光催化剂二氧化钛PPT
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TiO2光解水及CO2催化转化 ppt课件
ppt课件
Fujishima A et al., Nature, 1972, 238, 376-38
二氧化钛晶体
二氧化钛是宽禁带半导体，在自然界中主要存在三种晶型：锐钛矿型（anatase）、金红石 型(rutile)和板钛矿型(brookite)。
板钛矿晶型热稳定性较差，几乎不具备光催化活性。
锐钛矿颗粒热稳定性相对低一些，但光催化活性最高。
ppSt课an件t P A,et al,Phys. Chem. Chem. Phys, 2002, 4(2): 19817–203
光解水催化剂的改性——贵金属沉积
光生电子和空穴在激发后有自然复合的倾向。在实际应用中，这种 复合作用降低了光催化剂的催化活性。
研究发现，在光催化剂的表面沉积适量的贵金属，这种具有不同电 子能级的异质结构可以有效地提高光生电子和空穴的分离效率。
二氧化钛在 550~750nm处没有特征吸收峰，而 CdS/TiO2复合 物在 550~750 nm处则出现宽吸收谱带。由于CdS的能带较窄，
使CdS/TiO2复合物把光的吸收范围从紫外光部分拓展到了可 见光区。此外，该复合半导体使得光致电子和空穴得到了更
有效的分离，提高了光催化剂的量子效率。
Xu Y,et al,Am. Mineral, 2000, 85: 543–556
光解水制氢的评价指标
一般来说考察催化剂的光解水催化性能主要有两个指标， 一为催化活性，二为催化剂稳定性。
我们可以将单位时间内的产氢量与催化剂的使用量联系 起来，以气体的生成速率来表示其催化活性和这使得在 相同的反应条件下，不同的催化剂之间具有一定的可比 性。
作为总量子效率概念的深化，表观量子效率是一种重要 而同时被人们广泛认可的评价催化剂催化活性的一种指 标。总量子效率与表观量子效率的计算方法分别如右式。
纳米二氧化钛光催化材料84页PPT
纳米二氧化钛光催化材料
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
ห้องสมุดไป่ตู้
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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tio2光催化材料课件.
（1）是由量子尺寸效应引起的， 已被电子占据的分子轨道能级与 未被电子占据的分子轨道能级之 间的禁带宽度，由于粒子粒径减 小而增大，使得吸收边蓝移。（2） 是由纳米粒子的表面效应导致， 由于纳米粒子粒径较小，大的表 面张力使晶格发生改变，晶格常 数变小，造成吸收边向短波方向 移动。
（3）量子限域效应 随纳米半导体材料粒径不断减 小，激子浓度越高。在能隙中靠近导带底部形成一 些激子能级并产生激子发光带。
紫外可见漫反射光谱结果表明c掺杂tio在可见光区有很强的吸收带其光吸收限与纯的锐钛矿tioohno等以异丙醇钛和硫脲为原料先在乙醇溶液中水解再通过减压蒸发除去乙醇然后在不同的温度下热处理得到黄色的s掺杂tio粉体光谱分析结果表明s掺杂tio光催化剂在可见光区具有吸收效应xps分析结果表明s元素是以s的晶格臵换了一些ti离子的位臵通过对2丙醇和金刚烷的光催化降解发现s掺杂tio光催化剂在波长大于440nm的可见光下具有良好的光催化活性
从右图可以看出，TiO2粒径 越小，光量子产率提高，光 吸收边界蓝移，尤其当粒径 小于10nm时，光量子产率迅 速提高
1.4. 3 TiO2表面特性的影响
TiO2表面积大则吸附量大，活性就高。另外，表面的粗糙程 度、表面的结晶度、表面的羟基等也影响着表面的吸附和电 子空穴的复合，进而影响催化剂的活性。TiO2表面钛羟基 （TiOH）结构在光催化过程中起着重要作用，TiO2光催化活 性和表面Ti3+数量有关，如果Ti3+数量增加，光催化活性就提 高了。
金红石结构中TiO6八面体以共边的方式连接成八面体链，八 面体链之间则是以共点的方式连接成三维网状结构的。
TiO6八面体连接示意图
1.3.2 TiO2的能带结构
