光催化与光电催化..
光催化
3.3光电转化性质 3.3光电转化性质
•
由纳米半导体粒子构成的多孔大比表面积太阳能电池具有优良的 光电转换特性而备受瞩目。从20世纪90年代发展起来的染料敏化 纳米晶太阳能电池，具有许多硅太阳能电池所不具备的优点， 它 主要利用在自然界中的光合作用原理， 主要利用在自然界中的光合作用原理，将太阳能直接转化为电能 ，并且其光电转化效率在特定条件下可达 ％。 并且其光电转化效率在特定条件下可达10％。 并且其光电转化效率在特定条件下可达 ％。目前可用于太阳 能电池的纳米半导体材料主要包括：TiO2、ZnO、CdSe、CdS、 TiO ZnO、CdSe、CdS、 WO3、Fe2O3、SnO2等。它们均具有优异的光电转换特性。
（3）TiO2的光催化机理 ）
• 在光照下，TiO2微粒吸收光子，其价带上的电子（e-）就被激发，同时在 价带上产生空穴（h+），从而生成电子-空穴对。 • 电子受体通过接受表面的光生电子而被还原，可与溶解在水中的氧发生 反应，生成·O2-，·O2-再与H+发生一系列反应，最终生成·OH自由基。光生 空穴和·OH自由基有很强的氧化能力，可夺取吸附在TiO2颗粒表面有机物 的电子，从而使有机物得以氧化分解
• 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。
• 如右图所示，当半导体CdSexS1-x 的粒径小于10nm后，其吸收光谱 出现明显的激子峰。
• 发光效应
•
当纳米颗粒的粒径小于一定值时，可在一定波长的光激发下 发光，如粒径小于6nm的硅粒子在 室温下可发射可见光，其原因为：
（3）半导体复合 ）
通过半导体复合可提高系统的电荷分离效果，扩展光谱响应的 范围。其修饰方法包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。
电催化及光催化介绍
• 水存在对CO吸附状态几乎无本质上影响。
电催化及光催化介绍
第26页
• 水分子在电极上吸附是个普遍感兴趣问题， （大多数电极反应是在水溶液中进行） 。
• 电极／水溶液界面双电层电性质 ，尤其是 界面微分容量和电极表面水分子吸附状态 有亲密关系 。大家已提出了水分子吸附状 态各种模型 。关键是表面吸附水分子是呈 单分子 、双分子 ，还是和氢结合程度不一 样簇。
波而在大约1.4V处表面变成了氧化物 。反 向扫描时 ，在0.7V还原电流下出现Pt原子
被重新还原峰 。这么进行一次氧化-还原 ， 氧吸收波形发生了很大改变 。 图示其它峰
形都有类似结果。
•
这是因表面原子排布不一样而显示出
固有特征。
•
图4-6为经5次电位(1.5V-0.05V)循环
Pt(111)面STM像。
之间过渡状态 ， 即所谓“平板电位
（flatband potential） ”
•
电子传递 ， 既可在速度控制步骤能垒
主要位于Helmholz双电荷层中时发生，也
能够在空间电荷层能垒中时发生 。转
• 例：放氢反应
• 未经修飾半导体表面需有较高超电压 ，
对GaAs，GaP，主要取决于Schottky能垒
电催化及光催化介绍
第18页
• 图4-5 白金以及铱单晶基础低指数晶面(1l0)循环伏安图 • (O.5mol／L H2SO4 ， 25℃ , 50mV／s)
电催化及光催化介绍
第19页
•
可见 ，各种晶面脱氢波 、吸氧波都显
著不一样 。 比如：Pt(111)面在硫酸水溶液
中 ，在0～0.5V范围内 ， 出现了异常氢吸收
电催化及光催化介绍
新型光电催化反应研究进展
新型光电催化反应研究进展随着环境污染问题日益严重，人们开始更加关注环保技术的研究和应用。
在这其中，光电催化反应技术是一种被广泛关注和研究的技术，它具有环保、高效、可持续等特点，被认为是未来环保技术的发展方向之一。
本文将介绍新型光电催化反应研究的进展和应用前景。
一、什么是光电催化反应技术光电催化反应技术是一种将光能转化成电能，并最终催化化学反应的技术。
其基本原理是光照射所激发出的光子，使得半导体表面的电子被激发，产生导电性，这些激发的电子和空穴在光电极表面不断传递，直到达到催化剂表面，从而使得化学反应发生。
光电催化技术可以应用于环境治理、化学合成、能源利用等领域。
二、新型光电催化反应研究进展1.纳米材料在光电催化反应中的应用光电催化反应技术中使用的光电极通常由半导体材料构成，而纳米材料作为半导体材料中的一种，因其具有较大的比表面积、可控性和可重复性等特点而被广泛应用。
目前，不同形状、尺寸的纳米材料如氧化锌纳米棒、二氧化钛纳米管等的光电催化反应能力也被不断研究和改善。
