高级氧化技术-复习题

高级氧化技术复习题
1、简述构造原理的内容，怎样判断分子是处于基态还是激发态？ 电子在原子或分子中排布所遵循的规则被称为构造原理。

（1）泡里不相容原理 （2）能量最低原理 （3）洪特规则
分子中所有的电子排布都遵从构造原理所包含的规则时所处的状态，称为基态。

分子中的电子排布不完全遵从构造原理所处的状态，称为激发态。

2、根据分子轨道理论，画出基态氧分子的分子轨道，并分析其的多重性。

原子轨道原子轨道
分子轨道能量
基态氧的多重性为3。

3、画出激发态分子与基态分子之间分别发生（1）电子转移；（2）能量转移的示意图。

（1）电子转移
D *A D +A -
D*+A →D ++A -
（2）能量转移
H O M O
L U M O
D
*
A
H O M O
L U M O
D A
*
*
*
A A D D ++
4、半导体TiO 2受光激发后，电子和空穴的命运有哪几种？画图表示并说明。

O x
-
R ed
+
（a ）受光激发，电子-空穴对分离；（b ）空穴扩散到催化剂表面，氧化有机物；（c ）电子扩散到催化剂表面，还原分子氧；（d ）电子-空穴的表面复合；（e ）电 子-空穴的体相复合。

5、二氧化钛的工业制备方法有哪些？简单介绍其原理。

（1）硫酸法原理：
42324424222422222(())TiO SO TiO O H T FeTiO H SO FeSO H O TiO SO H O H SO TiO O H H O
iO ∆
+→+++→+−−→+
（2）氯化法原理
422
22242222C l C C TiC l TiC l O O T C O O l i Ti ++→++→+
6、贵金属表面沉积对TiO 2光活性有什么影响？画图表示并说明。

贵金属通过改变电子的分布而修饰了半导体的性质。

当两种物质接触时，电
子就会不断地从TiO 2向沉积金属迁移。

贵金属负载，可以电子和空穴分别定域在贵金属和半导体上。

抑制复合，高光催化活性。

O H
.
R
.+
O
7、CdS-TiO 2复合型半导体的电子传输机理？
T iO 2
CdS 的禁带宽度（2.5eV ）比TiO 2的带隙（3.2eV ）窄，能够吸收可见光而受到激发，而且CdS 的导带位置比TiO 2的高越0.5eV ，这使光生导带电子能够注入到TiO 2的导带上，产生有效的电荷分离，提高光催化效率。

复合半导体光催化剂通过提高电荷分离度，拓展体系光激发能量范围，为提高光催化反应过程提供了一个便捷途径。

8、非金属（如氮）掺杂TiO 2有什么意义？其原理？掺杂TiO 2方法的缺陷？
V B
C B
N x
dopant level
非金属掺杂通过在TiO2的禁带中间引入掺杂能级，效缩小TiO2的禁带宽度，使TiO2的激发波长从紫外区拓展到可见光区，提高了可见光的催化活性。

缺点：（1）催化剂的稳定性下降；（2）空穴的氧化能力减弱；（3）可能牺牲
催化剂的紫外光催化活性。

9、TiO 2在紫外光的作用下，可以降解活性染料X3B 。

实验发现，当在溶液中加入少量的Fe 3+后，X3B 的降解速率大大增加。

试解释原因。

O .-
2+
3+
Fe 3+夺取光生电子的能力要大于分子氧。

Fe 3+通过快速转移光生电子，抑制了载流子的复合，增加了空穴浓度。

因此，X3B 的降解速率大大加快。

10、简述TiO 2溶液中，可见光照射下的染料自敏化降解的原理。

在可见光的照射下，TiO2通常不能被激发，但染料分子可以被激发。

（1）激发态的分子可以向二氧化钛导带注入电子，该电子被吸附在TiO2表面的分子氧俘获，生存超氧负离子自由基。

（2）超氧负离子自由基可以氧化染料阳离子，使它发生氧化降解。

超氧负离子自由基也可以逐渐转化为羟基自由基，再去氧化染料分子而发生降解。

11、Photo-fenton 反应降解有机污染物的原理？
Fe
2+
F e
3+
2O 2
.O H H O 2
.
X 3B
X 3B
H 2O 2
Fenton 反应原理：
Fe 2+离子能促进H 2O 2的分解，产生羟基自由基，自身被氧化为Fe 3+。

Fe 3+也可以被H 2O 2还原，实现自身的循环，而H 2O 2被氧化为超氧自由基。

羟基自由基和超氧自由基具有很强的氧化能力，使水中的有机污染物发生降解和矿化。

在光的作用下，Fenton 反应的速率大大加快。

因而，有光参与的Fenton 反应，又被称为Photo-fenton 反应。

12、杂多酸光催化降解有机污染物的原理？
hv *
OM O P P M −−→
+
2-*
PO M PO M + H O + .O H + H →
dye + .OH degradation → .-
2-2+O P P O M +O O M →
13、什么是高级氧化技术？环境光催化技术的共性？
高级氧化技术是指以羟基自由基为主要氧化物种的氧化过程。

常用的高级氧化技术有TiO 2光催化、杂多酸光催化、Photo-fenton 反应、Fe 3+光解和酞菁光敏化等。

这些光催化技术的共性是产生具有强氧化能力的活性氧物种，如空穴（h +）、羟基自由基（.OH ）、单线态氧（O 21）和超氧自由基（O 2.-）等。

在这些活性物种的作用下，有机污染物不停地发生氧化降解，直至彻底矿化。