半导体光催化 作用的机理是以 能带结构为基础 的。对于光催化 活性的半导体有 着特殊的电子结 构，即能带结构。 常见半导体的能 带结构如右图所 示
（3）量子限域效应 随纳米半导体材料粒径不断减 小，激子浓度越高。在能隙中靠近导带底部形成一 些激子能级并产生激子发光带。
紫外可见漫反射光谱结果表明c掺杂tio在可见光区有很强的吸收带其光吸收限与纯的锐钛矿tioohno等以异丙醇钛和硫脲为原料先在乙醇溶液中水解再通过减压蒸发除去乙醇然后在不同的温度下热处理得到黄色的s掺杂tio粉体光谱分析结果表明s掺杂tio光催化剂在可见光区具有吸收效应xps分析结果表明s元素是以s的晶格臵换了一些ti离子的位臵通过对2丙醇和金刚烷的光催化降解发现s掺杂tio光催化剂在波长大于440nm的可见光下具有良好的光催化活性
从右图可以看出，TiO2粒径 越小，光量子产率提高，光 吸收边界蓝移，尤其当粒径 小于10nm时，光量子产率迅 速提高
1.4. 3 TiO2表面特性的影响
TiO2表面积大则吸附量大，活性就高。另外，表面的粗糙程 度、表面的结晶度、表面的羟基等也影响着表面的吸附和电 子空穴的复合，进而影响催化剂的活性。TiO2表面钛羟基 （TiOH）结构在光催化过程中起着重要作用，TiO2光催化活 性和表面Ti3+数量有关，如果Ti3+数量增加，光催化活性就提 高了。
金红石结构中TiO6八面体以共边的方式连接成八面体链，八 面体链之间则是以共点的方式连接成三维网状结构的。
TiO6八面体连接示意图
1.3.2 TiO2的能带结构
半导体光催化 作用的机理是以 能带结构为基础 的。对于光催化 活性的半导体有 着特殊的电子结 构，即能带结构。 常见半导体的能 带结构如右图所 示
纳米二氧化钛涂料ppt课件
末 对各种波长光的吸 收带有宽化和蓝移 现象的特点。
这一性能可以也应 用到防紫外线化妆 品(UV )
新型汽车TiO2涂料应用
纳米TiO2粒子添加 在轿车用金属闪光 面漆中,能使涂层产 生丰富而神秘的色 彩效果。纳米粒子 除提高轿车漆装饰 效果外,由于其具有 吸收紫外线的效应, 可明显提高轿车漆 的耐候性。
纳米二氧化钛用于造纸填料
纳米二氧化钛作为纸张填料，主要用 在高级纸张和薄型纸张中，用纳米TiO2作 填料的纸张更均匀、平整，吸油值高。此 外将纳米TiO2添加到化学纤维中，可以制 成耐光的亚光高白纸，以及色彩鲜艳的有 色纸，并且可以达到抗紫外线的效果。
纳
纳米二氧化钛涂料的简介
米
二
氧
化
纳米二氧化钛涂料的性能
谢谢大家！
1、降解室内外空气的有害有机物。 2、处理石油污。 3、降解农药。 4、抗菌作用。
纳米二氧化钛作为太阳能电池光 电极材料
由于太阳能电池的良好的应用价值。使 其研究越来越受到科研人员的重视。纳米 TiO2半导体用于太阳能电极材料的优势在 于其具有较大的禁带宽度和稳定的耐光腐 蚀性。
研究人员通过各种方式例如半导体复 合掺杂、过渡金属离子掺杂、非金属离子 掺杂、导电高聚物掺杂以及贵金属沉积掺 杂等方式，扩展其对可见光的吸收范围， 提高光电转换效率，使纳米TiO2太阳能得 到广泛开发和应用。
用于抗菌型陶瓷品， 该产品在光照射下 能完全杀死表面细 菌；其在微弱光下 亦有抗菌性能。
纳米二氧化钛涂料在玻璃的应用
具有自洁、易清洗、抗菌、除臭、防污、防雾 等功能
纳米二氧化钛涂料油墨的应用
无毒无害，与涂料、油漆、油墨原料有极好的相 容性。
造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性。
这一性能可以也应 用到防紫外线化妆 品(UV )
新型汽车TiO2涂料应用
纳米TiO2粒子添加 在轿车用金属闪光 面漆中,能使涂层产 生丰富而神秘的色 彩效果。纳米粒子 除提高轿车漆装饰 效果外,由于其具有 吸收紫外线的效应, 可明显提高轿车漆 的耐候性。
纳米二氧化钛用于造纸填料
纳米二氧化钛作为纸张填料，主要用 在高级纸张和薄型纸张中，用纳米TiO2作 填料的纸张更均匀、平整，吸油值高。此 外将纳米TiO2添加到化学纤维中，可以制 成耐光的亚光高白纸，以及色彩鲜艳的有 色纸，并且可以达到抗紫外线的效果。
纳
纳米二氧化钛涂料的简介
米
二
氧
化
纳米二氧化钛涂料的性能
谢谢大家！
