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文档简介
二,光催化材料的基本原理半导体在光激发下,电子从价带跃迁到导带位置,以此,在导带形成光生电子,在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能,可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。高效光催化剂必须满足如下几个条件:(1)半导体适当的导带和价带位置,在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能,在光解水应用中,电位必须满足产H2和产O2的要求。(2)高效的电子-空穴分离能力,降低它们的复合几率。(3)可见光响应特性:低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%,如何利用可见光乃至红外光能量,是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-typeTiO2只能在紫外光响应,虽然通过搀杂改性,其吸收边得以红移,但效果还不够理想。因此,开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是,现在的研究状况还不尽人意。三,光催化材料体系的研究概况从目前的资料来看,光催化材料体系主要可以分为氧化物,硫化物,氮化物以及磷化物氧化物:最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前,绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区,研究的比较多的是含Ti,Nb,Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W,Cr,Fe,Co,Ni,Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉,d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后,开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前,以日本学者J.Sato为代表的研究人员,已经把目光锁定在p区元素氧化物上,如含有Ga,Ge,Sb,In,Sn,Bi元素的氧化物。硫化物:硫化物虽然有较小的禁带宽度,但容易发生光腐蚀现象,较氧化物而言,稳定性较差。主要有ZnS,CdS等氮化物:也有较低的带系宽度,研究得不多。有Ta/N,Nb/N等体系磷化物:研究很少,如GaP按照晶体/颗粒形貌分类:(1)层状结构**半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐**层状单元金属氧化物半导体如:V2O5,MoO3,WO3等**钛酸,铌酸,钛铌酸及其合成的碱(土)金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构**含Bi层状结构材料,(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-(A=Ba,Bi,Pb;B=Ti,Nb,W),钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有:Bi2WO6,Bi2W2O9,Bi3TiNbO9利用具有较高重态的具有可见光吸收的有机物,在可见光激发下,电子从有机物转移到半导体粉末的导带上。该种方法不具有实用性,一方面,有机物的稳定性值得质疑;另一考虑的是经济因素(6)贵金属沉积贵金属:Pt,Au,Pd,Rh,Ni,Cu,Ag,等(7
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