2.新型光催化剂的研究光催化剂是光电催化反应过程中需要的关键物质，目前已经发现许多光催化剂如Pt、Pd、Au等能够促进光电催化反应中一些关键步骤的发生。
近年来，很多科学家也致力于研究新型的光催化剂如红外光响应型催化剂、多金属催化剂等，以提高光电催化反应的效率和选择性。
3.光电催化反应在环境治理中的应用光电催化反应技术在环境治理中有着广泛的应用前景。
如：二氧化碳的催化还原、催化降解有机污染物、除臭、除烟霾和水处理等等。
例如，光电催化反应可以降解污水中的有机物，同时还能将其中的有害物质光解为更稳定的物质，从而避免污染的扩散。
三、新型光电催化反应技术的应用前景目前，光电催化反应技术的研究日渐成熟，其在环境治理、能源利用、化学合成等领域的应用前景非常广阔。
相比传统的环保技术，光电催化反应技术具有不需要使用大量的能量、反应过程中产生的固体废物量少等优点，将为人类未来可持续发展提供新的思路。
中国光电催化领域发展状况和发展前景
中国光电催化领域发展状况及发展前景一、引言光电催化技术是一种将太阳能转化为化学能的新型技术，具有高效、环保、可持续等优点。
近年来，随着全球对环保和能源问题的关注度不断提高，光电催化技术在中国得到了广泛的应用和发展。
本文将对中国光电催化领域的发展状况及发展前景进行探讨。
二、环保领域应用光电催化技术在环保领域的应用主要包括污水处理、空气净化等方面。
通过光电催化技术，可以将污水中的有机物、重金属等污染物进行光解、电离，从而去除污染物，实现污水处理的目标。
同时，光电催化技术也可以应用于空气净化领域，将空气中的有害物质进行光解、氧化，提高空气质量。
三、能源领域应用光电催化技术在能源领域的应用主要包括太阳能电池、光催化燃料电池等方面。
通过光电催化技术，可以将太阳能转化为电能或化学能，为太阳能电池和光催化燃料电池提供能量来源。
同时，光电催化技术也可以应用于太阳能光热利用领域，提高太阳能的利用率。
四、材料领域应用光电催化技术在材料领域的应用主要包括光催化材料、光电器件等方面。
通过光电催化技术，可以制备出具有优异光催化性能的材料，如TiO2、ZnO等。
同时，光电催化技术也可以应用于光电器件领域，如太阳能电池、光传感器等。
五、人才需求增加随着光电催化技术的不断发展，对人才的需求也在不断增加。
目前，中国在光电催化领域的人才储备相对较少，需要加强人才培养和引进工作。
同时，也需要加强与国际先进技术的交流和合作，提高中国在光电催化领域的整体水平。
六、技术创新推动随着科学技术的不断发展，光电催化技术也在不断创新和进步。
目前，中国在光电催化技术方面的研究已经取得了一定的成果，但仍需要进一步加强技术创新和研发工作。
同时，也需要加强与产业界的合作和交流，推动光电催化技术的产业化发展。
七、结论综上所述，中国在光电催化领域已经取得了一定的成果和发展前景。
未来随着环保和能源问题的不断加剧以及科学技术的不断创新和发展，光电催化技术将会得到更加广泛的应用和发展。
光催化与光电催化
光催化与光电催化
光催化与光电催化都是通过光照下催化剂对化学物质进行反应的方法，但其具体机理和应用有所不同。
光催化是指通过光照下催化剂促进化学反应的方法，此时光的能量被吸收后转化为催化活性位点的能量，使得反应物在较低的温度和压力下发生化学反应。
光催化广泛应用于环境保护、水处理、空气净化、有机合成等领域。
光催化反应的典型例子是可见光下二氧化钛催化氧化有机物。
在此反应中，二氧化钛表面吸收光能后，经历一系列复杂的物理化学过程，生成具有氧化性的电子空穴对，这些电子空穴对可以将水分子氧化为具有氧化性的自由基，从而促进有机物的氧化反应。
相比之下，光电催化则是光电转换和光化学反应相结合的过程。
在此过程中，外加电场和有机化合物的光催化剂共同作用，将光能转换为电能和化学能，实现光电催化反应。
光电催化的应用非常广泛，涵盖了太阳能电池、光电催化分解水为氢气、光电阴极、光电催化二氧化碳还原等多个领域。
光电催化反应时间短、效率高，能够在不需要外界供应的条件下实现化学反应，有望成为一种能源的替代技术。
总之，光催化和光电催化分别是光化学反应和光电转换与光化学反应的两种光化学反应形式，其在环境净化、能源转化和有机合成等领域都有广泛的应用前景。
某光电催化法脱除h2s
某光电催化法脱除h2s
光电催化法是一种利用光催化剂和电催化剂协同作用的技术，用于催化气体中有害物质的去除。
在脱除H2S方面，光电催化法可以被用于将硫化氢转化为无害的产物。
光电催化法脱除H2S的过程可以从多个角度来解释。
首先，光电催化法利用光催化剂和电催化剂的协同作用，通过光生电化学反应，将H2S分解为S和H2，然后再将S进一步氧化为SO2或者硫酸根离子，最终将H2S转化为无害的产物。
