光催化剂的分类和机理总结 ppt课件
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光催化剂的分类和机理总结
光催化剂的分类和机理总结
光催化剂的分类和机理总结
1、用一种陷阱式的纳米结构限制光生空穴或者捕捉光生电子; 2、用牺牲剂(乙醇、Na2S、Na2SO3)作为电子给体消耗价带 空穴,是导带电子还原氢离子;用牺牲剂(AgNO3)作为电子 受体消耗导带电子,使价带空穴氧化氧离子。 3、多种半导体共存,让半导体Ⅰ导带上的电子转移到半导体 Ⅱ的导带上或价带上;
• 常见的有:TiO2-C3N4、TiO2-CdS、ZnO-CdS
光催化剂的分类和机理总结
• PSⅠ与PSⅡ无直接接触,靠氧化还原电对传递电子; • PSⅠ不易被光氧化,易被光还原; • PSⅡ不易被光还原,易被光氧化。
光催化剂的分类和机理总结
存在逆反应:受电子体A与PSⅠ导带中的电子反应; 供电子体D与PSⅡ价带中的空穴反应。
• 常用的助催化剂有:Pt、NiO、Ru2O等; • 在水溶液粉末悬浮Pt/TiO2光催化体系中,Pt的作用就是助
催化剂。
光催化剂的分类和机理总结
• 金属与半导体界面上形成了势垒,称为Schottky势垒,作 为电子陷阱,能有效阻止半导体上的电子与空穴的复合。
• 光生电子向金属迁移,为Schottky势垒所俘获,空穴向半 导体其他位置移动,促进了电子与空穴分离,有利于光催 化反应的进行。
光催化剂的分类和机理总结
• 分类: • 1、PSⅠ-PSⅡ体系 • 2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体系 • 3、PSⅠ-C-PSⅡ体系
光催化剂的分类和机理总结
• 分类: • 1、PSⅠ-PSⅡ体系 • 2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体系 • 3、PSⅠ-C-PSⅡ体系
光催化剂的分类和机理总结
• 将两种半导体直接固-固接触,可通过离子间的静电吸附 (物理方法)和多相的成核生长(化学方法)
光催化剂的分类和机理总结
★用牺牲剂(乙醇、Na2S、Na2SO3) 作为电子给体消耗价带空穴,是导带 电子还原氢离子;
★用牺牲剂(AgNO3)作为电子 受体消耗导带电子,使价带空 穴氧化氧离子。
光催化剂的分类和机理总结
[1] M.J. Berr, P. Wagner, S. Fischbach, A. Vaneski, et al., Hole scavenger redox potentials determine quantum efficiency and stability of Pt-decorated CdS nanorods for photocatalytic hydrogen generation. Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 223903.
当PH=14时
EVB=1.70V
因此,价带空穴可 以氧化OH生成的羟基再去氧 化乙醇,该过程很 快,其中空穴的转 移是控诉环节
光催化剂的分类和机理总结
• 1、加入电子给体和电子受体(牺牲剂) • 2、担载助催化剂 • 3、双光子系统(Z-Scheme)
ห้องสมุดไป่ตู้
光催化剂的分类和机理总结
自然界中的光合作用
[3]P. Zhou, J. Yu, M. Jaroniec, All-Solid-State Z-Scheme Photocatalytic Systems. Adv. Mater. 26 (2014) 4920-4935.
光催化剂的分类和机理总结
SO32-相对于标准氢电极的电极电势最负,最易失电子,所以最易消耗价带空穴
光催化剂的分类和机理总结
• 缺点:
• 当牺牲剂的量消耗殆尽时,催化效率也会大大降低。 • 所以需要定时加入牺牲剂。
光催化剂的分类和机理总结
• 紫外光照射时单纯的光催化剂并不能有效分解水析出氢气 和氧气, 在光催化剂颗粒表面上担载一些金属或金属氧化 物可以促进水的分解;
光催化剂的分类和机理总结
• 无A/D电对,利用导体C作为电子传递媒介。
PSⅡ导带中的光生电子与 PSⅠ价带中的光生空穴结合 ※既阻止了两种半导体中光生 电子和空穴的再复合; ※又降低了电子的传递距离; ※也可避免A/D电对造成的逆 反应。
光催化剂的分类和机理总结
• ★影响因素:PH值
• OH-浓度是影响H2生产速率的重要因素 • 说明OH-是不只是改变碱度,而是直接参与反应的 • 随着PH升高,H2生产速率显著提高。尤其在14向14.7过
渡时,也说明在这个PH范围内,催化的反应机制发生的 本质上的改变。
光催化剂的分类和机理总结
• 两步氧化反应
光催化剂的分类和机理总结
[2]T. Simon, N. Bouchonville, M.J. Berr, A. Vaneski, et al., Redox shuttle mechanism enhances photocatalytic H2 generation on Ni-decorated CdS nanorods. Nat. Mater. 13 (2014) 1013-1018.
