光催化分解污染物的研究进展

光催化分解污染物旳研究进展报告人:杨金辉导师:李灿院士/研究员SeminarⅠ2023-05-27结论与展望文件总结及简介光催化发展及应用概况背景及原理简介报告内容将来50年人类面临旳10大问题EnergyWaterFoodEnvironment

PovertyTerrorism&WarDiseaseEducationDemocracyPopulation半导体光催化机理光催化旳发展概况1.1972年,日本Fujishima和Honda在Nature上报道在光辐射旳TiO2半导体电极和金属电极构成旳电池中，可连续发生水旳氧化还原反应，产生H2。2.1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中旳氯，1977年Frank光催化氧化CN-为OCN-，光催化技术在分解污染物旳应用研究开始开启。3.近十几年来，半导体光催化技术在降解污染物等方面旳应用研究发展迅速，纳米光催化成为国际上最活跃旳研究领域之一。光催化文件分布1972-2023:SCI文件总数26409其中：TiO2

11485占43%FromISIanalysis光催化活性高化学性质稳定无毒原料起源丰富只吸收紫外光目前最有潜力旳纳米光催化剂有机污染物旳处理(90)*

烃，卤代烃，羧酸，染料，含氮有机物，有机磷杀虫剂，表面活性剂，……

无机污染物旳处理(25)*1.

光催化能够处理Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金属子旳污染问题2.

光催化还可分解转化其他无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、SO2,NOx等光催化降解污染物旳应用*DatafromUSEPA(美国环境保护局)光催化降解有机物应用领域GaAs(n,p)0-0.5-1.0-1.5+0.5+1.0+1.5+2.0+2.5+3.0+3.5+4.0CdS(n)ZnO(n)WO3

(n)SnO2

(n)TiO2(n)△E=1.4eV

2.5eV3.2eV3.2eV3.8eV3.2eV--2H+/H2

0-1.0+1.0+2.0+3.0+4.0--Cl2/2Cl-(1.40eV)--O3/O2+H2O(2.07)--F2/2F-(2.87)(NHE)有代表性旳光催化半导体材料及其能带A.Hagfeldt,M.Grätzel.Chem.Rev.,95,49(1995).光催化降解污染物旳研究提升TiO2旳活性：形貌，构造，尺寸，….延长光谱范围：掺杂N,S,B,C,……表面修饰：担载，染料敏化…复合材料：如CdS/TiO2,TiO2/SiO2,TiO2/SnO2,CdS/LaMnO3,……新型材料开发：量子点，ＭＭＣＴ，...机理研究TiO2及其他硫化物复合物新型材料H.X.Li,Y.F.Lu,etal.,J.Am.Chem.Soc.

129,8406(2023).af:1/2414天形貌-----TiO2acdef降解苯酚活性无模板水热合成活性高可能是中孔反射更多紫外光wavelength/nmAbsorbance/%TiO2-xNxR.Asahi,etal.science,293,269(2023).PhotocatalyticdecompositionofCH3CHOOpticalabsorptionspectra掺杂至可见区TiO2-xNx

TiO2HIROAKITADA,etal.naturemater.5,782(2023)Au@CdS/TiO2复合半导体TiO20.344mM

S8S2-Cd2+Au@CdS-TiO2λex~320-400nm3.7mWcm-2250mlde-aeratedEtOHAu1g3.46mMCd(ClO4)26H2OArgonbubbledfor30mininthedarkAt298k样品制备Au@CdS/TiO2光沉积措施光催化活性MV2+MV++e-tMV+(10-4M)tp(min)TiO2CdS/TiO2Au/TiO2Au@CdS/TiO21C2C2C3CAu@CdS/TiO2Au@CdS/TiO2机理全固态Z-scheme,电子矢量传播Z.H.Kang,etal.,J.Am.Chem.Soc.,

129,12090(2023).量子点SiR.Nakamura,K.Hashimoto,J.Am.Chem.Soc.,

129,9596(2023)Ti(IV)-O-Ce(III)/MCM41MMCT双金属组合降解异丙醇活性(Ag0.75Sr0.25)(Nb0.75Ti0.25)O3D.F.WangandJ.H.Ye.J.Am.Chem.Soc.130,2724(2023).固溶体AgNbO3

SiTiO3solidsolution能级构造分析降解甲醛活性Afuturisticdisinfectionmethodinvolvesthecombineduseofphotonsandengineerednanostructures.……Ofparticularinterestarematerialsandsystemsthatuselow-costvisiblelamplightandsunlighttoachievesufficientlyhighthroughput…….Moreover,weneedtoimproveourunderstandingofthemechanisms……M.A.Shannon,A.M.MayesetalNuture,452,301(2023)展望FujishimaA,HondaK.Nature,1972,238:37-38CareyJH,LawrenceJ,TosineHM.Bull.Environ.Contam.Toxical,1976,16(6):697-701FrankSN,BardAJ.J.Phys.Chem.1977,81:1484-1486HagfeldtA,GrätzelM.Chem.Rev.,1995,95:49-68WaldenM,LaiX,GoodmanDW.Science1998,281:1647-1650Esposti,S.;Dondi,D.;Fagnoni,M.;Albini,A.Angew.Chem.Inter.Ed.2023,46,2531-2534.Fihri,A.;Artero,V.;Razavet,M.;Baffert,C.;Leibl,W.;Fontecave,M.Angew.Chem.Inter.Ed.

2023,47,564-567.Chen,X.B.;Burda,C.J.Am.Chem.Soc.2023,130,5018-+.Dessombz,A.;Chiche,D.;Davidson,P.;Panine,P.;Chaneac,C.;Jolivet,J.P.J.Am.Chem.Soc.2023,129,5904-5909.Elahifard,M.R.;Rahimnejad,S.;Haghighi,S.;Gholami,M.R.J.Am.Chem.Soc.2023,129,9552-+.参照文件ThankyouK.Awazuetal.,J.Am.Chem.Soc.

130,1676(2023).Plasmonicphotocatalyst-----TiO2/Ag/SiO2(a)TiO2/SiO2-20nm(b)TiO2/Ag/SiO2-20nm(c)TiO2/Ag/SiO2-5nm主要有机物光催化降解反应[14]

光催化氧化特点：设备构造简朴，反应条件温和，操作条件轻易控制氧化还原性强，COD清除率高，无二次污染可利用太阳光TiO2化学稳定性高、无毒、价廉Nature2023,64Ageneralprocessforinsituformationoffunctionalsurfacelayersonceramics测试条件气体浓度放入涂料板前放入涂料板后一天两天五天七天清除效率（%）氨气（mg/m3)1.930.600.320.220.1891甲醛（mg/m