1、降解室内外空气的有害有机物。 2、处理石油污。 3、降解农药。 4、抗菌作用。
纳米二氧化钛作为太阳能电池光 电极材料
由于太阳能电池的良好的应用价值。使 其研究越来越受到科研人员的重视。纳米 TiO2半导体用于太阳能电极材料的优势在 于其具有较大的禁带宽度和稳定的耐光腐 蚀性。
研究人员通过各种方式例如半导体复 合掺杂、过渡金属离子掺杂、非金属离子 掺杂、导电高聚物掺杂以及贵金属沉积掺 杂等方式，扩展其对可见光的吸收范围， 提高光电转换效率，使纳米TiO2太阳能得 到广泛开发和应用。
用于抗菌型陶瓷品， 该产品在光照射下 能完全杀死表面细 菌；其在微弱光下 亦有抗菌性能。
纳米二氧化钛涂料在玻璃的应用
具有自洁、易清洗、抗菌、除臭、防污、防雾 等功能
纳米二氧化钛涂料油墨的应用
无毒无害，与涂料、油漆、油墨原料有极好的相 容性。
造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性。
西北师大光催化二氧化钛.pptx
第12页/共20页
第13页/共20页
3.1.2 Performance of the degradation of dye pollutants by SMPD.
Rate of decolorization
Extent of mineralization to CO2, H2O and other
inorganic species
Formation of intermediates and products
The degradation process of the dyes can be characterized by several parco-existing pollutants on TiO2 modified by organic dyes
1. Introduction
The adsorbed dye or other color species can absorb visible light to be excited. The excited species can inject electrons into the conduction band of the semiconductor, forming conduction band electrons (ecb-) and the oxidized antenna molecules to realize the charge separation (2)and (3).
第6页/共20页
2.2 Efficient use of visible light from the sun
SMPD(Semiconductor-mediated Photodegradation)
第13页/共20页
3.1.2 Performance of the degradation of dye pollutants by SMPD.
Rate of decolorization
Extent of mineralization to CO2, H2O and other
inorganic species
Formation of intermediates and products
The degradation process of the dyes can be characterized by several parco-existing pollutants on TiO2 modified by organic dyes
1. Introduction
The adsorbed dye or other color species can absorb visible light to be excited. The excited species can inject electrons into the conduction band of the semiconductor, forming conduction band electrons (ecb-) and the oxidized antenna molecules to realize the charge separation (2)and (3).