光催化剂的分类和机理总结
• ★制备:
• Ni的前驱体NiCl2加到CdS纳米棒的分散系中,用447nm激 光照射;
• CdS导带中的光生电子将NiCl2还原成Ni纳米颗粒,便沉积 在CdS纳米棒表面。
• ★性能: • 447nm激光照射,表观量子效率53%,内部量子效率71%,
H2生产速率:63mmol g-1 h-1
光催化剂的分类和机理总结
• 1、光子能量要比催化剂的禁带宽度Eg高;(窄的禁带宽 度有利于太阳能的利用)
• 2、反应物的氧化还原电势应在导带电位与价带电位之间; (更负的导带电位和更正的价带电位有利于氧化还原反应)
光催化剂的分类和机理总结
• 1、加入电子给体和电子受体(牺牲剂) • 2、担载助催化剂 • 3、双光子系统(Z-Scheme)
解决措施:改变半导体表面结构,阻止A在PSⅠ上与D在PSⅡ上的吸附,但无法 杜绝。
A/D电对:IO3− /I −、Fe3+ /Fe2+ , [Co(bpy)3 ]3+/2+ , [Co(phen)3]3+/2+ 、NO3−/NO2−
光催化剂的分类和机理总结
• 缺陷:
• 由于氧化还原电对的存在,该催化剂仅适用于液态的催化 反应,且不适合污染物的降解,因为污染物会影响电对的 氧化还原反应,所以该体系的催化剂局限于水的光催化分 解领域。
光催化剂的分类和机理总结
光催化剂的分类和机理总结
1、用一种陷阱式的纳米结构限制光生空穴或者捕捉光生电子; 2、用牺牲剂(乙醇、Na2S、Na2SO3)作为电子给体消耗价带 空穴,是导带电子还原氢离子;用牺牲剂(AgNO3)作为电子 受体消耗导带电子,使价带空穴氧化氧离子。 3、多种半导体共存,让半导体Ⅰ导带上的电子转移到半导体 Ⅱ的导带上或价带上;
• 常见的有:TiO2-C3N4、TiO2-CdS、ZnO-CdS
光催化剂的分类和机理总结
• PSⅠ与PSⅡ无直接接触,靠氧化还原电对传递电子; • PSⅠ不易被光氧化,易被光还原; • PSⅡ不易被光还原,易被光氧化。
光催化剂的分类和机理总结
存在逆反应:受电子体A与PSⅠ导带中的电子反应; 供电子体D与PSⅡ价带中的空穴反应。
• 常用的助催化剂有:Pt、NiO、Ru2O等; • 在水溶液粉末悬浮Pt/TiO2光催化体系中,Pt的作用就是助
催化剂。
光催化剂的分类和机理总结
• 金属与半导体界面上形成了势垒,称为Schottky势垒,作 为电子陷阱,能有效阻止半导体上的电子与空穴的复合。
• 光生电子向金属迁移,为Schottky势垒所俘获,空穴向半 导体其他位置移动,促进了电子与空穴分离,有利于光催 化反应的进行。
光催化剂的分类和机理总结
• 分类: • 1、PSⅠ-PSⅡ体系 • 2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体系 • 3、PSⅠ-C-PSⅡ体系
光催化剂的分类和机理总结
• 分类: • 1、PSⅠ-PSⅡ体系 • 2、PSⅠ-A/D-PSⅡ体系 • 3、PSⅠ-C-PSⅡ体系
光催化剂的分类和机理总结
• 将两种半导体直接固-固接触,可通过离子间的静电吸附 (物理方法)和多相的成核生长(化学方法)
光催化剂的分类和机理总结
★用牺牲剂(乙醇、Na2S、Na2SO3) 作为电子给体消耗价带空穴,是导带 电子还原氢离子;
★用牺牲剂(AgNO3)作为电子 受体消耗导带电子,使价带空 穴氧化氧离子。
光催化剂的分类和机理总结
[1] M.J. Berr, P. Wagner, S. Fischbach, A. Vaneski, et al., Hole scavenger redox potentials determine quantum efficiency and stability of Pt-decorated CdS nanorods for photocatalytic hydrogen generation. Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 223903.
