1 / 23

光催化剂 TiO 2 改性的常用方法 报告人：李艳平 2012年12月30日

光催化剂 TiO 2 改性的常用方法 报告人：李艳平 2012年12月30日. content. 光催化的机理 几种典型的光催化剂 参考的中英文文献. 学术关注度. 1.光催化材料TiO 2. 1.1 优点： 价廉 、无毒、化学稳定性好，紫外光照下催化活性高 。 应用有自清洁，新能源，有害材料的降解。 缺点： （1）光响应范围窄。 （2）量子产率低 （3）TiO 2 颗粒细，难沉降，光催化反应后难以回收，而且活性成分易损失，不 利于 其实际应用。. 光催化机理. 导带底部的能级决定了光电子的还原能力，价带顶部的能级决定了光生空穴的氧化能力。.

magda
Download Presentation

光催化剂 TiO 2 改性的常用方法 报告人：李艳平 2012年12月30日

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 光催化剂TiO2改性的常用方法 报告人：李艳平 2012年12月30日

  2. content • 光催化的机理 • 几种典型的光催化剂 • 参考的中英文文献

  3. 学术关注度 沅

  4. 1.光催化材料TiO2 1.1 优点：价廉、无毒、化学稳定性好，紫外光照下催化活性高。 应用有自清洁，新能源，有害材料的降解。 缺点： （1）光响应范围窄。 （2）量子产率低 （3）TiO2颗粒细，难沉降，光催化反应后难以回收，而且活性成分易损失，不利于其实际应用。 沅

  5. 光催化机理 • 导带底部的能级决定了光电子的还原能力，价带顶部的能级决定了光生空穴的氧化能力。 沅

  6. 1.2改进方法 • 对TiO2粉体自身的改性或修饰，如离子掺杂、贵金属沉积、半导体耦合、外加氧化剂助催化 • 新型等离子光催化材料：基于具有贵金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒与半导体材料复合 • 优点：可以扩展光响应范围，降低电子-空穴复合率。通过改变光催化剂的形貌，如空心球、纳米管/带、薄膜结构，使得材料既具有较高的光催化活性，又易于分离。 沅

  7. 染料敏化 • 通过光激发敏化剂，然后敏化剂将电子转移到TiO2的导带上，这样可以减少e-/h+的结合，从而增强光催化剂的活性。并且染料分子的性质、TiO2纳米粒子的性质以及染料和纳米粒子之间的相互作用可以影响光催化的活性。 • 优点:光响应范围可以扩展到可见光区。 • 缺点：染料本身可能会降解或者形成需要进一步处理的中间产物。 • 应用：光敏化电池、光解水制氢 沅

  8. 掺杂过渡金属阳离子 • 机理：过渡金属离子可以在TiO2的带隙中提供额外的能级。电子从这些能级转移到TiO2的导带比不修饰的TiO2需要更低的光能。 • 缺点：掺杂的高浓度的金属离子也可能成为e-/h+的结合中心，影响光催化的效率。 沅

  9. 掺杂贵金属 • 机理：因为这些贵金属的费米能级低于TiO2,光引发的电子可以从TiO2的导带转移到沉降在TiO2表面的金属粒子上，而光引发的空穴还保留在TiO2的价带上。 • 活性顺序：Au/TiO2>Ag/TiO2~Pt/TiO2>TiO2 沅

  10. 阴离子掺杂 • 阴离子（N、S、或C)的P电子与O的2P电子的混合使TiO2的价带边缘上移，因此缩小了TiO2的带隙。与掺杂金属阳离子相比，阴离子很少形成e-/h+的结合中心。 • 掺杂非金属 • B-TiO2（水热法)>B-TiO2(溶胶-凝胶法）>TiO2 沅

  11. 半导体耦合 • TiO2-CdS Bi2S3-TiO2 TiO2-WO3 TiO2-SnO2 TiO2-MoO3 TiO2-Fe2O3 沅

  12. 共掺杂(TiO2） • Eu3+/Fe3+ Cu/N Ce/C N/Ce Ag/V • 机理：Eu3+可以捕获电子，Fe3+可以捕获空穴，因此促进电子-空穴的分离，并且可以使吸收红移。 沅

  13. 1.3等离子体光催化机理 （1）入射光的电磁场与金属纳米颗粒内的自由电子耦合，从而显著增强TiO2光吸收，从而光催化活性大大提高。 （2)由于金属Ag纳米颗粒的表面等离子体共振吸收，在吸收光子后被激活，部分拥有足够高能量的自由电子可以脱离原子核的束缚，从而转移到其它有机分子中或半导体材料中发生化学反应，从而将有机分子降解 沅

