二氧化钛光催化产生超氧自由基的形态分布研究_王丹
二氧化钛光催化性能
原理，致力提高光催化效率。
Fujishima和Honda的研究工作引起了人们对半导体在光作用下能否用于污染 控制的兴趣，而半导体光电化学的研究结果为开展这一工作奠定了基础。从七十年代
初期以来，国外许多学者竞相开展这方面的研究。1976年,J. H. Cary报道了TiO?水 浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，注意到TiO2水体系在光照条件下可非
日常生活废水中含有大量的表面活性剂，这种废水不但容易产生异味和泡沫，而且 还会影响废水的生化。表面活性剂不但很难降解，有时还会产生有毒或不溶解的中间
体。研究证明，采用纳米TiO2催化剂分解表面活性剂可以取得较好的效果。虽然表面 活性剂中的烷基链较难完全被纳米TiO2催化剂氧化成CO2,但表面活性剂中芳环的破
纳米二氧化钛光催化性能的研究
摘要：介绍实验室制备金红石型二氧化钛的一种方法，并通过XRD扫描分析其相 态，经扫描电子显微镜观察所制备的二氧化钛的形貌和尺寸， 最后在紫外光照射下研 究其对有机物的降解。
关键词：制备；TiO2；纳米材料；光催化。
1
早在1929年人们就知道了涂料的“钛白”现象，即涂料中的二氧化钛能使颜料褪 色。后来的研究发现，造成这一现象的原因是TiO2的光敏化行为，即TiO2的光敏化引 起油漆中有机物粘合剂的光降解，从而导致尤其涂料的不稳定。20世纪70年代和80
光催化空气净化器原理与设计
光催化空气净化器原理与设计
李蓉;韩亚红;宋欣坤;王超艺;李雨鑫
【期刊名称】《电子质量》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】光催化技术的出现和完善,为空气净化和污染物的降解提供了新的解决方法。
光催化空气净化器是一种利用光催化技术来净化空气的设备。
它通过使用光催化材料,如二氧化钛(TiO_(2)),在光的作用下产生活性氧和电子,从而分解和氧化空气中的有害物质,如细菌、病毒、有机污染物和异味等。
集照明与净化为一体的景观灯,在照明的同时还可以净化空气。
在景观灯的基础上,在空气净化器安装小型风力发电机和太阳能板,在景观灯的底座内部四周裹上光催化膜和过滤膜,通过TiO_(2)光催化的原理,利用大自然的风能和太阳能实现对空气的净化。
从光催化空气净化器的研究背景、设计思路、基本原理和工作性能分析等角度进行全方位介绍,多方面阐述了该设备的可行性。
【总页数】6页(P41-46)
【作者】李蓉;韩亚红;宋欣坤;王超艺;李雨鑫
【作者单位】山西能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.521
【相关文献】
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二氧化钛光催化简介
掺杂离子的种类主要是过渡金属离子和稀土金属离子
掺杂金属离子的原则：
2.非金属离子掺杂
非金属元素掺杂是利用非金属元素取代二氧化 钛中的部分O元素。 主要掺入N、P、C、S和卤素等，通过这些掺杂， 实现了对可见光的响应，提高了二氧化钛的光电 特性。
非金属掺杂中存在的问题：
1、非金属元素掺杂二氧化钛的稳定性研究较少， 在强氧化物的存在下可能导致非金属元素的流逝 2、非金属元素掺杂二氧化钛在可见光激发下的空穴 比紫外线激发下的空穴氧化能力要低，这就影响到 能否在可见光下实现对大部分有机物的矿化。 同时对于掺杂导致的能带位移也关注较少。
二氧化钛的光催化性能 二氧化钛的三种晶体结构 纳米二氧化钛的制备方法 二氧化钛在实际应用中的缺陷 提高TiO2光催化性能的主要途径
二氧化钛：一种半导体光催化材料
半导体光催化：是光学、电化学、材料学、
表面化学和催化化学等领域的新兴交叉学科， 其特征是半导体材料通过有效吸收光能产生 具有极强氧化能力和还原能力的发生空穴 和电子，在催化剂表面发生直接或间接的氧 化或还原反应。 目前，半导体光催化已形成两个研究方向： 太阳能光电转化和环境治理光催化。
解决办法：对二氧化钛进行改性，通过改性可提高激发 电荷分离，扩大其作用的光波长范围以提高太阳光的利用率、 提高二氧化钛的稳定性、提高光催化反应的选择性或产率等。
➢贵金属沉积
➢离子掺杂
➢采用复合半导体 ➢添加适当的有机染料敏化剂
贵金属沉积
氧化钛的光催化过程机理
