光催化技术知识讲解

光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛 昭教授发现。 在一次试验中对放入水中的氧化钛单结 晶进行了光线照射，结果 发现水被分解成了氧和氢。 这一效果作为 “ 本多 ·藤岛效果 ” （HondaFujishima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教 授 和当时他的指导教师----东京工艺大学校长本多健一 的名字。
光催化技术应用领域
光催化循百度文库水处理系统
万利达车用空气净化器KJ-100
纳米光催化空气消毒反应器
纳米光催化空气消毒装置加载特 点：
1. 高度消毒
2. 高效清楚化学污染。
3. 独特中央空调加载方式。
4. 消毒材料无需更换。
5. 为使用单位节约巨额能源消 耗经费。
6. 进行空气消毒时，可以人机 同在。在消毒过程中，存在两个 事实：第一， 该消毒过程为物理 消毒，完全在反应区内完成，空 气经消毒离开，不带有任何对空 气造成其他再污染的物质，属于 “自静”形式消毒；第二， 该过 程中，纳米TiO2没有任何消耗， 所以，不需要对消毒材料进行更 换。
光触媒
光触媒[PHOTOCATALYSIS] 是 光 [Photo=Light] + 触媒(催化剂)[catalyst] 的合成词。光触媒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，光触媒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，使周围之氧气及水分子 激发成极具氧化力的 OH - 及 O 2 - 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，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。
光催化网
利用“电化学组装-阳极 氧化联用技术”，在金属 载体上制备出高结合强度， 高反应效率的纳米TiO2磁 性膜光催化剂。用来处理 空气中的甲醛、苯、氨等 有害气体 以及细菌等有 害物质的深层净化技术， 也可以广泛应用于受有机 物污染的水体净化。
TiO2光催化膜的表面形貌
由图看出，TiO2膜是 由许多TiO2微小颗粒 构成的呈交叉网状结 构的多孔-微晶立体 膜。膜的真实比表面 很大，对光的吸收十 分有利。
由于是借助光的力量促进氧化分解反应，因此后 来将这一现象中的氧化钛称作光触媒。 这种现象相当 于将光能转变为化学能。
几种常用的光触媒
TiO2、 CdS 、 WO3 、ZnO、ZnS、Fe2O3、SnO2等 纳米光触媒：CdS,Fe2O3,TiO2,ZnO等 TiO2的优点：
催化活性高、化学性质稳定、成本低、无毒 因此被广泛应用
其中，光催化分解反应机理如下：
光催化的技术特征
（1）低温深度反应： 光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物 完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则 需要在极高的温度下才可将污染物摧毁，即使用常规的 催化氧化方法亦需要几百度的高温。 （2）净化彻底： 它直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的 物质，不留任何二次污染，目前广泛采用的活性炭吸附 法不分解污染物，只是将污染源转移。 （3）绿色能源： 光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧 化—还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗。 从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。
光催化技术
宋光辉
什么是光催化?
概括说来，就是光触媒在外界可见光的作用下 发生催化作用。
光催化一般是多种相态之间的催化反应。 光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）
下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。
光合作用也可以看作光催化
半导体光催化机理示意图
具体来说（见下图），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。
光催化的研究
1972年 日本Fujishima和 Honda在Nature上报道在光辐射的TiO2 半导体电极和金属电极组成的电池中，可持续发生水 的氧化还原反应，产生H2。
1976年 J.H.Cary 发现TiO2在光照条件下可非选择性氧化(降 解)各类有机物，并使之彻底矿化，生成CO2和H2O。
（4）氧化性强： 大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点， 对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、 六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有 机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是羟基自由 基（HO），HO的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、 高锰酸钾、次氯酸等。 （5）广谱性： 光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，美国 环保署公布的九大类114种污染物均被证实可通过光催 化得到治理，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含 氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般 经过持续反应可达到完全净化。 （6）寿命长： 理论上，催化剂的寿命是无限长的。
80年代中期 我国学者开展半导体光催化的研究 在环保方面得到应用——烃类和多环芳烃、卤代芳 烃、染料、表面活性剂、农药、油类、氰化物等
福建省光催化技术工程研究中心
是依托福州大学光催化研究所，跨物化、无机、材料、电子 和环保等学科组建的开放式技术工程研究中心。中心集基础创新 研究、技术产品开发、工程化研究、科技成果转化、产业化实施 和人才培养于一体。中心位于建筑面积达28000平方米的福州大 学内，拥有完善的研究设施和产业化中试基地，其实验室及附属 的光催化产品中试车间拥有价值近1700万元的科研仪器和设备。 近年来，在光催化基础理论、应用研究、产业化实施和人才培养 等方面，取得了丰硕成果，是我国目前光催化领域中规模最大、 科研实验条件最好、在国内外光催化领域具有重要影响的研究机 构。