光催化技术及其应用 科普
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提高TiO2光催化活性的途径
2018/9/25
光催化历史回顾
1972年，在半导体TiO2电极上发现了光催化裂解水反应，揭开了多相光 催化新时代的序幕。
Prof. Akira Fujishima “The Father of Photocatalysis”
The University of Tokyo, Japan
1989 年，K. Tanaka等人研究发现有机物的半导体光催化过程由羟基自 由基（·OH）引起，在体系中加入H2O2可增加·OH的浓度。
进入了90 年代，随着纳米技术的兴起和光催化技术在环境保护、卫生 保健、有机合成等方面应用研究的发展迅速，纳米量级的光催化剂的 研究，已经成为国际上最活跃的研究领域之一。
反应速度快，有机污染物可在几分钟 到数小时内被完全破坏；
降解没有选择性，几乎能降解任何有 机物；
消除二次污染，矿化产物为无机离子， CO2，H2O；
催化剂TiO2廉价，无毒； 催化剂TiO2易分离和重复使用。
2018/9/25
光催化应用
水Байду номын сангаас化
光 难降解有机污染物
TiO2
CO2 + H2O + 简单无机物
2018/9/25
石建稳
报告提纲
报告 提纲
活跃在我们身边的光催化 光催化原理 光催化历史回顾 光催化应用 纳米TiO2光催化剂简介
提高TiO2光催化活性的途径
2018/9/25
活跃在我们身边的光催化
室内空气净化器
冷暖型壁挂直流变频空调， 光催化过滤网
2018/9/25
车载空气净化器
活跃在我们身边的光催化
物质名称
甲醇 甲苯 偶氮染料 酸性橙 敌敌畏 久效磷 甲拌磷 对硫磷 马拉硫磷 滴滴涕
降解情况
完全降解为二氧化碳 完全降解
降解乃至完全褪色 降解乃至完全褪色 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质
完全降解
光催化应用 水净化
光催化冰箱：除臭、保鲜
2018/9/25
玻璃外墙：自清洁 汽车后视镜：防雾
活跃在我们身边的光催化
2018/9/25
光催化捕蚊器
光催化盘景艺术
报告提纲
报告 提纲
活跃在我们身边的光催化 光催化原理 光催化历史回顾 光催化应用 纳米TiO2光催化剂简介
提高TiO2光催化活性的途径
2018/9/25
光催化原理
物质名称 4-氯酚 二氯酚 五氯酚 氯化酚 氯仿
四氯化碳 三氯乙烯 氯代烷烃 氯代芳烃
2018/9/25
降解情况
完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 电子给予体参与下完全降解 氧存在时降解程度为99.4% 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质
2 OH O2 H 2O2 OOH H2O e H2O2 OH H2O2 e OH OH H2O2 O2 OH OH
OH
O
2
有机物 CO2 H2O
2018/9/25
报告提纲
报告 提纲
活跃在我们身边的光催化 光催化原理 光催化历史回顾 光催化应用 纳米TiO2光催化剂简介
2018/9/25
光催化历史回顾
被引用次数最高的前1000篇论文
(超出显示选项设置值以外还有 51 个国家/地区值)
2018/9/25
按国家排序前10位
(超出显示选项设置值以外还有 2219 个作者值)
按作者排序前10位
报告提纲
报告 提纲
活跃在我们身边的光催化 光催化原理 光催化历史回顾 光催化应用 纳米TiO2光催化剂简介
2018/9/25
光催化原理
植物光合作用
2018/9/25
氢气
氧气
表征
光催化剂
光催化作用
光催化原理
老化
2018/9/25
光催化原理示意图
光催化原理
2018/9/25
电子激发及迁移过程示意图
光催化原理
TiO2 hv TiO2 h e
H 2O h OH H OH h OH
O2 e O2 H2O O2 OOH OH
1977 年，T. Yokota 等发现在光照条件下，TiO2对丙烯环氧化具有光催 化活性，从而拓宽了光催化的应用范围，为有机物氧化反应提供了一 条新的思路。
自1983 年起，A. L. Pruden和D. Follio就烷烃、烯烃和芳香烃的氯化物 等一系列污染物的光催化氧化作了研究，发现反应物都能迅速降解。
什么是光催化？
光催化：就是在光的作用下进行的催化反应。光催化剂 吸收特定波长的光辐射后，受激产生电子空穴对，随后 引发一系列的化学反应。
光催化剂：是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的 物质，光催化剂是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量， 来产生催化作用，使周围的氧气及水分子表激征发成极具氧化力的自由负离子。 几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加 速反应，而且不造成资源浪费与附加污染形成。最具代表性的例子为植物 的"光合作用"，吸收二氧化碳，利用光能转化为氧气及水。
2018/9/25
光催化应用 水净化
2018/9/25
光催化技术在处理这些难降解 有机废水上具有独到的优势，可 以在光的照射下，将有机物彻底 氧化分解为CO2、H2O及一些无 机小分子，净化水体，消除环境 污染。
光催化
难降解
CO2
氧化法
工业废水
H2O
光催化应用
水净化
能耗低，反应条件温和，在紫外光和 太阳光照射下就可以发生反应；
提高TiO2光催化活性的途径
2018/9/25
光催化应用 水净化
染料废水：是目前难降解的工业废水之一，其毒性大，色泽深，严 重危害了生态环境。
农药：我国每年农药产量大约20万吨，还从国外进口农药75万吨。 通过喷施、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。
Ref:国家环境保护总局.《长江三峡工程生态与环境监测公报》
Citations per year of the 1972 Nature paper
2018/9/25
Photoelectrochemical cell used in the photolysis of water
光催化历史回顾
1976 年John. H .Carey等研究了多氯联苯的光催化氧化，被认为是光催 化技术在消除环境污染物方面的首创性研究工作。
2018/9/25
光催化历史回顾
1972年，在半导体TiO2电极上发现了光催化裂解水反应，揭开了多相光 催化新时代的序幕。