当PH=14时
EVB=1.70V
因此,价带空穴可 以氧化OH生成的羟基再去氧 化乙醇,该过程很 快,其中空穴的转 移是控诉环节
光催化剂的分类和机理总结
• 1、加入电子给体和电子受体(牺牲剂) • 2、担载助催化剂 • 3、双光子系统(Z-Scheme)
ห้องสมุดไป่ตู้
光催化剂的分类和机理总结
自然界中的光合作用
[3]P. Zhou, J. Yu, M. Jaroniec, All-Solid-State Z-Scheme Photocatalytic Systems. Adv. Mater. 26 (2014) 4920-4935.
光催化剂的分类和机理总结
SO32-相对于标准氢电极的电极电势最负,最易失电子,所以最易消耗价带空穴
光催化剂的分类和机理总结
• 缺点:
• 当牺牲剂的量消耗殆尽时,催化效率也会大大降低。 • 所以需要定时加入牺牲剂。
光催化剂的分类和机理总结
• 紫外光照射时单纯的光催化剂并不能有效分解水析出氢气 和氧气, 在光催化剂颗粒表面上担载一些金属或金属氧化 物可以促进水的分解;
光催化剂的分类和机理总结
• 无A/D电对,利用导体C作为电子传递媒介。
PSⅡ导带中的光生电子与 PSⅠ价带中的光生空穴结合 ※既阻止了两种半导体中光生 电子和空穴的再复合; ※又降低了电子的传递距离; ※也可避免A/D电对造成的逆 反应。
光催化剂的分类和机理总结
• ★影响因素:PH值
• OH-浓度是影响H2生产速率的重要因素 • 说明OH-是不只是改变碱度,而是直接参与反应的 • 随着PH升高,H2生产速率显著提高。尤其在14向14.7过
渡时,也说明在这个PH范围内,催化的反应机制发生的 本质上的改变。
光催化剂的分类和机理总结
• 两步氧化反应
光催化剂的分类和机理总结
[2]T. Simon, N. Bouchonville, M.J. Berr, A. Vaneski, et al., Redox shuttle mechanism enhances photocatalytic H2 generation on Ni-decorated CdS nanorods. Nat. Mater. 13 (2014) 1013-1018.
光催化剂的分类和机理总结
• ★制备:
• Ni的前驱体NiCl2加到CdS纳米棒的分散系中,用447nm激 光照射;
• CdS导带中的光生电子将NiCl2还原成Ni纳米颗粒,便沉积 在CdS纳米棒表面。
• ★性能: • 447nm激光照射,表观量子效率53%,内部量子效率71%,
H2生产速率:63mmol g-1 h-1
光催化剂的分类和机理总结
• 1、光子能量要比催化剂的禁带宽度Eg高;(窄的禁带宽 度有利于太阳能的利用)
• 2、反应物的氧化还原电势应在导带电位与价带电位之间; (更负的导带电位和更正的价带电位有利于氧化还原反应)
光催化剂的分类和机理总结
• 1、加入电子给体和电子受体(牺牲剂) • 2、担载助催化剂 • 3、双光子系统(Z-Scheme)
解决措施:改变半导体表面结构,阻止A在PSⅠ上与D在PSⅡ上的吸附,但无法 杜绝。
A/D电对:IO3− /I −、Fe3+ /Fe2+ , [Co(bpy)3 ]3+/2+ , [Co(phen)3]3+/2+ 、NO3−/NO2−
光催化剂的分类和机理总结
• 缺陷:
• 由于氧化还原电对的存在,该催化剂仅适用于液态的催化 反应,且不适合污染物的降解,因为污染物会影响电对的 氧化还原反应,所以该体系的催化剂局限于水的光催化分 解领域。