第6页/共20页
2.2 Efficient use of visible light from the sun
SMPD(Semiconductor-mediated Photodegradation)
二氧化钛的制备 PPT课件
iO2是利用固态原料热 分解或固-固反应进行的。基础的固相 法是钛或钛的氧化物按一定的比例充分 混合,研磨后进行煅烧,通过发生固相反 应直接制得纳米TiO2粉体,或者是再次 粉碎得到纳米TiO2粉体。固相法包括热 分解法、固相反应法、火花放电法、高 能球磨法等。
纳米二氧化钛的应用
二氧化钛的制备
1.凝胶-溶胶法
1.原料 钛酸丁酯（分析纯），无水乙醇（优 级纯）冰醋酸（分析纯），浓硝酸（优 级纯），去离子水
2.仪器 真空干燥箱，电热 恒温鼓风干燥箱， 数字ph计，定时恒 温双向磁力搅拌器， 钨灯丝扫描电镜，x 射线衍射仪
3..实验结果和结论 溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛结论如下： （1）水作为反应物之一，它的加入量主要 影响醇盐的水解缩聚反应，是一个关键的 影响参数在实验中确定水和钛酸丁酯的摩 尔比为5，而 且为保证得到稳定的凝胶采用了滴加的方式加 入。 （2）冰醋酸作为鳌合剂与钛酸丁酯发生反 应， 作用是抑制钛酸丁酯的水解速度，在实验中取 冰醋 酸和钛酸丁酯的摩尔比为0.5。
（3）乙醇可以溶解钛酸丁酯,并通过空间 位阻效应阻碍氢链的生成,从而使水解反应 变慢，因此需要控制反应中乙醇的加入量。 本实验研究中取乙醇和钛酸丁酯的摩尔比 为25。 （4）pH值是影响凝胶时间的有一个因素， 通过实验取pH在2～3为宜。最佳工艺即 （摩尔比）m(乙醇):m(水):m(冰醋酸):m(钛 酸丁酯)=25:0.5:5:1，密封放置，约陈化 15h，在450℃以下焙烧，最终可得小于 20nm的二氧化钛粉末
1.随着水量的增加，凝胶时间明显缩短， 在水和钛酸丁酯的摩尔比为5时凝胶时 间最短。随着水量继续增加会生成絮状 物沉淀，凝胶时间延长。 2.本次实验中取冰醋酸和钛酸丁酯的摩尔 比为0.5。 3.实验采用乙醇和钛酸丁酯的摩尔比为25。 4.实验中控制pH值在2～3范围内。
纳米二氧化钛的应用
二氧化钛的制备
1.凝胶-溶胶法
1.原料 钛酸丁酯（分析纯），无水乙醇（优 级纯）冰醋酸（分析纯），浓硝酸（优 级纯），去离子水
2.仪器 真空干燥箱，电热 恒温鼓风干燥箱， 数字ph计，定时恒 温双向磁力搅拌器， 钨灯丝扫描电镜，x 射线衍射仪
3..实验结果和结论 溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛结论如下： （1）水作为反应物之一，它的加入量主要 影响醇盐的水解缩聚反应，是一个关键的 影响参数在实验中确定水和钛酸丁酯的摩 尔比为5，而 且为保证得到稳定的凝胶采用了滴加的方式加 入。 （2）冰醋酸作为鳌合剂与钛酸丁酯发生反 应， 作用是抑制钛酸丁酯的水解速度，在实验中取 冰醋 酸和钛酸丁酯的摩尔比为0.5。
（3）乙醇可以溶解钛酸丁酯,并通过空间 位阻效应阻碍氢链的生成,从而使水解反应 变慢，因此需要控制反应中乙醇的加入量。 本实验研究中取乙醇和钛酸丁酯的摩尔比 为25。 （4）pH值是影响凝胶时间的有一个因素， 通过实验取pH在2～3为宜。最佳工艺即 （摩尔比）m(乙醇):m(水):m(冰醋酸):m(钛 酸丁酯)=25:0.5:5:1，密封放置，约陈化 15h，在450℃以下焙烧，最终可得小于 20nm的二氧化钛粉末
1.随着水量的增加，凝胶时间明显缩短， 在水和钛酸丁酯的摩尔比为5时凝胶时 间最短。随着水量继续增加会生成絮状 物沉淀，凝胶时间延长。 2.本次实验中取冰醋酸和钛酸丁酯的摩尔 比为0.5。 3.实验采用乙醇和钛酸丁酯的摩尔比为25。 4.实验中控制pH值在2～3范围内。
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TiO2的结构
通常TiO2有三种晶型：锐钛矿(a．natase)、金红石 (ruffle)和板钛矿Corookite)。通常认为锐钛矿是 活性最高的一种晶型，其次是金红石型，而板钛矿 和无定型TiO2没有明显的光催化活性 研究表明，由锐钛矿 和金红石以适当比 例组成的混晶通常 比由单一晶体的活 性高
光强度的影响
光照强度和催化效果有直接关系。因为单位体积内有效 光子数是影响反应速率的直接因素。光照强度越高时，单 位体积内所接受的入射光子数越多，在催化剂表面产生的 活性物种越多，反应自然就快。但光强度也不是无限制的 越高越好。当光子的利用率达到最大时，过多的光子无法 得到利用。从经济角度出发，能源的过渡浪费也是不可取 的。另外，TiO2的加入量、光波长、氧浓度的变化等都对 光催化降解反应有影响。