石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的制备方法本发明涉及一种石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，步骤如下：将氧化石墨溶于有机溶剂，超声处理得到氧化石墨烯分散液：在氧化石墨烯分散液中加入钛盐前驱体，搅拌均匀：将混合好的分散液转移至水热反应釜，12 0〜2 0 0 °C下反应4〜2 0小时：将反应所得到产物分别用无水乙醇与去离子水淸洗，真空4 0〜8 0 °C下干燥8〜2 4小时得到石墨烯/二氧化钛复合光催化剂。
本发明的优点在于原料普通易得，成本低廉，制备过程简单安全，所得产物中，T i O 2颗粒能均匀分散于石墨烯表面，两者间有较强的作用力，既避免了自身粒子的团聚，也有效防止了石墨烯片层的重堆积。
结构上的优势使其具有优良的光催化活性，在环境保护与太阳能电池领域中都有潜在的应用价值。
所谓光催化反应光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项髙级氧化技术。
所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。
光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。
光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
光催化氧化技术利用光激发氧化将02、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。
所用光主要为紫外光，包括uv-H202. uv-02等工艺，可以用于处理污水中CHC13、CC14、多氯联苯等难降解物质。
列外，在有紫外光的Feton体系中，紫外光与铁禽子之间存在着协同效应，使H202分解产生疑基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。
编辑本段分类光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成C02、H20及其他的离子如N03-、P043-、C1-等。
有机物的光降解可分为直接光降解、间接光降解。
前者是指有机物分子吸收光能后进一步发生的化学反应。
后者是周用环境存在的某些物质吸收光能成激发态，再诱导一系列有机污染的反应。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
二氧化钛光催化原理讲解学习
精品文档TiO2光催化氧化机理TiO2属于一种 n型半导体材料，它的禁带宽度为 3.2ev （锐钛矿） , 当它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越前至导带，形成光生电子（ e-）; 而价带中则相应地形成光生空穴 (h +) ，如图 1-1 所示。
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和空穴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，而空穴-附于 TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的 OH和H2O分子氧化成自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中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等无害物质。
反应过程如下：反应过程如下：+-(3)+-（ 4）TiO 2 + hv → h+e h+e →热能+(5)++(6)h + OH- → ·OH h + H 2O → ·OH + H-（ 7）O2+ H+→ HO2·(8)e- +O 2→ O22 H2O·→ O2 + H2O2(9)H2O2+ O 2+(10)→·OH+H +O2·OH + dye → ···→ CO2 + H 2 O(11)H+22(12)+ dye → ···→CO +HO由机理反应可知 ,TiO 2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。
Ti0 2光催化氧化的影响因素1、试剂的制备方法常用 Ti0 2光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。