这一过程中，光催化剂通过吸收光能激发电子，电催化剂则通过电化学反应促进H2S的分解和转化。
另外，光电催化法脱除H2S还可以从催化剂的角度来解释。
催化剂在反应中起到了降低活化能、促进反应速率的作用。
在光电催化法中，光催化剂和电催化剂能够提供表面活性位点，从而促进
H2S的吸附和反应。
通过调控催化剂的成分和结构，可以实现对H2S 的高效转化，提高脱除效率。
此外，光电催化法脱除H2S的工程应用也需要考虑反应条件、催化剂的稳定性、反应器的设计等多个方面。
例如，需要考虑光照
强度、反应温度、催化剂的寿命和再生等因素，以实现稳定高效的
H2S脱除。
总的来说，光电催化法脱除H2S是一种有前景的技术，通过光
催化剂和电催化剂的协同作用，以及合理设计的催化剂和反应条件，可以实现高效、环保的H2S脱除。
希望这些信息能够对你有所帮助。
光催化与光电催化65页PPT文档共67页
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
25、学习是劳动，是充满思想的要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
光催化与光电催化65页PPT 文档
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
光催化原理的本质
光催化原理的本质
光催化原理的本质是利用光的能量和催化剂之间的相互作用，促进化学反应的进行。
在光照射下，催化剂能够吸收光能，激发电子从基态跃迁到激发态。
在激发态下，催化剂具有较高的反应活性，可以在更低的能量条件下促进化学反应的发生。
这种光激发-催化反应的过程可以通过激光催化、光电催化、光热催化等不同的机制实现。
光催化原理的本质是利用光能量的吸收和转换，将其转化为化学能，并加速催化反应的发生速率。
光催化剂作为吸光材料，能够吸收特定波长的光，并将光能转化为电子的激发能量。
激发的电子具有较高的能量，可以穿过势垒，从而参与化学反应。
此外，光催化还可以通过激发氧化剂或还原剂的电子，改变其在催化反应中的氧化还原性质，促进化学反应的进行。
光催化反应可以是光氧化反应、光还原反应、光催化降解污染物等不同类型的反应。
总之，光催化原理的本质在于通过光能的吸收和转化，催化剂的激发，以及电子的高能激发，达到促进化学反应的目的。
这种原理在环境治理、能源转化等许多领域具有广泛的应用前景。
光催化的原理及其应用范围
光催化的原理及其应用范围1. 原理介绍光催化是一种利用光能进行催化反应的技术，通过光催化剂吸收光能，引发电子的激发过程，从而促使催化反应的进行。
其原理主要包括以下几个方面：1.1 光催化剂光催化剂是光催化反应中的关键组分，它能够吸收可见光或紫外光，引发电子的激发，从而激活反应物，促使催化反应发生。
常见的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）等。
1.2 光吸收光催化剂可以吸收可见光或紫外光的能量，引起电子的激发，从而产生激发态电子。
这些激发态电子具有较高的能量，能够引发催化反应。
1.3 激活反应物光激发的电子可以与反应物发生相互作用，促使其发生催化反应。
光激发的电子可以将反应物分子氧化或还原，从而实现催化反应。
1.4 光生电荷分离光激发的电子和空穴在光催化剂中发生分离，电子被转移到光催化剂表面，产生负电荷，而空穴则留在催化剂中心，形成正电荷。
这种光生电荷分离过程使光催化剂具有较高的催化活性。
2. 应用范围光催化技术具有广泛的应用范围，主要包括以下几个方面：2.1 水处理光催化技术可以用于水处理领域，特别是对于有机污染物的降解具有良好效果。
通过光催化剂的催化作用，有机污染物可以被氧化分解为无害的物质，从而实现水的净化和回收利用。
2.2 空气净化光催化技术可以用于空气净化领域，主要用于有害气体的去除。
光催化剂能够通过催化作用将有害气体分解为无害的物质，如将甲醛、苯等有害气体转化为CO2和H2O。
2.3 环境保护光催化技术在环境保护领域广泛应用，可以用于处理污水、废气等环境问题。
通过光催化剂的催化作用，有机污染物和有害气体可以得到有效处理，减少对环境的污染。
2.4 能源领域光催化技术在能源领域也有广泛的应用，特别是太阳能利用方面。
通过光催化剂的催化作用，可以实现太阳能的转化和储存，如将光能转化为化学能或电能，提供可再生的能源。
2.5 光电子学光催化技术在光电子学领域具有重要应用，用于制备光电器件和光电材料。
光电催化技术在能源转换中的应用
