Tio2材料的性质及应用 ppt课件
专题一 纳米TiO2光催化材料及其应用
2. 溶胶-凝胶法
先将醇盐溶于有机溶剂中，通过加入蒸馏水，使醇盐水解 形成溶胶，溶胶凝化处理后得到凝胶，再经干燥和煅烧得 到超细粉体 通过适当控制溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和反应 时间，可制备出小至纳米级的超细粉体 优点易掺杂，缺点颗粒分布宽
3. 水热法
可用于制备100％纯度的板钛矿相TiO2 两类：（1）以含水的沉淀或无定型氧化钛粉体为前驱体， 适当添加一定量的催化剂；(2) 直接以钛醇盐或钛的无机盐 为原料添加一定的酸或碱以调节产物的形貌和晶型；
板钛矿TiO2 晶体结构
TiO2光催化机理
Conduction band
Aads D Dads Doxidized + Eg h Areduced band gap A
Valence band
semiconductor particle
热力学容许光催化氧化-还原反应发生的要求：受体电势比半导体导带 电势要低，供体电势要比半导体价带电势高。
3. 水热法
• 强酸性介质和较高的水热温度
pH值和温度的影响
有利于形成金红石型 • 中性及弱酸性介质和较低的反 应温度有利于形成锐钛矿相 • 中性和弱碱性条件有利于板钛 矿的生产
酸种类的影响
HCl和HNO3溶液中，有利于金红石相 H2SO4和HF溶液中，锐钛矿相
3. 水热法
SO42-的影响
室内环境净化
主要有机物光催化降解反应
有机物 烃 卤代烃 羧酸 表面活性剂 染料 含氮有机物 有机磷杀虫剂 催化剂 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 光源 紫外 紫外 紫外，氙灯 日光灯 紫外 紫外 紫外，太阳光 光解产物 CO2 ，H2O HCl，CO2，H2O CO，H2，烷烃，醇，酮，酸 CO2，SO32CO2，H2O，无机离子，中间物 CO32-，NO32-，NH4+，PO43-，F- 等 Cl-，PO43-，CO2
TiO2的性质和应用
编辑词条TiO2目录[隐藏]二氧化钛纳米TiO2二氧化钛纳米TiO2[编辑本段]二氧化钛钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。
以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。
钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。
特别可贵的是钛白无毒。
它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
作用二氧化钛是世界上最白的东西，l克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。
它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。
世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。
二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。
此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。
在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。
二氧化钛是广泛被应用的白色颜料由于其亮光和非常高折射率(n= 2.4), 只有金刚石超过它。
作为当存款时用薄膜, 其折射率和颜色使它作为优秀反射性光学涂层为电介质镜子。
TiO2 并且是有效的不透光剂以粉末形式, 它被使用因为颜料提供苍白和不透明对产品譬如油漆、涂层、塑料、论文、墨水、食物, 和多数牙膏。
在化妆用品和护肤品, 二氧化钛被使用作为颜料和浓化剂, 并且在几乎每sunblock 与一个物理预锻模, 二氧化钛被发现由于其折射率和其对色变的抵抗在紫外光之下。
这可以提高其稳定和能力保护皮肤免受紫外光。
获得纯净的二氧化钛使用单质制取而是从钛铁矿获得。
它最纯净的形式之一是在金红石海滩沙子中开采。
[编辑本段]纳米TiO2纳米TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能,在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。
二氧化钛有三种晶体形态：板钛矿不能做为颜料使用，锐钛矿偶尔使用和金红石，最常用的晶体形态有两种不同方法生产金红石颜料：硫酸盐法(老式法)和氯化物法(新方法)。
纳米TiO2的制备与应用
1.1纳米材料概述纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米围之间的材料。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，因此其所表现的特性如具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。