不同方法制得的 Ti0 2粉末的粒径不同，其光催化效果也不同。
同时在制备过程中有无复合，有无掺杂等对光降解也有影响。
Ti0 2的制备方法在许多文献上都有详细的报道，这里就不再赘述。
二氧化钛光催化原理讲解学习
TiO2光催化氧化机理TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它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越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。
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和空穴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，而空穴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·OH自由基，·OH 自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中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等无害物质。
反应过程如下：反应过程如下：TiO2+ hv → h+ +e- (3) h+ +e-→热能（4）h+ + OH- →·OH (5) h+ + H2O →·OH + H+(6)e- +O2→ O2- （7）O2 + H+ → HO2·(8)2 H2O·→ O2 + H2O2(9) H2O2+ O2 →·OH + H+ + O2(10)·OH + dye →···→ CO2 + H2O (11)H+ + dye→···→ CO2 + H2O (12)由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。
Ti02光催化氧化的影响因素1、试剂的制备方法常用Ti02光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。
不同方法制得的Ti02粉末的粒径不同，其光催化效果也不同。
同时在制备过程中有无复合，有无掺杂等对光降解也有影响。
Ti02的制备方法在许多文献上都有详细的报道，这里就不再赘述。
二氧化钛光催化技术介绍
納米二氧化鈦光催化技術介紹納米光催化採用二氧化鈦(TiO2)半導體的效應，啟動材料表面吸附氧和水分，產生活性氫氧自由基（OH.）和超氧陰離子自由基（O2-），從而轉化為一種具有安全化學能的活性物質，起到礦化降解環境污染物和抑菌殺菌的作用。
納米二氧化鈦(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解細菌和污染物，具有高催化活性、良好的化學穩定性、無二次污染、無刺激性、安全無毒等特點，且能長期有益於生態自然環境，是最具有開發前景的綠色環保催化劑之一。
無毒害的納米TiO2催化材料，充分發揮抗菌、降解有機污染物、除臭、自淨化的功能，這類環保型功能材料實施方便、應用性強，能實用到生活空間的多種場合，發揮其多功能效應，成為我們生活環境中起長期淨化作用的環保材料。
光催化原理- 什麼是光催化光催化[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] +催化劑[catalyst]的合成詞。
主要成分是二氧化鈦（TiO2），二氧化鈦本身無毒無害，已廣泛用於食品，醫藥，化妝品等各種領域。
光催化在光的照射下會產生類似光合作用的光催化反應(氧化－還原反應,產生出氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧，這些產物可殺滅細菌和分解有機污染物。
並且把有機污染物分解成無污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2),同時它具有殺菌、除臭、防汙、親水、防紫外線等功能。
光催化在微弱的光線下也能做反應，若在紫外線的照射下，光催化的活性會加強。
近來, 光催化被譽為未來產業之一的納米技術產品。
- 光催化反應原理TiO2當吸收光能量之後，價帶中的電子就會被激發到導帶，形成帶負電的高活性電子e-,同時在價帶上產生帶正電的空穴h+。
在電場的作用下，電子與空穴發生分離，遷移到粒子表面的不同位置。