光电催化技术在能源转换中的应用近年来，随着能源需求的不断增长和对环境保护的要求不断提高，寻找替代传统燃烧能源的技术变得越来越迫切。
光电催化技术作为一种能够通过利用光能进行化学反应来实现能源转换的新兴技术，受到了广泛关注。
本文将对光电催化技术在能源转换中的应用进行探讨。
一、光电催化技术的基本原理及特点光电催化技术是利用光能激发催化剂上的电子，从而促使化学反应发生的过程。
它是将光能直接转化为化学能的一种革命性技术。
相比传统的能源转换方式，光电催化技术具有以下特点：1. 高效性：光电催化技术可以高效利用光能，并将其转化为化学能，从而提高能源转换的效率。
2. 清洁环保：光电催化技术不产生有害气体和固体废物，对环境污染较小，符合可持续发展的要求。
3. 多功能性：光电催化技术可以用于多种能源转换反应，如水分解、CO2还原等，具有广泛的应用潜力。
二、光电催化技术在水能源转换中的应用1. 光电解水产氢：光电催化技术可以利用太阳能将水分解为氢气和氧气，产生清洁能源。
这种方法可以在可再生能源领域具有重要意义。
2. 光催化还原CO2：光电催化技术可以利用太阳能将CO2还原为高能量化合物，如甲醇等。
这在减少温室气体排放和实现CO2资源化利用方面具有潜在的应用前景。
三、光电催化技术在光电池中的应用光电催化技术在光电池中的应用也是能源转换的重要领域之一。
光电池是一种利用光电催化技术将光能转化为电能的装置。
常见的光电池包括有机太阳能电池、无机太阳能电池等。
1. 有机太阳能电池：有机太阳能电池采用有机半导体材料作为光催化剂，通过吸收光能产生电子-空穴对，进而实现能量转化。
它具有制备简单、成本低等优势，具有广阔的应用前景。
2. 无机太阳能电池：无机太阳能电池则采用无机半导体材料作为光催化剂。
它通常具有较高的光电转换效率，但成本较高，制备较为复杂。
四、光电催化技术在固态储能中的应用除了在能源转换中的应用，光电催化技术还可以用于固态储能。
光催化,电催化,光电催化应用实例
光催化,电催化,光电催化应用实例光催化、电催化和光电催化是当前研究的热点领域，有着广泛的应用。
以下是几个典型应用实例的介绍。
一、光催化1. 水资源处理有研究表明，光催化反应可用于水资源处理领域，如污水净化、水中化学浓度的降解等。
光照下的催化剂可使污染物分解为水和二氧化碳等有机物，实现水资源的净化。
2. 空气净化重金属、有机物和二氧化氮等空气污染物是近年来城市空气质量的主要问题，采用光催化可以将这些污染物转化为无害物质。
光催化空气净化器已经在日本、美国等发达国家得到广泛应用。
3. 有机合成光催化在有机合成中也有广泛应用。
研究表明，光催化的反应速度较快，且能够实现多组分体系中分子的选择性反应。
光催化反应在合成高附加值有机物中具有较大的应用潜力，如生物碱、有机合成材料等。
二、电催化1. 燃料电池燃料电池是将化学能转化为电能的高效技术，可用于汽车、无人机等领域。
燃料电池中的阳极通常使用贵金属如铂等作为催化剂，然而贵金属的价格昂贵，影响到燃料电池的商业应用。
通过研究新的电催化材料，如非贵金属催化剂或纳米催化剂，可大幅降低燃料电池的成本。
2. CO2还原利用电化学方法将CO2还原成有价值的有机化合物是神经科学领域的热点研究方向。
电催化提供了一种高效、清洁和环保的CO2还原方法，其中特殊合成的电催化剂可有效催化CO2还原反应，生成有机化合物和其他有用物质。
3. 水电光催化污水处理水电光催化污水处理是一项新型技术，采用电化学电解和光化学反应的联合技术，既可消除污水中的有机物和卫生菌，又可消除水体中的重金属，具有环保、高效等特点。
近年来该技术已有应用实例。
三、光电催化1. 光电池光电池是一种将光能直接转化为电能的设备，其通过光电效应将太阳能转化为电能。
光电催化与电催化的不同之处在于光催化反应需要光激发，从而实现电荷分离。
光电催化应用于太阳能电池、人们日常生活中使用的摄像头、充电器等领域。
2. 水分解光电催化水分解是将水分解为氢和氧的过程，可直接使用太阳能作为能源，具有环保和节能的特点。
光电催化讲解学习
TiO2光电催化在环境保护方面的应用
光电催化是在开发利用太阳能的光电化学电池的过 程中迅速发展起来的。 1972年,A. Fujishima和K.Honda在n型半导体 TiO2电极上发现了水的光电催化分解作用,从此开 始了多相催化研究的新纪元。光电催化的前期研 究大多限于太阳能的转换和储存(光解水制氢)。 20世纪80年代以来,TiO2多相光催化在环境保护领 域内对水和气相有机、无机污染物的去除方面取 得了较大进展。 长期的研究表明,光催化方法能将多种有机污染物 彻底矿化去除,为各种有机污染物和还原性的无机 污染物,特别是生物难降解的有毒有害物质的去除, 提供了一种被认为是极具前途的环境污染深度净 化技术。