  14. Ag/SiO2/TiO2 薄膜样品 • 化学还原法制备Ag溶胶 溶胶-凝胶法制备Ag/SiO2/TiO2薄膜 • 结果表明：1 层 Ag、1 层 SiO2保护介质层的 TiO2薄膜光催化降解性能最佳，这主要是由于Ag 的表面等离子体共振效应引起的对紫外波段光的吸收增强了TiO2薄膜样品光生电子-空穴的能力，而且 SiO2保护介质层防止了Ag与TiO2直接接触后被氧化。 沅

  15. Ag@AgI负载的酸蚀TiO2纳米带 • 酸蚀TiO2纳米带(水热法及硫酸水热) 具有可见光响应的等离子体 Ag@AgI 负载的酸蚀TiO2纳米带(沉积-沉淀法及光还原法) • 结果表明：等离子体 Ag@AgI 负载的酸蚀 TiO2纳米带，可见光照射 60 min 后对 MO 的降解率高达100%。 机理：Ag及AgI对可见光都有响应，其中Ag等离子体共振效应产生电子-空穴，电子转移到TiO2导带从而进一步反应生成·OH，而空穴与 AgI 反应中的 I–反应生成活性 I0，对有机物进行降解。 沅

  16. Ag等离子体增强CdS-TiO2纳米管复合光催剂半导体复合Ag等离子体增强CdS-TiO2纳米管复合光催剂半导体复合 • 优点：由于两种半导体不同的价带、导带和带隙能不一致，从而降低了光生电子-空穴的复合率，扩展了纳米 TiO2的光响应范围，表现出较单一半导体更好的催化活性。 • 波长小于或等于495nm的可见光可将CdS（2.42ev)价带电子激发，此时具有较低能量导带的TiO2则作为光生电子的捕获器，可以有效扩展复合光催化剂的光响应范围并延长载流子的寿命，从而提高光催化活性。 沅

  17. Ag@SiO2@TiO2空心球 • 核壳结构 • TiO2粉体在实际使用中易团聚、难回收，选择TiO2做壳层包覆制备的材料可以降低密度、增大比表面积、提高催化活性而且易于分离 • 为利用 Ag 核的表面等离子体共振效应并且防止 Ag 被氧化而丧失其光学特性,在Ag与TiO2间接枝上 SiO2层，最后再包覆 TiO2,形成核壳结构后经煅烧制备了新型的载核的空心微球材料。 沅

  18. TiO2/AC协同效应 • 将TiO2粒子固定在活性炭的表面可以增强光催化反应的速率，因为通过活性炭的吸收可以使TiO2的表面形成局部的高的污染物浓度。然而，由于风速的增加污染物的清除仍然会下降很快，这就导致了空气处理能力的下降。 • 实验中处理甲醛，结果表明清除甲醛的反应速率可以提高，处理的空气量也可以增加，光催化氧化和低温等离子体的结合表现出协同效应。当风速增加时，光催化反应会从扩散控制过程转变为光催化反应控制过程，此时这种协同效应变的越来越明显。 沅

  19. TiO2/MCM-41 (PECVD) • 通过等离子体加强的化学气相沉积方法，将TiO2覆盖在MCM-41的表面。 • 等离子体加强的化学沉积法（PEVCD）用高频电子流轰击气体分子产生等离子体。能量,沉积温度,降低 • MCM-41，介孔材料（孔径可在2-10nm 范围内连续调节），特点：比表面积大，高的热稳定性和强吸收能力。 机理：基于吸收技术总是最快的捕获无机化合物的方法的事实，吸收剂的吸收能力和光催化剂的强氧化能力可以结合起来氧化无机化合物。 沅

  20. 可见光响应的TiO2-x光催化剂 • 通过使用氮气、氩气、氦气热等离子体作为热源，采用一步蒸发冷凝法成功制备了TiO2-x（窄禁带，金红石和板钛矿的混合相）光催化剂。 • 解决问题：汞元素（Hg0)挥发度高，在液相中不溶，因此很难捕集。多种研究表明，通过吸收和催化氧化机理二氧化钛在气相中清除汞元素具有很大的潜能。 • 结果表明：TiO2-x可以在高温等离子体环境中制备，产生的氧空位促进晶体的生长。但是实验过程中产生的H2O会和Hg竞争TiO2-x上的活性位。 沅

  21. 参考文献 • A review of TiO2 nanoparticles. • Nano-photocatalytic Materials Possibilities and Challenges. • Preparation of TiO2MCM-41 by plasma enhanced chemical vapor deposition method and its photocatalytic activity. • Recent developments in photocatalytic water treatment technology. 沅

  22. Recent developments in photochemical and chemical AOPs in water treatment a mini-review. • Synergistic Effect of Nanophotocatalysis and. • Synthesis of TiO2−x visible-light photocatalyst using N2ArHe thermal plasma for low-concentration elemental mercury removal. • Titanium Dioxide Coatings Sprayed by a Water-Stabilized Plasma Gun. • Visible-light photocatalytic activity of TiO2-x by heat treatment 沅

  23. Thank You 沅

More Related