影响Tio2光催化剂的因素
水蒸气对二氧化钦光催化剂的影响
通常情况下，TiO2镀膜表面与水有较大的接触角，但经 紫外光照射后，水的接触角减少到5度以下，甚至可以达 到O度(即水滴完全浸润在TiO2的表面)，显示非常强的亲 水性。进一步研究证明，在光照条件下，TiO2表而的超 亲水性起因于其表面结构的变化:在紫外光的照射下， TiO2价带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移 ，在表而生成电子一空穴对，电子与Ti4+反应，空穴则与 表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钦离子和氧空位 。此时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸 附水(表面轻基)，化学吸附水可进一步吸附空气中的水 分，形成物理吸附层。研究表明，光照时间、光照强度 、品面、环境气氛和热处理都会影响到TiO2的表面结构 ，从而影响到其光催化性能。
光催化氧化反应体系的主要氧化剂究竟是HO·还是空穴，一直 存在争论，许多学者认为HO·起主要作用。ESR研究结果证实 了光催化反应中HO·及一些活性氧自由基的存在 (Noda,1993),Mao(1991)等则证实了氯乙烷的降解速率限制步 骤是HO·对C-H键的攻击过程。但空穴对有机物的直接氧化作 用在适当的情形下也非常重要，特别是一些气相反应，空穴的 直接氧化可能是其反应的主要途径。不同的情形下空穴与羟基 自由基能够同时作用，有时溶液的pH值也决定了羟基自由基还 是空穴起主要作用(Sun，1995)。
TiO2纳米粒子的表面积大小对催化作用 的影响
表面积是决定反应基质吸附量的重要因素。在晶格 缺陷等其它因素相同时，表面积大则吸附量大，活 性就高。一般认为光催化活性由催化剂吸收光的能 力、载流子分离以及向表面转移效率决定。TiO2吸 收光的能力越强，光照产生的电子一空穴对越多。 分离的电子和空穴在能量弛豫中被底部捕获时，引 起氧化还原的几率越大，光催化反应活性也就高。 另外，表面的粗糙度、表面的结晶度、表面的轻基 等也影响着表面的吸附和电子一空穴的复合，进而 影响催化剂的活性。TiO2表面钛羟基(TiOH)结构在 光催化过程中起着重要作用，TiO2光催化活性和表 面Ti3+数量有关，如果Ti3+数量增加，光催化活性就 提高了。
HO·能与电子给体作用，将之氧化， 矿能够与电子受体作用将之还原， 同时h+也能够直接与有机物作用将 之氧化：
具体来说: 在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其 价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价 带上产生空穴（h+）。激发态的导带电子和价带空穴 又能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。当催 化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时， 电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生 氧化—还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电 子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与 表面吸附的 H2O ， O2 反应生成氧化性很活波的羟基自 由基（•OH ）和超氧离子自由基（•O2- ）。能够把各 种有机物氧化直接氧化成CO2、H2O等无机小分子，而 且因为他们的氧化能力强，使一般的氧化反应一般不 停留在中间步骤，不产生中间产物。
TiO2光催化反应机理
当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半 导体时，光激发电子跃迁到导带，形 成导带电子(矿)，同时在价带留下空 穴(矿)。由于半导体能带的不连续性 ，电子和空穴的寿命较长，它们能够 在电场作用下或通过扩散的方式运动 ，与吸附在半导体催化剂粒子表面上 的物质发生氧化还原反应，或者被表 面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化 剂粒子内部或表面也可能直接复合。 空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的 OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一 种活性很高的粒子，能够无选择地氧 化多种有机物并使之矿化，通常认为 是光催化反应体系中主要的氧化剂。 光生电子也能够与O2发生作用生成 HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧 自由基也能参与氧化还原反应。该过 程可用如下反应式表示：