光电结合催化
光催化剂有一个致命的弱点，即光 生空穴一电子对的复合率较高
提高光催化效率的关键在于减少光 生空穴与电子的复合几率
光电催化——即电场协助光催化技术（协同作 用）
不同反应类型的降解率比较
图引自：彭康华，潘湛昌，等.两种载体上的光电催化降解气相环已烷的 研究[J].材料导报.2007.21(10):142
光电催化
光电催化原理
光催化的原理
必要条件:
光——吸收光或紫外光 催化剂 ——TiO2以其活性高、化学稳定性好、低 廉无毒、持续性长、反应条件温和、降解速度快、 催化效率高及具有超亲水性等特点倍受人们青睐， 成为当前最有应用 潜力的一种光催化剂，在半导体的光催化研究中以 其最为活跃。
紫外线照射
电子 能量
与光催化相比的优势
➢ TiO2光电组合效应把导带电子的还原过程同价带空 穴的氧化过程从空ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位置上分开(与半导体微粒相比 较)
➢ 明显地减少了电子和空穴的复合，结果大大增加了 半导体表面·OH的生成效率
光电催化材料的研究及其应用前景
光电催化材料的研究及其应用前景近年来，随着人们对环境保护意识的增强以及能源问题的日益突出，光电催化材料研究逐渐成为热门话题。
该领域的研究不仅可以解决环境和能源问题，还可以推动新能源技术的发展。
一、光电催化材料的定义及特点光电催化材料是一种利用光能和电能激发催化反应的材料。
通过激光、LED光源等外部光能激发催化剂，在光照下进行光催化反应。
在这个过程中，光催化剂吸收光能，激发电子跃迁，从而形成光生电荷对，电子通过半导体催化剂与空穴发生再结合反应，产生强氧化还原的能力实现催化反应的过程。
光电催化技术在各个领域具有广泛的应用前景。
不仅可以用于水处理、空气净化、催化合成等环境保护领域，还可以实现太阳能等新能源的利用，同时还可以推动能源的转化、存储。
二、光电催化材料的种类及应用1. 光催化：将光能转化为化学能。
光催化技术主要应用于水处理、空气净化、污染物降解等领域。
水处理方面，主要通过光电催化材料对水中污染物进行分解。
例如，使用纳米TiO2为光催化剂，可以分解水中的有机物和重金属离子；而使用CdS/GO复合物为光催化剂，则可通过光生电荷对来分解药物、有机污染物等。
2. 光电催化：将光能和电能同时转化。
与光催化相比，光电催化技术应用场景更加广泛。
它不仅能够使用光能进行催化反应，还能够利用电子跃迁过程产生的电能来促进催化反应。
例如，通过CdS-QD光电催化材料催化还原二氧化碳生成甲烷、甲醛等光催化剂无法催化的产物。
除此之外，光电催化材料还可以被应用于光电储能、电池电极材料、太阳能电池、水分解催化器等领域。
三、光电催化材料的研究进展目前，国内外的研究机构和科学家们正在积极研究光电催化材料，探索其更广泛的应用。
其中，新型催化剂开发、复合材料构筑以及催化机理研究成为当前光电催化材料研究的重点。
1. 新型催化剂开发新型催化剂的研发是光电催化领域的重要研究任务之一。
近年来，一些新型催化剂相继被研发出来，并且被应用于污染物处理、新能源开发等领域。
光催化材料的原理与应用
光催化材料的原理与应用光催化材料是一种新型的光电催化材料，具有很高的光照响应性和化学稳定性，在环境治理、光催化水解制氢、太阳能电池等方面都有广泛应用。
本文主要介绍光催化材料的原理与应用。
一、光催化材料的原理光催化材料是一个由光催化剂和催化材料组成的复合材料。
光催化剂负责吸收光子，形成带电子-空穴对，光生载流子，而催化材料则可以将这些光生载流子转移到反应物表面，从而催化光化学反应发生。
光催化剂通常为半导体材料，如TiO2、ZnO、Cu2O 和Fe2O3等。
其中，TiO2是最常见的光催化剂，具有化学惰性、生物相容性和高光催化活性等特性。
它的光催化机理主要有以下两种：1. 光生电池机理当TiO2暴露在光线下时，光子会将其激发，从而形成空穴和电子。
这两个载流子会被各自前往TiO2表面的OH-离子和H+离子表面反应，释放出具有强氧化能力的自由基，进而催化有害污染物降解。
2. 氧化还原机理TiO2表面的电子可以被污染物氧化还原，进而发生光催化反应。
光催化反应最重要的影响参数是光照强度和催化剂质量。
通过调节催化剂的光吸收能力和光照强度，可以优化反应条件，提高反应速率和光催化效率。
二、光催化材料的应用场景在环境治理方面，光催化材料可以降解污染物，例如有机物、重金属离子和NOx等。