从而使得熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
而现在，纳米材料已经渗透入医药化工、电子计算机和电子工业、环境保护、纺织工业、机械工业等多个领域，展现了其非凡的特性和广阔的发展的前景[1-13]。
二、纳米材料的发现和发展1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。
1959年12月29日理查德•费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲。
虽然没有使用“”纳米这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。
1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。
1984年德国萨尔兰大学（Saarland University)的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。
Gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。
1974年日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。
1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience&Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
Tio2材料的性质及应用PPT优秀课件
导带
Ec Ed
Ev
价带
N型半导体的能级
2021/5/26
导带
Ec
Ea Ev
价带
P型半导体的能级
5
P型半导体中电子转移示意图
C:\Documents and Settings\Administrator\桌 面\03_02_07_1.swf桌面\03_02_07_1.swf
N型半导体中电子转移示意图
CdSe
1.7
α-Fe2O3
3.1
金属硫化物在水溶液中不稳定， 会发生阳极光腐蚀，且有毒！
10
➢光催化技术的发展历史
2021/5/26
11
➢TiO2光催化剂的优点
2021/5/26
12
➢TiO2的结构与性质
TiO6
Ti
O
金红石型
锐钛矿型
2021/5/26
TiO2晶型结构示意图
13
➢TiO2晶体的基本物性
被广泛的应用。
纳米TiO2粉体
2021/5/26
3
半导体是指电导率在金属电导率（约104~106Ω/cm)和电 介质电导率（ ＜1-10 Ω/cm)之间的物质，一般的它的禁带宽 度Eg小于3eV。
半导体
本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带中不存在 半导体电子的状态,即缺陷能级)
掺杂半导体
N型半导体 （正电荷中心起提供电子的作用， 依靠自由电子进行导电）
2021/5/26
6
➢为什么要用纳米半导体光催化剂？（量子限域效应）
粒子半导体
团簇（表面界面效应）
导带
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二氧化钛及其应用
二氧化钛及其应用一、二氧化钛的性质二氧化钛（化学式：TiO₂）是白色固体或粉末状的两性氧化物，分子量为79.83。
1、晶型的性质：TiO2存在金红石型、锐钛型、板钛型等三种主要晶型。
2、光学性质：由于TiO2纳米粒子既能散射又能吸收紫外线，故它具有很强的紫外线屏蔽性。
常作为防晒剂掺入纺织纤维中，超细的二氧化钛粉末也被加入进防晒霜膏中制成防晒化妆品。
3、物理性质：TiO2熔点很高，也被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
TiO2光泽度及硬度较高，具有最佳的不透明性、最佳白度和光亮度可以用作白色无机颜料、搪瓷的消光剂。
TiO2具有半导体的性能对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性，生产陶瓷电容器等电子元器件。
4、化学性质：TiO2无毒、不溶于水或者稀硫酸，且因为化学性质稳定、不易起变化，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。
二、二氧化钛光催化原理在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。
TiO2的三种晶型中板钛矿的光催化性能和稳定性最差，基本没有相关的研究和应用。
金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。
锐钛型具有更高的光催化活性能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。
因此，锐钛矿是常用的处理环境污染方面问题的光催化材料。