熱力學理論表明，分佈在表面的h+可以將吸附在TiO2表面OH-和H2O 分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強的，能氧化並分解各種有機污染物（甲醛、苯、TVOC等）和細菌及部分無機污染物（氨、NOX等），並將最終降解為CO2、H2O 等無害物質。
纳米二氧化钛的制备及光催化分析
苏州科技大学材料科技进展化学生物与材料工程学院材料化学专业题目：纳米二氧化钛的制备及光催化*名：**学号：**********指导老师：***起止时间：5月20日——6月8日纳米二氧化钛的制备及光催化吕岩（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。
本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。
并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。
通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。
关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalyticLv Yan(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living.Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis引言：纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。
二氧化钛光催化技术介绍
纳米二氧化缺光催化技荷介^纳米光催化探用二氧化金太(TiO2)半^髓的效鹿启攵勤材料表面吸附氧和水分，走生活性氢氧自由基(OH.)和超氧陪雕子自由基(02-), ^而^化舄一希重具有安全化孥能的活性物筲起到碳化降解璞境污染物和抑菌杀殳菌的作用。
纳米二氧化金太(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解^菌和污染物，具有高催化活性、良好的化孥穗定性、照二次污染、照刺激性、安全照毒等特黑占，且能畏期有益於生熊自然璞境，是最具有^畿前景的^色璞保催化蒯之一。
然毒害的纳米TiO2催化材料，充分畿撞抗菌、降解有^污染物、除臭、自浮化的功能，是^璞保型功能材料^施方便、雁用性弓鱼，能^ 用到生活空^的多重埸合，畿撞其多功能效废，成舄我仍生活璞境中起畏期浮化作用的璞保材料。
光催化原理-什麽是光催化光催化［Photocatalyst ］是光［Photo二Light］ +催化蒯［catalyst］的合成羞司。
主要成分是二氧化金太（Ti02）,二氧化金太本身照毒照害，已腐泛用於食品，髻桑，化片攵品等各希重令臭域。
光催化在光的照射下畲走生^似光合作用的光催化反雁（氧化-遢原反雁，走生出氧化能力桎弓鱼的自由氢氧基和活性氧，是些走物可^M^菌和分解有檄污染物。
亚且把有檄污染物分解成照污染的水（H20）和二氧化碳（C02）,同畤它具有杀殳菌、除臭、防汗、^水、防紫外^泉等功能。
光催化在微弱的光%泉下也能做反底若在紫外#泉的照射下光催化的活性畲加逾近来，光催化被餐舄未来走棠之一的纳米技彳桁走品。
-光催化反雁原理TiO2富吸收光能量之彳爰，僵带中的雷子就畲被激畿到^带，形成带^雷的高活性雷子e-,同畤在僵带上走生带正雷的空穴h+。
在雷埸的作用下，雷子典空穴畿生分雕，暹移到粒子表面的不同位置。
熟力孥理言禽表明，分怖在表面的h+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O 分子氧化成（OH.）自由基,而OH.自由基的氧化能力是水髓中存在的氧化蒯中最弓鱼的，能氧化亚分解各重有^污染物（甲醛、苯、TVOC等）和^菌及部分照檄污染物（氨、NOX 等），亚将最^降解舄CO2、H2O 等照害物鼻由於OH自由基封反废物^乎MB®性，因而在光催化中起著〉夬定性的作用。
硒化锑二氧化钛的制备及光催化性能的研究-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要采用水热法获得Sb2Se3，并以（NH4）2TiF6为原料采用共沉淀法制备Sb2Se3/TiO2。
XRD 分析表明，复合材料中TiO2属于锐钛矿晶型。