焙烧温度的影响
通常情况下，焙烧温度的提高会导致催化活性的降低， 因为焙烧温度会对TiO2的表面产生影响。随着焙烧温度的 提高，比表面积减少，表面吸附量有明显的减少趋势，并 且焙烧温度升高到一定程度时会引起锐钦矿型TiO2向金红 石型TiO2转变，这是导致降解有机污染物
利用纳米二氧化钛的光催化特性就可以处理含有机污染物的废水 也可以降解空气中有机物。光催化氧化法是一种高效的深度氧化 过程。大量研究工作发现,纳米二氧化钛可将水体中的烃类、卤代 烃、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等较 快地完全氧化为CO2 和H2O 等无害物质,达到除毒、脱色、去臭的 目的,从而消除水中有机物的污染。另外近年来,随着室内建筑装 饰材料、家用化学物质的使用,室内空气污染越来越受到人们的重 视。质量数为1 ⅹ10 - 4以下的甲醛可完全被二氧化钛光催化分 解为CO2 和H2O ,而在较高浓度时则被氧化成甲酸。 目前处理废水的二氧化钛光催化反应器可分为悬浮系和固定体系, 可用于工业废水、生活废水中有机物的处理。对空气中有机污染 物的去除可采用在居室、办公室的窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷 二氧化钛薄膜或在房间内安放二氧化钛光催化设备均可有效降解 这些有机物,达到净化室内空气的目的。二氧化钛也可用于石油、 化工等行业的工业废气的光催化降解。
通常TiO2有三种晶型：锐钛矿(a．natase)、金红石 (ruffle)和板钛矿Corookite)。通常认为锐钛矿是 活性最高的一种晶型，其次是金红石型，而板钛矿 和无定型TiO2没有明显的光催化活性 研究表明，由锐钛矿 和金红石以适当比 例组成的混晶通常 比由单一晶体的活 性高
光强度的影响
光照强度和催化效果有直接关系。因为单位体积内有效 光子数是影响反应速率的直接因素。光照强度越高时，单 位体积内所接受的入射光子数越多，在催化剂表面产生的 活性物种越多，反应自然就快。但光强度也不是无限制的 越高越好。当光子的利用率达到最大时，过多的光子无法 得到利用。从经济角度出发，能源的过渡浪费也是不可取 的。另外，TiO2的加入量、光波长、氧浓度的变化等都对 光催化降解反应有影响。
影响Tio2光催化剂的因素
水蒸气对二氧化钦光催化剂的影响
通常情况下，TiO2镀膜表面与水有较大的接触角，但经 紫外光照射后，水的接触角减少到5度以下，甚至可以达 到O度(即水滴完全浸润在TiO2的表面)，显示非常强的亲 水性。进一步研究证明，在光照条件下，TiO2表而的超 亲水性起因于其表面结构的变化:在紫外光的照射下， TiO2价带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移 ，在表而生成电子一空穴对，电子与Ti4+反应，空穴则与 表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钦离子和氧空位 。此时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸 附水(表面轻基)，化学吸附水可进一步吸附空气中的水 分，形成物理吸附层。研究表明，光照时间、光照强度 、品面、环境气氛和热处理都会影响到TiO2的表面结构 ，从而影响到其光催化性能。
光催化氧化反应体系的主要氧化剂究竟是HO·还是空穴，一直 存在争论，许多学者认为HO·起主要作用。ESR研究结果证实 了光催化反应中HO·及一些活性氧自由基的存在 (Noda,1993),Mao(1991)等则证实了氯乙烷的降解速率限制步 骤是HO·对C-H键的攻击过程。但空穴对有机物的直接氧化作 用在适当的情形下也非常重要，特别是一些气相反应，空穴的 直接氧化可能是其反应的主要途径。不同的情形下空穴与羟基 自由基能够同时作用，有时溶液的pH值也决定了羟基自由基还 是空穴起主要作用(Sun，1995)。
TiO2纳米粒子的表面积大小对催化作用 的影响
