光催化历史原理应用教程PPT资料.pptx

1、主要用作铜冶炼中的沉 淀剂和用于制造三氧化二砷。但是大部分的砷酸钙被当做作为废物丢弃砷酸铅致癌&生殖毒性砷酸铅出现进口的用于铜，铅和一些贵金属的生产的复杂原材料中。N,N-二甲基乙酰胺生殖毒性主要用作溶剂，服装及其他纤维。也用作试剂，涂料，聚酰亚胺薄膜，脱漆剂和油墨去除剂4,4-亚甲基双-2-氯苯 胺致癌作为固化剂，用于生产树脂和聚合物、制造其他物质。该物质可能进一步用于建筑和艺术中酚酞致癌主要用作实验室剂（pH指示剂溶液），应用于pH试纸生产及药用产品的生产1叠氮化铅生殖毒性主要用作引爆剂和扩爆剂，用于在民用和军事用途的雷管生产，也用作和烟火装置的引爆剂2第一章 光催化技术历史、作用机理和应

2、用领域 反应器和示范工程面临的主要科学问题 提高能量效率的方法 研究进展1.了解光催化技术的发展历史2.掌握光催化降解污染物的反应机理和影响因素3.知晓光催化剂制备方法，理解催化剂成分、结构、形貌与性质之间的关系；4.掌握光催化能量效率的评价方法；5.了解提高能量效率的途径和相关技术6.了解光催化反应器设计研究进展；7.掌握电辅助光催化氧化降解污染物的反应机理和影响因素；8.了解膜技术及其优缺点，功能膜的概念，掌握光催化功能膜的技术原理和研究进展；9.知晓光催化氧化在污染控制应用中的研究进展3教学大纲4第一部分光催化技术的历史、作用机理和应用领域Fujishima光催化技术的历史1972年：分

3、解水5Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode.Nature,1972,238,37-38H2OTiO2NatureFujishima-Honda 效应：半导体电极光解水产氢6引用1972年nature的文章数目1972年nature中的实验装置示意图光催化技术的历史1972年：分解水1976 年，加拿大人John.H.Carey报道了TiO2光催化氧化法用于污水中PCB 化合物脱氯去毒的成功结果后，自从那时起，针对光催化技术，学术界围绕太阳能利用、光催化降解有机物等展开了多方面的研究。这篇文章的引用截至2

4、011年8月230次。提问：最多有几个取代氯？最多有多少种同系物？7光催化技术的历史1976年：还原脱氯多氯联苯英文名：Polychorinated biphenyls分子式：C12H10-xClx危害肝脏8光催化技术的历史1977年：氧化氰化物氰化物构造式9题目中包括“Photocatalytic”或“photocatalysis”的SCI文章数光催化技术的历史成果概览10文献检索：大视野的来源11文献检索：大视野的来源12全国光催化会议论文和人数变化情况1313产 值：产品分类：其它7净化器28室外装修40生活用品4道路交通3 室内装修171由日本光催化工业协会提供，统计59家相关公司，2

5、006，中国光催化标准制定会议，北京。日本光催化市场发展实例11999年，200亿日元；2004年，550亿日元；2008年，600亿日元。2004年前年均增加22.4%。绝缘体：价电子正好填满所有能带，导带和价带之间有一个很宽的禁带，一般情况下，价带之上的能带没有电子，所以在电场的作用下没有电流产生半导体：能带结构与绝缘体类似，但是禁带较窄，一般小于3eV，依靠热激发可以将满带中的电子激发到导带中，因此具有导电能力。导体：除了满带外，还有只被部分电子填充的能带，所以能够导电14光催化过程原理半导体能带导体电阻率 小于10-4 cm 半导体电阻率10-31012 cm 绝缘体电阻率大于1014

6、 cm15光催化过程原理空穴导电16光催化过程原理光生电荷的迁移和反应作业17常见半导体材料的能带结构-1.00.01.02.03.0SrTiO3TiO2SnO2eV3.8WO32.8Ta2O5ZrO2Nb2O5H+/H24.65.03.43.23.6ZnOZnSSiC3.0Evs.SHE（pH3.2=03）.2/eVCdSO2/H22.4Si1.12 Fe2O32.318蓝棒：关键词包含“photocataly*”绿棒：关键词包含“photocataly*”和2“TiO”TiO2光催化材料的重要地位19TiO2光催化材料的优点。有价值的是许多物质能被降解得十分彻底,最终产物除了CO 2 和H

7、2O 之外,污物初始含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子被分别转化为X-、SO 2-4、PO 3-4、NO-3 等无机盐类,减轻乃至完全消除了原先具有的危害性。20氧化物种氧化电势（V vs.NHE）氟（F2）3.03TiO2空穴（h+）3.00OH2.80O32.07H2O21.78MnO-41.68TiO2光催化材料的优点Cl21.3621TiO2光催化材料的基本反应原理22光催化原理激发吸附复合捕集23光催化原理羟基攻击其他 自由基 反应24氧化钛 结构相对 密度晶系晶格常数/nm禁带宽 度/eVabc锐钛矿 相3.84四方0.536*0.9533.2金红石 相4.26四方0.459*0