SEM和TEM图像表明，Sb2Se3是一种高长径比的棒状晶体，平均截面直径约为100 nm, TiO2是一种颗粒状晶体材料，直径约为20nm。
采用甲基橙作为降解目标，主要进行了Sb2Se3/TiO2光催化活性的研究。
研究了不同摩尔比、反应时间和反应温度对Sb2Se3和TiO2光催化降解的影响。
结果表明，当摩尔比为3:7时，光催化性能最好。
反应时间的延长对光催化性能有催化作用。
反应温度的升高对光催化性能有抑制作用。
关键词：硒化锑，二氧化钛，光催化，纳米材料，有机物降解AbstractSb2Se3/TiO2 was prepared by the co-precipitation method, with Sb2Se3 obtained by a hydrothermal method, and (NH4) 2TiF6 as raw materials. XRD analysis indicated that TiO2 in the composite belongs to Anastase. SEM and TEM images showed that Sb2Se3 is a kind of rod-shaped crystal with a high length to diameter ratio, and the average sectional diameter is about 100 nm, and TiO2 is a kind of granular crystal material, with the diameter of about 20 nm.The photocatalytic activity of Sb2Se3/TiO2 was carried out mainly by using methyl orange as the target of degradation. The effects of different molar ratios, reaction time and reaction temperature on photocatalytic degradation of Sb2Se3 and TiO2 were studied. The results showed that the photocatalytic performance was the best when the molar ratio was 3:7. The extension of reaction time has a catalytic effect on photocatalytic performance. The increase of reaction temperature has an inhibitory effect on photocatalytic performance.Key words:Antimony selenide, titanium dioxide, photocatalysis, nano-materials, organic matter degradation第一章绪论1.1前言在当今人类的日常生活中，石油化工产品已经成为非常重要的一部分，由此引发的环境问题已经受到了全世界的广泛关注。
二氧化钛的研究
纳米TiO2的制备与应用的研究摘要：TiO由于其优良的性能，在太阳能储存、净化环境、传感器、2涂料、美容产品、废水处理、催化剂、等方面引起了特别大的关注。
本文主要介绍了运用模板法、水热法、化学气相沉积发来制备纳米TiO2，同时介绍了每一种方法的优点和缺点。
除此此外还有阳极氧化的方法、液相沉积法、微乳液法等等。
同时也阐述了纳米TiO2在光催化降解水，抗菌，解决有机污染物等方面的应用，并对纳米TiO2的前景进行了展望。
关键词：纳米TiO催化剂光生电子21.引言随着经济社会的快速发展，药品、个人护理产品、杀虫剂、表面活性剂、化工原料的使用日益增多，加上大部分人对环境保护认识不足，从而对环境造成了严重的影响。
此外随着绿色化学的发展，人们越来越提倡尽运用化学的技术和方法，除去对环境，对人类有害的物质，也要尽可能利用像太这样清洁而又丰富的资源。
而二氧化钛由于其具有化学稳定性、能够和生物很好相容、相当强的氧化能力、以及抗化学腐蚀，抗光腐蚀的能力,更重要是是价格低廉,因此在储存太阳能、处理废水、净化环境、传感器、涂料、美容产品、催化剂、填充剂等诸多领域引起了人们极大的关注[1]，鉴于二氧化钛如此多优点，它的制备方法及其在光催化领域的应用显得尤为重要。