表面积是决定反应基质吸附量的重要因素。在晶格 缺陷等其它因素相同时，表面积大则吸附量大，活 性就高。一般认为光催化活性由催化剂吸收光的能 力、载流子分离以及向表面转移效率决定。TiO2吸 收光的能力越强，光照产生的电子一空穴对越多。 分离的电子和空穴在能量弛豫中被底部捕获时，引 起氧化还原的几率越大，光催化反应活性也就高。 另外，表面的粗糙度、表面的结晶度、表面的轻基 等也影响着表面的吸附和电子一空穴的复合，进而 影响催化剂的活性。TiO2表面钛羟基(TiOH)结构在 光催化过程中起着重要作用，TiO2光催化活性和表 面Ti3+数量有关，如果Ti3+数量增加，光催化活性就 提高了。
HO·能与电子给体作用，将之氧化， 矿能够与电子受体作用将之还原， 同时h+也能够直接与有机物作用将 之氧化：
具体来说: 在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其 价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价 带上产生空穴（h+）。激发态的导带电子和价带空穴 又能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。当催 化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时， 电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生 氧化—还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电 子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与 表面吸附的 H2O ， O2 反应生成氧化性很活波的羟基自 由基（•OH ）和超氧离子自由基（•O2- ）。能够把各 种有机物氧化直接氧化成CO2、H2O等无机小分子，而 且因为他们的氧化能力强，使一般的氧化反应一般不 停留在中间步骤，不产生中间产物。
TiO2光催化反应机理
当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半 导体时，光激发电子跃迁到导带，形 成导带电子(矿)，同时在价带留下空 穴(矿)。由于半导体能带的不连续性 ，电子和空穴的寿命较长，它们能够 在电场作用下或通过扩散的方式运动 ，与吸附在半导体催化剂粒子表面上 的物质发生氧化还原反应，或者被表 面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化 剂粒子内部或表面也可能直接复合。 空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的 OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一 种活性很高的粒子，能够无选择地氧 化多种有机物并使之矿化，通常认为 是光催化反应体系中主要的氧化剂。 光生电子也能够与O2发生作用生成 HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧 自由基也能参与氧化还原反应。该过 程可用如下反应式表示：
焙烧温度的影响
通常情况下，焙烧温度的提高会导致催化活性的降低， 因为焙烧温度会对TiO2的表面产生影响。随着焙烧温度的 提高，比表面积减少，表面吸附量有明显的减少趋势，并 且焙烧温度升高到一定程度时会引起锐钦矿型TiO2向金红 石型TiO2转变，这是导致降解有机污染物
利用纳米二氧化钛的光催化特性就可以处理含有机污染物的废水 也可以降解空气中有机物。光催化氧化法是一种高效的深度氧化 过程。大量研究工作发现,纳米二氧化钛可将水体中的烃类、卤代 烃、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等较 快地完全氧化为CO2 和H2O 等无害物质,达到除毒、脱色、去臭的 目的,从而消除水中有机物的污染。另外近年来,随着室内建筑装 饰材料、家用化学物质的使用,室内空气污染越来越受到人们的重 视。质量数为1 ⅹ10 - 4以下的甲醛可完全被二氧化钛光催化分 解为CO2 和H2O ,而在较高浓度时则被氧化成甲酸。 目前处理废水的二氧化钛光催化反应器可分为悬浮系和固定体系, 可用于工业废水、生活废水中有机物的处理。对空气中有机污染 物的去除可采用在居室、办公室的窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷 二氧化钛薄膜或在房间内安放二氧化钛光催化设备均可有效降解 这些有机物,达到净化室内空气的目的。二氧化钛也可用于石油、 化工等行业的工业废气的光催化降解。