锐钛矿受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而跃迁形成光生电子e-。
如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。
TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，生成超氧自由基·O2-；而h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成羟基自由基·OH；·OH和·O2-，其氧化能力极强几乎能够使各种有机物的化学键断裂，因而能氧化绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等物质。
纳米TiO2
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19
2.3.1 光催化环保涂料
纳米TiO2氟碳涂料光照过程产生的羟基与生物大分子（如脂类、蛋白 质、酶以及核酸）通过一系列氧化链式反应对生物细胞结构引起广泛 的损伤性破坏，攻击有机物的不饱和键或抽取氢原子，使细菌蛋白质 变异或脂类分解（多肽链断裂和糖类解聚），将细胞质中的原生质活 酶破坏，以此杀灭细菌使之分解，赋予涂料很强的杀菌抑菌功能，对 空气中细菌、霉菌、发臭有机物等有净化的作用；有长期的防霉防藻 效果，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力；疏水性极佳，容易清洗涂 层表面的污物。
(5)含汞废水的处理：同六价铬还原相似，无机汞离子从半导体导带 到电子而被还原到零价汞。
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15
2.2.3. 对室内空气中污染物的降解
纳米TiO2光催化技术在清除挥发性有机物上(VOC)具有独到之处，能 将许多难于用其他方法降解的污染物最终达到无机化，一般生成二氧 化碳和水，以及相应的化合物。
(4)毛纺染整废水处理：把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于 玻璃反应器中，毛纺染整废水在反应器内循环进行光催化氧化处理。
(5)印染废水处理
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14
2.2.2. 降解水中无机污染物
(1)含铬废水的处理：用TiO2掺杂Pb 2+作为吸附剂，利用TiO2薄膜在光 催化下使Cr6+转化成Cr3+，去除率为99．5％。
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7
1.3.3 TiCl4水解法
TiCl4水解法就是以TiCl4为原料，以碱为催化剂，得到 Ti02的水合物，然后经过离心、洗涤、干燥和煅烧即可得 到纳米二氧化钛。
二氧化钛材料介绍
二氧化钛（TiO2）是一种具有多种优异性能的无机化合物，广泛应用于涂料、塑料、陶瓷、玻璃、化妆品、医药、环保等领域。
它是一种白色粉末，无毒、无味、无污染，具有良好的光催化活性和化学稳定性。
本文将对二氧化钛材料进行详细介绍。
一、物理性质1. 外观：二氧化钛为白色粉末，无固定熔点，熔点范围在1840℃。
2. 密度：二氧化钛的密度为4.0-4.2g/cm3。
3. 折射率：二氧化钛的折射率为2.71。
4. 溶解性：二氧化钛在水中的溶解度较低，但在酸性或碱性条件下，其溶解度会显著提高。
二、化学性质1. 化学稳定性：二氧化钛具有较高的化学稳定性，不易与其他物质发生化学反应。
在常温下，它不会与水、酸、碱等物质发生反应。
2. 光催化活性：二氧化钛具有很强的光催化活性，能够在紫外光照射下产生电子-空穴对，从而引发光催化反应。
这使得二氧化钛在环保领域具有广泛的应用前景，如空气净化、污水处理等。
3. 抗菌性：二氧化钛具有一定的抗菌性，能够抑制细菌、病毒等微生物的生长和繁殖。
因此，它被广泛应用于化妆品、食品包装等领域。
三、应用领域1. 涂料：二氧化钛作为一种重要的颜料添加剂，可以提高涂料的遮盖力、耐候性和抗紫外线性能。
此外，二氧化钛还具有光催化功能，可以分解空气中的有害物质，提高室内空气质量。
2. 塑料：二氧化钛可以作为一种新型的光稳定剂，用于改善塑料的耐光老化性能。
同时，二氧化钛还可以提高塑料的抗紫外线性能，延长其使用寿命。
3. 陶瓷：二氧化钛可以作为陶瓷釉料的主要成分，提高陶瓷的耐磨性、抗冲击性和抗紫外线性能。
此外，二氧化钛还可以提高陶瓷的装饰效果，使其更加美观大方。
4. 玻璃：二氧化钛可以作为玻璃的着色剂，赋予玻璃各种颜色。
同时，二氧化钛还可以提高玻璃的抗紫外线性能，延长其使用寿命。
5. 化妆品：二氧化钛具有良好的遮盖力和光学性能，可以作为化妆品中的颜料添加剂。
此外，二氧化钛还具有抗菌性，可以抑制细菌、病毒等微生物的生长和繁殖，保护皮肤健康。
光催化剂二氧化钛ppt课件