2.纳米TiO2的制备尽管二氧化钛是一种非常有潜力的催化剂材料，但是TiO2的禁带宽度有3.2ev[2]，只有占太5%的短波长的紫外线（λ﹤387 nm）能够将TiO2激发，但是因为光激发而产生的电子和空穴非常容易发生复合，使量子产率下降，这严重降低了二氧化钛的光催化效率[3]。
为了提高太的利用效率，从而改善TiO2的光催化效率，已经有人把过渡金属和稀土元素掺杂在里面，或者是沉积贵金属（银、金、铂等）、掺杂非金属（碳、氮等）、修饰半导体的表面、或者是敏化等[4]。
2.1模板法20世纪90 年代发展起来的模板法是一种合成一维纳米材料的有效方法。
它可以用来合成纳米管和纳米线。
二氧化钛光催化技术的发展现状概述
二氧化钛光催化技术的发展现状概述在过去的几十年里，二氧化钛光催化技术在环境保护、能源开发和医学等领域中得到了广泛的应用和研究。
这种技术利用二氧化钛材料在光照下产生催化反应，从而实现有机废水、空气污染物和有害物质的去除和转化。
本文将深入探讨二氧化钛光催化技术的发展现状，并分析其在不同领域的应用。
首先，我们来了解一下二氧化钛光催化技术的基本原理。
二氧化钛是一种光敏催化剂，在可见光下产生电子-空穴对，并通过这些活性物种参与氧化还原反应。
当有机物或有害物质吸附在二氧化钛表面时，光催化剂吸收光能并产生活性物种，进而引发一系列的催化反应，最终分解或转化有机废水和空气污染物。
这种技术具有高效、无污染和易于操作等特点，因此在环境保护和废水处理中被广泛研究和应用。
二氧化钛光催化技术的发展经历了不断的创新与突破。
最早的二氧化钛光催化技术主要是基于紫外光的催化反应，但由于紫外光的能量较高且利用率较低，限制了其应用范围。
随着研究的深入，科学家们开始将可见光吸收剂引入二氧化钛体系中，提高光催化剂的能量利用效率。
同时，还开发了一系列改性的二氧化钛材料，如二氧化钛纳米晶体、复合材料和二氧化钛薄膜等，以提高催化活性和稳定性。
这些创新使得二氧化钛光催化技术在可见光范围内具有更广泛的应用前景。
二氧化钛光催化技术在环境保护领域中展现了巨大的潜力。
例如，它可以用于废水处理中有机废水的脱色、降解和去除有害物质。
研究表明，二氧化钛光催化技术对各种有机污染物的去除效率高达90%以上。
此外，二氧化钛光催化技术还可以应用于大气污染物的治理。
有研究发现，在光催化剂的作用下，二氧化氮等常见空气污染物可以高效降解，从而净化空气质量。
除了环境保护领域，二氧化钛光催化技术还在能源开发和医学领域中展现出了潜在的应用。
在能源开发方面，它可以用于太阳能电池和光电催化水解制氢等领域，为可再生能源的开发做出贡献。
而在医学领域，二氧化钛光催化技术可以应用于抗菌消毒和肿瘤治疗等方面，为医疗健康提供新的解决方案。
第七章 纳米材料在能源环保领域的应用
变能量相当于18500－25600亿吨标准煤。核电的生产和核电站的运行，事实上是清洁和安全的。 核能是极重要的能源，要比化学反应的能量变化大得多。如1克铀裂变时所放出的热量相当于3吨标准煤燃烧时所放热量。而 氘与氚聚变时，每克核燃料放出能量约为3×108KJ,即千倍于核裂变放出的能量。仅海水中所蕴藏的氘聚变时产生的能量，足 以提供较现在所耗大一千倍的能量达数亿年之久。但热核反应的技术十分复杂，目前还只能以“未来的能源” 对待。
氢，只能由水的分解来制取。
1．电解水制氢
纯水是电的不良导体，所以电解时需向水中加入强电解质以提高导电性，但酸有腐蚀性、盐会生成副产物，故一般多以氢氧
化钾水溶液作为电解液：
电解反应：
电解水制氢在水电和核电资源丰富的国家和地区会发挥巨大作用，但从能量转换的全过程看，如果按照“核能—热能—机械 能—电能—氢化学能”的模式进行，因转换步骤多，尤其热功转换的限制，总效率一般低于20%。即使热功转换效率提高 到40%，电解效率80%，总效率也仅32%左右。 2．热化学分解水制氢
度，他们设想在热分解过程中引入热化学循环。
3．水的光分解和光电化学分解
以阳光辐照直接分解水制氢的研究始于Heidt等人，他们用含有Ce4+/Ce3+的水溶液接受紫外光照射时会有氢气产 生。Fe3+/Fe2+和Cu2+/Cu+体系相似。不过因为是在均相溶液中，易发生可逆反应而使效率极低。 70年代末，人们发现一些有机金属配合物，如联吡啶钌配合物，吸收光能后产生光激发。其激发态既是电子受体，又是电子 供体，能实现电荷的分离和传递，因而能分解水为氢和氧。在0.5mol/L H2SO4或pH = 6.8的溶液中氧产率为83%。事实上，钌