8、.2963.0板钛矿 相4.17斜方0.9150.5440.514*TiO2晶体物理特性25TiO2能带位置 261、对入射可见光基本无散射作用，具有很强的屏蔽紫外线能力和 优异的透明性，作为一种新型材料已广泛应用于化妆品、涂料、油 漆等产品中。2、用于塑料、橡胶和功能纤维产品，它能提高产品的抗老化能力、抗粉化能力、耐候性和产品的强度，同时保持产品的颜色光泽，延 长产品的使用期3、用于油墨、涂料、纺织，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐 擦洗性能4、用于造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性5、由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外 线，从而对紫外线有更强的阻隔能力，广泛应用与防晒

9、化妆品6、光稳定性好、无毒无害，光电转化率高，是光电太阳能转换电 最普遍使用的材料27P25已经成为光催化领域的标准物质28P25型二氧化钛是德国德 固萨Degussa公司用气相 法生产工艺生产的二氧化 钛，它的平均粒径只有 20nm，BET表面积为大 约50平方米/克，锐钛矿/金红石比为大约80/20。催化剂载体应用领域紫外屏蔽硅橡胶用热稳定紫外线吸收剂功能性涂料化妆品光伏电池污水处理光催化反应的活性组分商业TiO2 Degussa P25简介29怎样爱国？找工作难？早日生产出替代P25的光 催化材料，为国争光！0 物理法构筑法（气相冷凝）粉碎法（高能球磨法）化学法4制备方法前驱体特征沉淀法

10、Ti（OBu）4 TiCl4尺寸小、均匀分散水解法TiCl通过对反应条件的控制可获得混晶、无定形的多孔氧化钛喷雾热解法TiCl4电解质影响形貌和团聚体尺寸溶胶-凝胶法Ti（OBu）4可容易实现掺杂，但颗粒分布尺寸宽氧化-还原法Ti+H2O2200煅烧得到锐钛矿与金红石的混晶水热法TiCl4可制备不同晶相的氧化钛，结晶度好3纳米TiO2的制备：粉体31制备方法前驱体特征液相沉积法氟钛酸铵透明，颗粒分布均匀溶胶-凝胶法Ti（OBu）4膜厚与镀膜次数密切相关，薄膜致密、孔洞少，颗粒均匀化学气相沉积法异丙醇钛均为锐钛矿相，无金红石相结构热分解法异丙醇钛膜厚可有效、可控制的增加，薄膜表 面平整，颗粒均匀

11、磁控溅射法纯钛直流磁控溅射，膜厚约200nm；良好 的结合性和强度纳米TiO2的制备：薄膜32在沸石分子筛中组装氧化钛TiO2是极性分子，有极化的表面，不利于与非极性有机物分子的接触载体可能因为表面呈酸性或参与催化反应的中间过程，而使TiO2催化活 性提高浸渍法制备在介孔材料孔道表面修饰氧化钛利用介孔分子筛的高比表面积（200m2/g）提高氧化钛与底物分子的接 触表面积，从而提高其催化活性原位合成或二次合成多孔氧化钛的制备孔径在介孔范围，在多相催化反应中，底物、生成物有较快的扩散速度粉体中的氧化钛纳米晶和其中的介孔构成微米级的聚集体，既有较高的 活性，又易于过滤，对光催化剂的回收和再生有重要意

12、义。有较高的水热稳定性和热稳定性具体应用中能对其表面进行进一步的改性溶胶-凝胶两步合成法。先制备可控结构的钛硅复合氧化物，然后溶掉其 中的氧化硅纳米TiO2的制备：多孔材料和阵列材料33TEM images of TiO2 nanoparticles prepared by hydrolysis of Ti（OR）4 in the presence of tetramethylammonium hydroxide.Chemseddine,A.;Moritz,T.Eur.J.Inorg.Chem.1999,235.纳米TiO2的形貌：纳米球和纳米叶34TEM images of TiO2 nan

13、orods with lengths of（A）12 nm,（B）30 nm,and（C）16 nm.（D）2.3 nm TiO2 nanoparticles.Inset in parts C and D:HR-TEM image of a single TiO2 nanorod and nanoparticle.Zhang,Z.;Zhong,X.;Liu,S.;Li,D.;Han,M.Angew.Chem.,Int.Ed.2005,44,3466.纳米TiO2的形貌：纳米棒35TiO2 nanoparticles prepared by the hydrothermal method.Yan

14、g J,et al.Mater.Sci.Eng.C2001,15,183,TiO2 nanorods prepared with the hydrothermal method.Zhang,Q.;Gao,L.Langmuir2003,19,967.纳米TiO2的形貌：纳米颗粒和纳米棒36TiO2 nanowires with the inset showing a TEM image of a single TiO2 nanowire with a010 selected area electron diffraction （SAED）recorded perpendicular to the long axis of the wire.Zhang Y X,et al.Chem.Phys.Lett.2002,365,300,TiO2 nanowires synthesized by the solvothermal method.Wen B,et al.