光催化材料以其绿色、无害、对环境友好而受到广泛关注。
光催化材料被应用于水处理、空气净化、化工脱臭、医疗材料、食品保鲜、应急救援等领域。
1. 光催化水处理光催化技术可以直接将有毒有害的物质转化为无害物质，如将污染物转化为CO2和水，同时可以杀灭水中的细菌和病毒等微生物。
光催化水处理可以减少对人民健康和环境的损害，适用于环保和可持续发展。
2. 光催化氢氧化在光催化氢氧化制氢的过程中，使用太阳能为光源，利用光催化材料催化水分子分解成氢气和氧气。
它是一种分子分解方法，因此不会产生一些传统方法中存在的污染物。
3. 太阳能电池光催化材料在太阳能电池中被用作二极区，可以吸收太阳光，产生光电效应。
光电催化 PPT
极对有机物的吸附。
外加偏电压的影响
外加电压达到一定值时，光生载流子已达到充分分 离，形成饱和光电流。 因此，在光电流接近饱和状态时，继续增大电压对 光催化反应速率提高幅度不大; 相反，随着电压的升高，光电流效率反而下降。
紫外线照射
电Байду номын сангаас 能量
导 e- e- e带 e- e- e-
e- e- ee- e- e-
禁 带
h+ h+ h+ h+
价 带
h+ h+ h+
吸附 还（原O2）
（·O2-）
氧化(污染物)
氧化为 (·OH) 吸附 （吸H附2(O污）染物)
羟基自由基(·0H)，超氧离子自由基(·02-)及·0H2自由 基具有很强的氧化能力，很容易将各种污染物物直接 氧化为CO2，H2O等无机小分子。
以环己烷为目标污染物，采用活性碳/石墨和泡沫镍作 TiO2的载体，形成微孔电极，用高聚物固体电解质 Nafion分隔阴、阳两极，组成新型气相光电催化氧 化反应系统。利用外加电压的作用，有效地解决了 TiO2半导体光生电荷简单复合的问题。
与光催化相比的优势
➢ TiO2光电组合效应把导带电子的还原过程同价带空 穴的氧化过程从空间位置上分开(与半导体微粒相比 较)
➢ 明显地减少了电子和空穴的复合，结果大大增加了 半导体表面·OH的生成效率
➢ 防止了氧化中间产物在阴极上的再还原 ➢ 导带电子能被引到阴极还原水中的H+，因此不需要
向系统内鼓入作为电子俘获剂的O2
光催化
常见的光催化材料
ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn(OH)2 Photocatalyst Si TiO2（Rutile） Ebg eV) 1.1 3.0 Photocatalyst ZnO TiO2(Anatase) Ebg (eV) 3.2 3.2
WO3
ZnS
2.7
3.7
CdS
SrTiO3
二氧化钛污水处理上的研究方向
有机污染物水处理
含油水溶液：利用二氧化钛光触媒涂在0.1mm中空玻璃球 表面，可去除水面上的石油污染，此法受到美国政府重視 与支持。
染料污水：常含有苯环、氨基、偶氮基团等致癌物质， 生物处理法效率低，利用二氧化钛光触媒法可去除95％的 染料。 医药污水：利用二氧化钛光触媒法可去除70-90％有机磷 医药污水中的COD，有机磷則完全降解为PO43-。 有机氯化物水溶液：有机氯化物毒性大、分布广，颇受 重视，利用二氧化钛光触媒法可去除氯仿、四氯化碳、4氯苯酚等物质。
TiO2光催化剂的制备
制备方法 溶胶－凝胶法 （sol－gel） 水热合成法 优点 粒径小，分布窄，晶型为锐钛 矿型，纯度高，热稳定性好 晶粒完整，粒径小，分布均匀，原料 要求不高，成本相对较低 化学气相沉积法 （CVD） 微乳液法 粒径小，分散性好，分布窄，化学活 性高，可连续生产 可有效控制TiO2颗粒的尺寸 不足 前躯体为钛醇盐， 成本高 反应条件为高温、 高压，材质要求高 技术和材质要求高， 工艺复杂，投资大 易团聚
• • • • • • 晶体结构 颗粒粒径 光催化剂用量 光源与光强 有机物的种类、浓度 反应温度和溶液pH值
二氧化钛光催化剂性能改善措施
1、 外加偏置电压-光电催化技术
以光催化剂作为光阳极，对其施加一定的偏电压，光生电子就会 迁移至外电路，从而抑制光生电子和空穴的复合，空穴在催化剂表面 累积，并发生进一步反应以去除污染。
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收系数。它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。 c为吸光物质的
浓度 b为吸收层厚度 。 物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时 ,