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的
生成在光催化反应中起着关键作用。另一方面，由于活性氧自由基的反应活性强、寿命短，一些研究者
认为短寿命活性氧自由基在污染物的光降解矿化及抗菌过程中直接参与了反应［2，3］。但是 TiO2 光催化
反应是非均相反应，产生的
O
·－ 2
可能会以吸附于颗粒物表面或游离溶液中两种形式存在。因此，研究
O
·－ 2
的生成及其存在形式有助于加深对光催化作用机制的认识和理解，进而为提高光催化效率提供指
生成量依次为
P25＞锐钛矿＞金红石；
而表面吸附的
O·2 －
的生成量相差不大，
锐钛矿表面吸附 O·2 － 略高。不同于以往仅对光催化反应中总活性氧（ ＲOS） 检测，本研究同时还对吸附在颗
粒物表面 ＲOS 的产生和分布进行研究，有助于加深光催化污染物降解和微生物消毒作用机制的认识和理解。
关键词 二氧化钛； 光催化； 超氧阴离子自由基； 形态分布
司） ； 二甲基亚砜、乙二胺四乙酸、NaN3、KOH、NaOH（ 国药集团化工试剂有限公司） 。所用试剂均为分析
纯，实验用水为超纯水（ 美国 Millipore 公司超纯水系统制备） 。
2．2
TiO2
光催化反应中总
O
·－ 2
的产生
取 1 mL NBT（ 60 μmol / L） 加入到 100 mL TiO2 悬浮液（ 100 mg / L，pH = 11） 中，打开光源（ 见图 1A） 。
第 45 卷 2017 年 12 月
分析化学 （ FENXI HUAXUE） 研究报告 Chinese Journal of Analytical Chemistry
第 12 期 1882 ～ 1887
DOI： 10．11895 / j．issn．0253-3820．171378
二氧化钛光催化产生超氧自由基的形态分布研究
等［13］ 利 用 原 位 红 外 光 谱 技 术 发 现 了
TiO2 胶体中表面过氧物种的存在（ Ti（ O2 ） ） ，可以在黑暗条件下存在数十分钟。Nosaka 研究组［14，15］利
用化学发光技术研究了 TiO2 光催化溶液中 O·2 － 的生成，并从衰减曲线入手，分析 O·2 － 地衰减过程和途
入 45% 2 mol / L KOH 和 55% DMSO 的混合液溶解甲臜，再次离心（ 12000 r / min，30 min） ，TiO2 颗粒沉
淀，测定上清液中的还原性产物在 680 nm 处的吸光度。
2．4 NBT 分光光度法对 O2 ·－ 特异性检测
UV
将 NBT （ 60 μmol / L） 与 TiO2（ 100 mg / L，pH =
第 12 期
王 丹等： 二氧化钛光催化产生超氧自由基的形态分布研究
1883
O
·－ 2
的产生量及
TiO2
光催化反应中产生
O·2 －
的存在形态。
本研究选用硝基四氮唑蓝（ NBT） 作为探针，NBT 在 O·2 － 作用下，得到电子还原生成不溶于水的蓝
色甲臜，最大吸收峰出现在
680
nm。当
NBT
过量时，体系中只生成单甲臜，且其生成量与
O
·－ 2
。
在
此
浓
度
下，研
究
O
·－ 2
产生与
NBT
还 原 产 物 甲 臜 的 相 关 性，如
图 2B 所示，随着 O·2 － 浓度提高，吸光度增强，说明甲臜生成量越多。对响应信号进行线性回归，其方
程为y = 0．001x+0．243，相关系数 Ｒ2 为 0．935。
Absorbance
0.8 A
0.7
到广泛应用。因此，本研究选择 NBT 作为探针，检测 TiO2 光催化反应中生成的 O·2 － 。
NBT
与
O
·－ 2
反应中，当
NBT
过量时，体系中只生成单甲臜；
当
O
·－ 2
过量时，NBT
先被还原生成单甲
臜，单甲臜继续被还原生成二甲臜。二甲臜的两个四氮唑环均被还原，而单甲臜只有一个四氮唑环被还
原； 因此，单甲臜的生成量与 O·2 － 生成量呈线性相关［21，22］。王大彬等［23］选择过量 NBT 作为检测探针。
0.6
0.5
0.4
0.3
120 mmol/L NBT 60 mmol/L NBT
30 mmol/L NBT
Absorbance
0.7 B
0.6
0.5
0.4
0.3
y=0.001x+0.243 R2=0.935
在不同时间点取出 1 mL 样品进行离心分离（ 12000 r / min，30 min） ，弃去上清液，得到蓝色沉淀； 加入
