外波长更短的电磁辐射（X射线和射线），所引起的光电离和化学变化属于辐射化学（radiochemistry）的范畴。而远红外波段的或波长更长的电磁波，其光子能量不足以引起化学变化，因此不属于光化学研究的范畴。地球能量主要来自太阳辐射，地球上所有的生命过程几乎都依赖太阳辐射能来维持。太阳光能使全球各圈层中的化学物质发生直接或间接的光化学反应

5、，由阳光引发的光化学过程是环境中所发生的重要的化学过程之一。在阳光的作用下，化合物在各环境圈层中进行着各种光化学反应。这些反应影响化合物的迁移、转化、归宿及效应，一般情况下对人类及生态系统没有不良的影响。当人类的各种活动所产生的化学物质大量进入环境后，则有可能对环境中本身发生的光化学过程产生干扰或破坏，从而对生态环境和人类造成严重影响和危害。电磁波谱电磁波谱102210201018101610141012101010810610410-1410-1210-1010-810-610-410-210

6、0102104波长/m频率/Hz宇宙线γ射线X射线紫外可见光微波红外无线电光的能量和波长光化学中适用的光光化学反应中，分子吸收的光子所具有的能量与化学反应中分子的能量变化相匹配才能引起化学变化。光化学中适用的光，其具有的能量应足以使化学键断裂，此能量对应相应波长范围。一般来说，光化学有效的光的波长范围为100-1000nm，但由于受光窗材料和化学键能的限制，光化学中通常适用的光的波长范围为200-700nm，其中200nm是石英光窗材料的透射限。光化学第一定律指出，只有被分子（原子、离子）吸收的

7、光才能诱发体系发生化学变化。当分子吸收光子被激发到具有足以破坏最弱化学键的高能激发态时，才能引起化学反应。光化学第一定律光化学与热化学反应的差异光化学反应的活化主要是通过分子吸收一定波长的光来实现的，而热化学反应的活化主要是分子从环境中吸收热能而实现的。光化学反应受温度的影响小，有些反应可在接近0K时发生。光活化分子与热活化分子的电子分布及构型有很大不同，光激发态的分子实际上是基态分子的电子异构体。被光激发的分子具有较高的能量，可以得到高内能的产物，如自由基、双自由基等。光对分子的作用1、分子的

8、能量物质由分子组成，分子的运动有平动、转动、振动和分子的电子运动，分子的每一种运动状态都具有一定的能量。如果不考虑它们之间的相互作用，作为一级近似，分子的能量(E)可表示为：E＝E平+E转+E振+E电由于分子平动时电偶极不发生变化，因而不吸收光，不产生吸收光谱。与分子吸收光谱有关的只有分子的转动能级、振动能级和电子能级。每个分子只能存在一定数目的转动、振动和电子能级。和原子一样，分子也有其特征能级。在同一电子能级内，分子因其振动能量不同而分为若干“支级”，当分子处于同一振动能级时还因其转动能量