其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。
总有机碳是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。TOC是一个 快速检定的综合指标，它以碳的数量表示水中含有机物的总量。通常 作为评价水体有机物污染程度的重要依据。 测定时，先用催化燃烧或湿法氧化法将样品中的有机碳全部转化 为二氧化碳，生成的二氧化碳可直接用红外线检测器测量，亦可转化 为甲烷，用氢火焰离子化检测器测量，然后将二氧化碳含量折算成含 碳量。
：入射光波长； ：布拉格角；n： 反射级数。
布拉格方程
2.电子显微镜（EM）
电子显微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电 子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构 在非常高的放大倍数下成像的仪器。
扫描电子显微镜（SEM） 电子显微镜 透射电子显微镜（TEM）
扫描电镜原理：电子束在样品表面做扫描，激发出二次电 子和被散射电子等信号，二次电子相和背散射电子反应样 品表面微观形貌特征。特征X射线分析样品的微区化学成分。
3. BET比表面积测定
比表面积: S =
Vm· N· Am
22400· W
×10-18(m2/g)
=4.36Vm/W(m2/g)
2.
荧光发射光谱常用来研究半导体中电子和空
穴的捕获、累积或转移。二氧化钛光催化剂受光
激发后会产生电子和空穴，其中复合部分的能量
以光的形式释放出来，发出荧光，低的荧光发射
具有稳定流量的载气（不与被测物质作用的气体， 如氢气、氮气等），将样品在气化室气化后，带入色谱 柱得以分离，不同组分先后从色谱柱中流出，经过检测 器和记录仪，得到代表不同组分及浓度的色谱峰组成的
色谱图。
A= lg(1/T) = K b c
A为吸光度,T为透射比,是透射光强度比上入射光强度 K为摩尔吸
分析方法
光学表征法
化学结构的表征法
物理表征方法
X射线衍射分析是利用晶体形成对X射线衍射，对物质 进行内部原子在空间分布的状况进行分析的方法。 原理：一定波长的X射线照射到晶体物质上时，X射线会 遇到晶体内规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X
射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构
相对应的特有的衍射现象。
光催化反应属于多相反应，因此，具有一般多相反应的 特征。比如，反应步骤比较多，通常可分为反应物向催化剂
表面的传质、吸附，表面反应，反应产物的脱附和传质等。
液相光催化反应中，可以不考虑传质的作用。
吸附的有机物同吸附的羟基自由基出了四种可能的反应。
1.吸附的有机物通吸附的羟基自由基之间的反应；
2.吸附的有机物同扩散到溶液相中的羟基自由基之间的反 应； 3.溶液相中的有机物同溶液相中的自由基之间的反应； 4.吸附的自由基同扩散到催化剂表面的有机物之间的反应。
背散射电子 是被固体样品 中的原子核反 弹回来的一部 分入射电子， 其中包括弹性 背散射电子和 非弹性背散射 电子。 …. 在入射电子束作 用下被轰击出来 并离开样品表面 的样品的核外电 子叫做二次电子
投射电镜原理：是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁 透镜聚焦的一种具有高分辨、高放大倍数的电子光学仪器。
过程中会有挥发损失，程度与有机物的挥发性大小 有关。如果光源的功率较大，还会导致溶剂发热而 蒸发损失，使得反应结果存在较大误差。
圆柱形光催化反应器的优点：
1. 操作比较方便； 2. 光源的利用效率比较高； 3. 反应温度比较容易控制； 4. 溶液混合也比较充分 5. 粉末催化剂的分散性能也 比较好，可以避免粉末催
而携带流过此固定相的流体称为流动相。
色谱法因具有分离性能高、灵敏度高和分析速度快等特点， 已经成为现代仪器分析方法中应用最为广泛的一种方法，也在光催
化研究中得到广泛应用。
气相色谱法是采用气体（载气）作为流动相的一种 色谱方法，色谱仪通常由载气系统、进样系统、分离系
统、检测系统和记录与数据处理系统等部分构成。
利用电子束在样品表面扫 描激发出来代表样品表面特 征的信号成像的。 可同时进行表面形貌和成 分分析。 分辨率1nm，放大倍数20～ 20万 倍。
采用透过薄膜样品的电子 束来显示样品内部组织形态 与结构的。 可同时进行微观组织形态、 晶体结构和成分分析。
分 辨 率 0.1nm 放 大 倍 数 80~100万倍。
