光催化ppt课件

----抗菌性： 杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷 伯氏菌、绿脓杆菌、病毒等。 ----空气净化： 分解空气中有机化合物及有毒物质：苯、 甲醛、氨、TVOC等。 ----除臭 ：去除香烟臭、垃圾臭、生活臭等恶臭。 ----防霉防藻： 防止发霉、防止藻类的产生, 防止水垢的附 着。 ----防污自洁：分解油污,自清洁。
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❖ 半导体结构与绝缘体类似，所不同的是Eg较窄，电 子从价带克服禁带能垒跃迁至导带有两种途径。
❖ 一种可以通过热激发或光激发实现。 ❖ 另一种通过掺杂改变半导体材料的电子分布状况实
现。
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掺杂半导体
❖ 在半导体中含有少量杂质原子称为掺杂半导体。 ❖ 若掺杂原子的价电子除了成键外还有剩余，则为施
高效光催化材料的设计、 制备与应用
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内容
❖ 发展背景 ❖ 能带理论 ❖ 光催化理论 ❖ 光催化反应的影响因素 ❖ 光催化材料的结构与性能 ❖ 光催化剂的制备方法 ❖ 光催化剂的表征方法 ❖ 光催化材料的应用 ❖ 存在的问题与展望
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背景、发展
❖ 1967年还是东京大学研究生的藤岛昭教授，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。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。
❖ 随着研究深入，人们发现半导体光催化技术在去除污 染物等方面，具有能耗低、氧化能力强、反应条件温 和、操作简便，可减少二次污染等突出特点，有广阔 应用前景。
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❖ 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行， 日本发表许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧 化物净化的研究成果。此后，光触媒应用于抗菌、防污、 空气净 化等领域的相关研究急剧增加。
❖ 对于不同的材料，禁带宽度不同，导带中电子的数目也 不同，从而有不同的导电性。例如，金属的导带与价带 有一定程度的重合，Eg=0，价电子可以在金属中自由运 动，所以导电性好。绝缘材料SiO2的Eg=5.2eV，导带中 电子极少，所以导电性不好。半导体Si的Eg=1.1eV，导 带中有一定数目的电子，从而有一定的导电性。
❖ 纳米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所组成。粒径极为 微细，具有极大的比表面积，粒径越小，表面原子百分 比提高。 在表面上由于大量原子配位的不完全而引起高 表面能，使纳米材料具吸附、光吸收等特性。（--应用）
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❖ 纳米TiO2光触媒在太阳光或室内荧光灯的照射下能产生 抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。
❖ 这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机 的背景，这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩 目，但由 于很难在短时间内提取大量的氢气，所以利用于新 能源的开发终究无法实现，因此在轰动一时后迅速降温。
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❖ 随着社会发展，大气污染、水污染及噪声污染成为世 界三大公害。一般采用催化燃烧、化学氧化、生物、 吸附等方法对污染物加以去除，但均存在一定的局限 性，如设备投资及运行费用高、去除不完全、二次污 染等，难以满足净化处理在技术和经济上的要求。
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❖ 近20年来，半导体光催化氧化技术获得了较大发展， 国内外围绕着半导体光催化材料的制备、改性、表
征、作用机理和应用等方面进行研究。这对开发新
型高效的污染物处理技术必将起到重大推动作用。 ❖ 常见的光催化剂有哪些？
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ห้องสมุดไป่ตู้
❖ 光触媒的材料众多，包括TiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、ZrO2、 CdS等半导体，在早期曾使用CdS和ZnO作为光触媒材料， 但是二者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解， 溶出有害的金属离子，故仅部分工业光催化领域还在使用。
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能带理论
❖ 能带理论是研究固体中电子运动规律的一种近似理 论。
❖ 能级：在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的 壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳 层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级 分布。
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❖ 能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之 间距离很近，以硅为例，每立方厘米的体积内有 5×1022个原子，原子之间的最短距离为0.235nm。 致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电 子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子 的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的 原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化。从而 使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差
❖ 导带：价带以上能量最低的允带称为导带。 ❖ 导带的底能级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，
Ec与Ev之间的能量间隔称为禁带Eg。---图
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❖ 导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成 电流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。导体中 的载流子是自由电子，半导体中的载流子则是带负电的 电子和带正电的空穴。
❖ 纳米TiO2因价廉、无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性 好、易于回收，尤其在液相光催化氧化过程中，目前被公认 为最理想的光催化剂，ZnO次之。
❖ 这些半导体材料怎么就具有催化性能？
…
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❖ 理论上，半导体吸收的光能大于或等于其带 隙能，便可以激发产生电子和空穴，就有可 能被用作光催化剂。
❖ 问题：什么是带隙能？半导体在任何光的作 用下都有催化活性吗？--能带理论
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❖ 室内空气品质的研究人员通常把他们采样分析 的所有室内有机气态物质称为TVOC。
❖ TVOC是三种影响室内空气品质污染中影响较 为严重的一种。它的毒性、刺激性、致癌性和 特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产 生急性损害。世界卫生组织、美国国家科学院/ 国家研究理事会等机构一直强调TVOC是一类 重要的空气污染物。
异，与此相对应的能级扩展为能带。
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❖ 禁带：允许被电子占据的能带称为允带，允带之间 的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。原 子壳层中的内层允许带总是被电子先占满，然后再 占据能量更高的外面一层的允许带。被电子占满的 允许带称为满带，每一个能级上都没有电子的能带 称为空带。
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❖ 价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子 能级相对应的能带称为价带。