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，这是导致其光催化性能下降的主要原因。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的，是 时间的 函数，随时间 的推移 而增值，其增值 的这部 分资金 就是原 有资金 的时间 价值
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。
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：
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：
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的，是 时间的 函数，随时间 的推移 而增值，其增值 的这部 分资金 就是原 有资金 的时间 价值
钛白粉学习资料ppt课件
二氧化硅
1.41~1.49
碳酸钙
1.63
陶土（白土） 1.65
硅酸镁
1.65
立德粉
1.84
氧化锌
2.02
氧化锑
2.09~2.29
硫化锌
2.37
锐钛型二氧化钛 2.55
金红石型二氧化钛 2.73
基料或介质
折射率
空气
1.0003
水
1.3330
聚乙稀
1.50~1.54
常用白色颜料折射率与着色力对比表
颜料名称 金红石型二氧化钛 锐钛型二氧化钛 硫化锌 锌白 铅白 立德粉
折射率 2.71 2.55 2.37 2.03 1.99 1.84
着色力（雷诺值） 1650~1700 1200~1300 660 300 300 260
由此得出二氧化钛在白色颜料中折射率最高，因而着色力也大于其它白色颜料。 同遮盖力一样，二氧化钛的着色力与二氧化钛的粒径，粒径分布和分散性有很大的影响。
不同大小的TiO2粒子具有不同的分散特性： 如图所示，有些特性发展 得比别的更快，所以评价分散的好坏一定要根据真正所需的性能。
不同大小的TiO2粒子具有不同的分散特性： 如图所示，有些特性发展得比别的更快， 所以评价分散的好坏一定要根据真正所需的性能。
2． 有机处理
TiO2是一种极性很强的物质，为了提高在弱极性介质中的分散性，需要在钛 白粉的表面提供一种亲有机物质的表面，基本原理是加入表面活性剂或其它助剂， 借以降低TiO2和介质之间的表面张力，使介质容易取代吸附在TiO2表面的空气和 水，使TiO2颗粒实现分离。
以杜邦的塑料用钛白粉为例，不同的表面包覆即钛白粉品种如下：
Ti-Pure物理性能 – 塑料牌号
钛白粉学习资料ppt课件共36页
3．遮盖力
遮盖力指当一件物料涂以某种涂料时，涂料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色，使 之底色不能透过涂料显露出来的能力。 遮盖力的表示方法是每平方厘米被涂物体的表面积，在完全被遮盖时所需颜料的最低 质量。
遮盖力=颜料质量（g）/被涂物体表面积（cm）
二氧化钛颜料在工业中最重要的作用，在于利用它被分散到介质中的不透明性，从而 达到遮盖的作用。 颜料的遮盖力不但取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，也取决于它对光 的吸收能力。 二氧化钛和其它的白色颜料一样，它对光的吸收能力很小，光的散射能 力对遮盖力的影响比光的吸收能力大，所以其遮盖力主要受散射力的影响，和着色力 一样也受到颜料的折射率、粒径、粒径分布和分散性能的影响。 折射率大的颜料有较大的遮盖力（HP），颜料与基料的折射率之差越大，遮盖力也越 高。并且如果两者的折射率相等，涂膜即呈现透明。所以同一种颜料的遮盖力应随基 料（展色剂）的不同而不同。可是不同基料的折射率差异不大，所以一般来说不同基 料引起的遮盖力差异也不大。
一． 钛白粉简介
钛白粉化学名称为二氧化钛（TiO2）， 分子量79.88
英文名称：Titanium Dioxide
钛白粉为白色无机颜料，钛白粉颜料被 认为是世界上最重要的白色颜料，广泛 应用于涂料，塑料、造纸、印刷油墨、 化纤、橡胶等。
一． 钛白粉简介
二氧化钛在已知所有白色颜料中折射率最高， （金红石型2.71，锐钛型2.55）。因此具有很 高的遮盖力和优良的光学性能。
钛白粉表面处理及其作用
二． 钛白粉的主要性质
1．物理性质
二氧化钛是一种多晶型的化合物，在自然 界中有三种结晶形态：金红石型，锐钛型和板 钛型。板钛型不稳定，在 650℃ 下会向金红 石型转化，因而没有工业价值。锐钛型在高温 下（ 700℃ ）以上能够转变成金红石型，金 红石型与锐钛型相比，因晶格较小而紧密，所 以具有较高的折射率。
二氧化钛纳米材料
二氧化钛纳米材料二氧化钛（TiO2）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景，尤其是在纳米材料领域。
纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料，具有特殊的物理、化学和生物学性质。
二氧化钛纳米材料因其独特的光电性能和化学稳定性，被广泛应用于光催化、光电器件、传感器、抗菌材料等领域。