应气和空气）等各要素之间的良好接触和匹配关系。
液相光催化反心部分之一。
人工光源一般为紫外光源或可见光光源，用电驱动；
人工光源 采用浸没式，光的利用效率比较高，光源采用石英层， 光源
一般在反应溶液外有循环冷却水。
自然光源
自然光源为太阳光，一般将反应器设计成平板型光催 化反应器和聚光式光催化反应器等类型。
一、实验室光催化反应器
实验室光催化反应器光催化反应器是光催化反应发生的 场所。
光源 反应容器
搅拌台
第一 光源的利用效率不高。光线从反应器上部进行照
射时，在溶液中急剧衰减。因此，只有溶液表面 的那层能够利用光源，效率较低。 第二 不能避免溶质与溶剂的挥发损失。如果被降解的对
象（溶质）是具有一定挥发性的有机物，则在反应
水热合成系列钙钛矿DyMnO3和DyFeO3
熔融盐法制备钙钛矿材料EDS分析
特征X射线：当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能 量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使 具有特征能量的X射线释放出来。
(a) Transmission electron microscopy (TEM) image of La0.5Ba0.5MnO3 nanocubes。 (b) ( b) High-resolution TEM image of a 30-nmLa0.7Ba0.3MnO3nanocube along with a selected area diffraction pattern shown inthe inset.
化剂的团聚，
目前实验室常用一类反应器
使用圆柱形光催化反应器进行科学研究时应当注 意两个问题。 第一个问题是必须选择合适的光源。选用单一波 长、功率较小的光源。 第二个问题是取样时间的控制。 如果采用的光源为高压汞灯，反应过程中取样时 间难以控制，因为即使将汞灯的电源断开后仍然有部
分余光。如果采用单波长、小功率的稳定光源，有时
也会造成取样时间的误差。
二、光催化反应时间控制器
本时间控制器的优点如下：
1. 光源在设定时间到达时自动熄灭，光催化反应或光反应
立即停止，时间控制准确。 2. 操作者毋需在现场守候，到达设定时间时，有乐音系统 自动提醒操作者。 3. 当某一光反应时间较长，如需持续到深夜，操作者也不
用在现场守候。到达设定时间时，自动熄灭，反应停止，
普遍认为，吸附步骤是光催化反应发生的先决条件被降
解的反应物只有预先吸附在催化剂的表面上，才能发生光催 化反应。
羟基自由基（不论吸附或游离）与有机物之间的反应速率为
材料研究领域占有非常重要的地位。 • 确定未知物，包括天然的和人工合成的。 • 在材料的合成中，对反应生成物进行分析测试。确定是 否是目标产物；如果产物中含有杂质，通过对产物的测 试分析，来指导合成。
第二节 分析方法
在光催化的基础研究和应用开发中，在催化剂的制
备过程中，需要对催化剂进行表征。
物理表征法
常用的载体有砂子、玻璃、无纺布、沸石、分子筛、玻璃纤维、中空玻
珠、活性炭、硅胶、不锈钢等。
选用载体时要考虑以下几点： ①载体的比表面积要大，有利于增加反应面积； ②有良好的机械强度和耐腐蚀性能； ③不能损害催化剂的活性，最好能增强催化剂的活性； ④价廉易得。
第二节 分析方法
材料的表征和分析是材料学的重要组成部分，在整个
2. 催化剂的存在方式
选择催化剂的存在方式也是光催化反应器中的重要因素之一。 悬浆态 悬浆体反应器 负载型 催化剂的存在方式 固定态 固定床反应器 薄膜型 填充型 流化态 流化床反应器
一定程度上 实现光催化 剂使用后的 回收和重复 利用。
负载型催化剂主要指将粉末光催化剂通过粘接剂负载于某种载体上，
强度意味着低的电子空穴复合率。
化学结构的表征法
TiO2光催化剂的化学结构是指其元素组成、价态
分布基团及自由基等的种类和含量。
1.
色谱法是一种重要的分离分析方法，它是利用混合物不同组分
在两相中具有不同的分配系数（或吸附系数、渗透性），当两相作
相对运动时，不同组分在两相中进行多次反复分配实现分离后，通 过检测器得以检测，进行定量分析。其中，不动的一相称为固定相，
操作者可以在次日白天取样。 4. 光源自成本低廉，还可以用于实验室内其他目的的时间 控制。
三、实用型光催化反应器
液相光催化反应器 光催化反应器 气相光催化反应器
• 液相光催化反应器中的光-固（催化剂）-液（反应溶液）-
气
（空气）等各要素之间的良好接触和匹配关系；
•气相光催化反应器中的光- 固（催化剂-汽（水蒸气）-气（反