45% 2 mol / L KOH 和 55% DMSO 的混合液溶解甲臜，离心（ 12000 r / min，30 min） ，沉淀为 TiO2 颗粒，检 测上清液中的还原性产物在 680 nm 处的吸光度。 2．3 TiO2 光催化反应中表面吸附 O·2 － 的产生
径，推测
O·2 －
部分有可能存在于
TiO2
表面。但这些研究均未直接检测到
TiO2
胶体溶液中表面
O
·－ 2
，更
缺乏表面 O·2 － 占其总 O·2 － 的比例及其存在形态的信息。另外，对于自由基对污染物降解转化作用的研
究，通常是光催化剂与化学物质先混合，然后给予混合溶液紫外光照，由此测定其光催化降解活性。因
而，无法确定光催化产生的
O
·－ 2
的过程是与纳米颗粒表面结合或扩散到溶液中，也无法确定表面吸附
2017-10-25 收稿； 2017-11-04 接受 本文系国家重大发展研究计划 （ No． 2016YFA0203102） 、中科 院 先 导专项 （ No． XDB14040100） 和国家自然科 学 基 金 （ Nos． 21677152， 91543203，21577156） 项目资助 * E-mail： zlx@ rcees．ac．cn
O·2 －
是存在于
TiO2
纳米颗
粒表面还是游离在溶液中等获取的信息还比较少。仅见几篇关于 O·2 － 可能吸附在 TiO2 表面的报道，如
Attwood
等［12］通过
EPＲ
光谱证实在真空条件下光激发
TiO2
产生的
O
·－ 2
吸附在表面，并且在室温条件
下
O
·－ 2
可以在完全脱水的
TiO2
表 面 稳 定 存 在 数 天。 Nakamura
用连续流动-分光光度法，将 TiO2 光照后，再与 NBT 混合，研究 TiO2 光反应过程中表面吸附的 O·2 － 。在此基础
上，研究了 3 种不同晶相 TiO2（ 锐钛矿、金红石、P25） 光催化反应中生成的总 O·2 － 和表面吸附的 O·2 － 。结果表
明，3
种不同晶相
TiO2
的总
O
·－ 2
催化反应中生成的
O
·－ 2
及其形态分布。
2 实验部分
2．1 仪器与试剂
500 W 氙灯光源、365 nm 截止滤光片（ 畅拓科技有限公司） ； 蠕动泵、聚四氟乙烯管（ 保定兰格恒流
泵有限公司） ； Agilent 8453-紫外可见分光光度计（ 美国 Santa Clara 公司） 。
3 种商品化的 TiO2 纳米颗粒 （ 锐钛矿、金红石、P25） 、氯化硝基四氮唑蓝 （ NBT） （ 美国西格玛公
将 TiO2 悬浮液（ 100 mg / L，pH = 11） 和 NBT 溶液（ 60 μmol / L） 分别置于两个容器中，在蠕动泵的推 动下两者通过聚乙烯管混合，从光反应器到混合处约需 10 s（ 图 1B） 。打开光源后，光反应器中的 TiO2 产生 O·2 － ，经管路输送，与 NBT 混合，混合液中 TiO2 表面吸附的 O·2 － 会与 NBT 反应，生成还原性产物。 在不同时间点取出 1 mL 混合样品进行离心分离（ 12000 r / min，30 min） ，弃去上清液，得到蓝色沉淀； 加
羟胺氧化法、
1884
分析化学
第 45 卷
邻苯三酚自氧化法、NBT 化学还原法等。羟胺氧化法线性相关性较差； 邻苯三酚自氧化过程产物复杂，
测定结果受外界环境影响。而
NBT
是一种
O
·－ 2
特异性探针，它在
O
·－ 2
作用下，得到电子还原生成不溶
于水的蓝色甲臜。彩在碱性溶液中，单甲臜的吸光系数大于 104，灵敏度高［20］，目前在生化领域已经得
A
11） 混合溶液中，分别加入超氧化物歧化酶（ SOD）
TiO2+NBT
（ 5 μmol / L，O·2 － 猝 灭 剂） ［16］、EDTA （ 1 μmol / L， h+ 猝灭剂） ［17］、异 丙 醇 （ 0． 1 mmol / L，· OH 猝 灭
UV
Peristaltic pump
剂） ［18］、NaN3（ 1 μmol / L，1 O2 猝灭剂） ［19］。打开光
B
源，在不同时间点取出 1 mL 样品离心分离（ 12000
Peristaltic pump
r / min，30 min） ，弃去上清液，得到蓝色沉淀； 加入
45% 2 mol / L KOH 和 55% DMSO 的混合液溶解甲 臜，离心（ 12000 r / min，30 min） ，检测上清液中的 还原性产物在 680 nm 处的吸光度。
O
·－ 2
生成量
呈线性相关。基于此，采用传统方法研究 NBT 与 TiO2 混合后光照，TiO2 光反应过程中产生总 O·2 － 及其