Prof. Akira Fujishima “The Father of Photocatalysis”
The University of Tokyo, Japan
1989 年，K. Tanaka等人研究发现有机物的半导体光催化过程由羟基自 由基（·OH）引起，在体系中加入H2O2可增加·OH的浓度。
进入了90 年代，随着纳米技术的兴起和光催化技术在环境保护、卫生 保健、有机合成等方面应用研究的发展迅速，纳米量级的光催化剂的 研究，已经成为国际上最活跃的研究领域之一。
反应速度快，有机污染物可在几分钟 到数小时内被完全破坏；
降解没有选择性，几乎能降解任何有 机物；
消除二次污染，矿化产物为无机离子， CO2，H2O；
催化剂TiO2廉价，无毒； 催化剂TiO2易分离和重复使用。
2018/9/25
光催化应用
水Байду номын сангаас化
光 难降解有机污染物
TiO2
CO2 + H2O + 简单无机物
2018/9/25
石建稳
报告提纲
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室内空气净化器
冷暖型壁挂直流变频空调， 光催化过滤网
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物质名称
甲醇 甲苯 偶氮染料 酸性橙 敌敌畏 久效磷 甲拌磷 对硫磷 马拉硫磷 滴滴涕
降解情况
完全降解为二氧化碳 完全降解
降解乃至完全褪色 降解乃至完全褪色 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质
完全降解
光催化应用 水净化
光催化冰箱：除臭、保鲜
2018/9/25
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2018/9/25
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2018/9/25
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物质名称 4-氯酚 二氯酚 五氯酚 氯化酚 氯仿
四氯化碳 三氯乙烯 氯代烷烃 氯代芳烃
2018/9/25
降解情况
完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质 电子给予体参与下完全降解 氧存在时降解程度为99.4% 完全降解为无机物质 完全降解为无机物质
2 OH O2 H 2O2 OOH H2O e H2O2 OH H2O2 e OH OH H2O2 O2 OH OH
OH
O
2
有机物 CO2 H2O
2018/9/25
报告提纲
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2018/9/25
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被引用次数最高的前1000篇论文
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2018/9/25
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(超出显示选项设置值以外还有 2219 个作者值)
按作者排序前10位
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活跃在我们身边的光催化 光催化原理 光催化历史回顾 光催化应用 纳米TiO2光催化剂简介
2018/9/25
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植物光合作用
2018/9/25
氢气
氧气
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光催化剂
光催化作用
光催化原理
老化
2018/9/25
光催化原理示意图
光催化原理
2018/9/25
电子激发及迁移过程示意图
光催化原理
TiO2 hv TiO2 h e
H 2O h OH H OH h OH
O2 e O2 H2O O2 OOH OH
1977 年，T. Yokota 等发现在光照条件下，TiO2对丙烯环氧化具有光催 化活性，从而拓宽了光催化的应用范围，为有机物氧化反应提供了一 条新的思路。
自1983 年起，A. L. Pruden和D. Follio就烷烃、烯烃和芳香烃的氯化物 等一系列污染物的光催化氧化作了研究，发现反应物都能迅速降解。
什么是光催化？
光催化：就是在光的作用下进行的催化反应。光催化剂 吸收特定波长的光辐射后，受激产生电子空穴对，随后 引发一系列的化学反应。
光催化剂：是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的 物质，光催化剂是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量， 来产生催化作用，使周围的氧气及水分子表激征发成极具氧化力的自由负离子。 几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加 速反应，而且不造成资源浪费与附加污染形成。最具代表性的例子为植物 的"光合作用"，吸收二氧化碳，利用光能转化为氧气及水。
2018/9/25
光催化应用 水净化
2018/9/25
光催化技术在处理这些难降解 有机废水上具有独到的优势，可 以在光的照射下，将有机物彻底 氧化分解为CO2、H2O及一些无 机小分子，净化水体，消除环境 污染。
光催化
难降解
CO2
氧化法
工业废水
H2O
光催化应用
水净化
能耗低，反应条件温和，在紫外光和 太阳光照射下就可以发生反应；
提高TiO2光催化活性的途径
2018/9/25
光催化应用 水净化
染料废水：是目前难降解的工业废水之一，其毒性大，色泽深，严 重危害了生态环境。
农药：我国每年农药产量大约20万吨，还从国外进口农药75万吨。 通过喷施、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。
Ref:国家环境保护总局.《长江三峡工程生态与环境监测公报》
Citations per year of the 1972 Nature paper
2018/9/25
Photoelectrochemical cell used in the photolysis of water
光催化历史回顾
1976 年John. H .Carey等研究了多氯联苯的光催化氧化，被认为是光催 化技术在消除环境污染物方面的首创性研究工作。