首先，二氧化钛纳米材料在光催化领域具有重要应用。
由于其较大的比表面积和优异的光催化性能，二氧化钛纳米材料被广泛应用于水分解、有机废水处理、空气净化等领域。
通过光催化作用，二氧化钛纳米材料可以有效分解有害物质，实现环境净化和资源利用，具有重要的环保和能源应用价值。
其次，二氧化钛纳米材料在光电器件方面也有重要应用。
由于其优异的光电性能和稳定性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于太阳能电池、光电探测器、光致发光器件等领域。
通过合理设计和制备二氧化钛纳米材料，可以实现光电器件的高效能转换和稳定性，推动光电器件领域的发展和应用。
此外，二氧化钛纳米材料在传感器领域也具有重要应用。
由于其高灵敏度和快速响应特性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于气体传感、生物传感、化学传感等领域。
通过构建二氧化钛纳米材料基底的传感器，可以实现对环境中有害气体、生物分子、化学物质等的高灵敏检测和快速响应，具有重要的应用前景和社会价值。
最后，二氧化钛纳米材料在抗菌材料方面也有重要应用。
由于其优异的抗菌性能和生物相容性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于医疗器械、食品包装、环境卫生等领域。
通过将二氧化钛纳米材料引入抗菌材料中，可以实现对细菌、病毒等微生物的高效杀灭和抑制，具有重要的医疗卫生和食品安全应用价值。
总之，二氧化钛纳米材料具有广泛的应用前景，在光催化、光电器件、传感器、抗菌材料等领域都有重要的应用价值。
随着纳米材料研究的不断深入和发展，相信二氧化钛纳米材料将在更多领域展现出其独特的优势和应用价值。
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TiO2 SrTiO3
0
Fe2O3
WO3
1 Si
2 ZnS
3
SnO2
H+/H2
O2/H2O
4
.
各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（pH = 0）
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9
➢常见的光催化材料
photocatalyst Ebg（eV）
ZnO在水中不稳定，会在 粒子表面生成Zn(OH)2
photocatalyst Ebg（eV）
P型半导体（负电荷中心起提供电子的作用， 依靠空穴进行导电）
半导体的能带结构
导带
Eg＜ 3eV
禁带
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价带
4
实际半导体中，由于半导体材料中不可避免地存在杂质和各
类缺陷，使电子和空穴束缚在其周围，成为捕获电子和空穴的陷 阱，产生局域化的电子态，在禁带中引入相应电子态的能级。N 型半导体的缺陷能级Ed靠近导带，P型半导体的Ea靠近价带。
Si
1.1
ZnO
3.2
TiO2（Rutile)
3.0
TiO2(Anatase)
3.2
WO3Βιβλιοθήκη 2.7CdS2.4
ZnS
3.7
SnO2
3.8
SiC
3.0
CdSe
1.7
Fe2O3
2.2
α-Fe2O3
3.1
金属硫化物在水溶液中不稳定，
铁的氧化物会发生阴极光腐蚀 会发生阳极光腐蚀，且有毒！
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10
➢光催化技术的发展历史
CB/e-
0.2eV CB/e-
两者的价带位置相同，光生 空穴具用相同的氧化能力;但
锐钛矿相导带的电位更负， 光生电子还原能力更强
3.2eV VB/h+
3.0eV VB/h+
混晶效应：锐钛矿相与金红 石相混晶氧化钛中，锐钛矿 表面形成金红石薄层，这种 包覆型复合结构能有效地提 高电子-空穴的分离效率
12
➢TiO2的结构与性质
TiO6
Ti
O
金红石型
锐钛矿型
TiO2晶型p结pt课件构示意图
13
➢TiO2晶体的基本物性
Crystal Relative Type of structures density lattice
Lattice constant
ac
Lengths of Ti-O bond Eg/eV
导带
Ec Ed
Ev
价带
N型半导体的能级
导带
Ec
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Ea Ev
价带
P型半导体的能级
5
P型半导体中电子转移示意图
C:\Documents and Settings\Administrator\桌 面\03_02_07_1.swf
N型半导体中电子转移示意图
C:\Documents and Settings\Administrator\桌面 \03_02_08_1.Mpeg.swf
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11
➢TiO2光催化剂的优点
1.水中所含多种有机污染物可被完全降解成CO2，H2O等， 无机污染物被氧化或还原为无害物
2.不需要另外的电子受体
3.合适的光催化剂具有廉价无毒，稳定及可重复利用等优 点
4.可以利用太阳能作为光源激活光催化剂
5.结构简单，操作容易控制，氧化能力强，无二次污染
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PN节
C:\Documents and Settings\Administrator\桌面 \03_02_09_1.swf C:\Documents and Settings\Administrator\桌面 \03_02_09_2.swf
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➢为什么要用纳米半导体光催化剂？（量子限域效应）
1972年，Fujishima 在N-型半导体TiO2电极上发现 了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这
一新的领域。
1977年，Yokota T等发现了光照条件下，TiO2对环 丙烯环氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化反应
的应用范围，为有机物的氧化反应提供了一条新思路。
近年来，光催化技术在环保、卫生保健、自洁净 等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际 上最活跃的研究领域之一。
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原子 轨道
N=1
分子 轨道
N=2
簇物
N=10
量子化 粒子
半导体
N=2000 N>>2000
LUMO
导
带
能
量
价 带
HOMO
半导体能带宽度与粒子大小N(Å)的关系示意图
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1.1 2.2
2.4 3.2 2.8 3.03
3.2 3.6
3.8
-1 ENHE
CdS
ZnO
光催化反应是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是光反应和催化反应 的融合，是光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。
纳米TiO2是一种新型的无机金属氧化物材料，它是一种N型半导体材料，由
于具有较大的比表面积和合适的禁带宽度，因此具有光催化氧化降解一些化合物
的能力，纳米TiO2具有优异的光催化活性，并且价格便宜，无毒无害等优点因此
被广泛的应用。
纳米TiO2粉体
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3
半导体是指电导率在金属电导率（约104~106Ω/cm)和电 介质电导率（ ＜1-10 Ω/cm)之间的物质，一般的它的禁带宽 度Eg小于3eV。
半导体
本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带中不存在 半导体电子的状态,即缺陷能级)
掺杂半导体
N型半导体 （正电荷中心起提供电子的作用， 依靠自由电子进行导电）
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➢ TiO2光催化材料的特性
优缺点
1. 原料来源丰富，廉价。但光致电子和空穴的分离转移速 度慢，复合率高，导致光催化量子效率低
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纳米TiO2光催化剂简介※ 纳米TiO2光催化剂的制备※ 纳米TiO2光催化剂的表征 纳米TiO2光催化剂的应用 总结
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2
纳米TiO2光催化剂简介
➢什么是多相光催化剂？
多相光催化是指在有光参与的情况下，发生在催化剂及表面吸附物（如H2O， O2分子和被分解物等）多相之间的一种光化学反应。
粒子半导体
团簇（表面界面效应）
导带
///////////////////////////////////////
浅陷阱
E0
－
深陷阱
－
///////////////////////////////////////
价带 距离
－ －
非定域分子轨道
— 表面态 深陷阱
深陷阱 — 表面态
直径
非定域分子轨道
大的半导体粒子和微粒（分子簇）的空间电子状态
/nm
anatase 3.84 Tetragonal 5.27 9.37 0.195 3.2 system
rutile 4.22 Tetragonal 9.05 5.8 0.199
3
system
brookite 4.13 Rhombic system
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➢锐钛矿相和金红石相TiO2的能带结构