纳米光催化材料研究进展

纳米光催化材料研究进展

姓名：蔡美娟学号：7101010134 班级：行管104

摘要：

纳米材料被誉为2l世纪的新材料，直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、最直接、最有效的方法。为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划，模仿自然界植物光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“2l世纪梦”的技术，它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂。目前国内外常见的光催化材料多为金属氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、CdS及PbS等。但由于光腐蚀和化学腐蚀强、难溶解，实用性好的有TiO2与ZnO，其中TiO2使用最为广泛，我们就以现今纳米光催化材料的TiO2与ZnO研究介绍来进行纳米光催化的研究进展

关键字：

纳米光催化材料TiO2 ZnO能源的枯竭

正文：

1 引言

纳米材料被誉为2l世纪的新材料，其概念在本世纪中叶被科学界提出后得到广泛重视和探人发展。1959年，诺贝尔物理奖获得Feyranan在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上预言：如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。在能源危机和环境问题的双重压力下，开发新能源，特别是使用清洁能源代替传统能源，迅速地降低他们的消耗量，保护环境改善城市空气质量早已经成为关乎社会可持续发展的重大课题。中国能源发展方向可以锁定在前景看好的物种新能源：水能、风能、太阳能、氢能和生物能。直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、最直接、最有效的方法。为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划，模仿自然界植物光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“2l世纪梦”的技术，它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂。目前国内外光催化剂的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰，尽管这些工作卓有成效，但是在规模化利用太阳能方面还远远不够，因此收寻高效太阳光响应型半导体作为新型光催化剂成为当前此领域最重要的课题。

2光催化材料的基本原理

半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子一空穴对的还原氧化性能，可以降低周围环境中的有机污染以及光解水制备H2和02。

3光催化材料的选择

常见的光催化材料多为金属氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、CdS及PbS 等。但由于光腐蚀和化学腐蚀强、难溶解，实用性好的有TiO2与ZnO，其中TiO2使用最为广泛。

TiO2的综合性能最好，其光催化活性最高（高于ZnO），化学性稳定、氧化还原性强、抗光阴极腐蚀性强、难溶、无毒且成本低，是研究及应用中最广泛的单一化合物光催化剂。

TiO2晶体对催化剂活性的影响很大。其晶型有三种：板钛型、锐钛型、金红石型。以一定的比例共存的锐钛型和金红石型混合型TiO2的催化活性最高。

4几种光催化材料

4.1纳米Ti02光催化剂改性研究进展

从上世纪80年代以来，随着全球性的环境污染日趋严重，如何有效的控制与治理环境污染已成为人类面临和亟待解决的重大课题。在环境污染治理技术中，纳米材料光催化降解因其可以利用太阳能则被认为是净化环境的技术革命。由于半导体Ti02具有良好的化学稳定性、低成本、耐腐蚀、无毒等优点，被广泛应用于太阳能转换与存储眦、污水处理、空气净化、除菌保洁、自洁防雾等各方面；尤其是纳米技术的迅速发展，纳米Ti02成为目前最具应用前景的光催化剂。但是，目前主要以氧化钛半导体为主的光催化技术还存在几个关键的技术难题，使其在工业上的应用受到极大的制约。这些问题主要包括：(1)Ti02量子产率低(约4％)，最高不超过10％，难以处理量大且浓度高的工业废气和废水：(2)太阳能的利用率低，以氧化钛为主的光催化剂只能吸收利用太阳光中的紫外线部分；(3)光催化剂的负载技术不能满足工业需求，难以同时满足高的催化活性和特定材料的物理化学性能的要求{也就是说，催化剂进行分离、回收和再利用仍是有待解决的问题；(4)光催化反应器缺乏统一标准，虽然日本取得了一些成果，但是反应器的尺寸大小、几何形状还没有统一的标准。一般的光催化反应都在自制的反应器中进行。以上问题中，尤其是Ti02光催化剂本身存在的量子产率低、吸收光谱范围窄等缺点严重制约了光催化技术的应用进展。

4.2纳米ZnO光催化材料的研究进展

作为一种重要的光催化剂，ZnO体相材料的禁带宽度为3．2 eV，是极少数几个可以实现量子尺寸效应的氧化物半导体，因此如何利用简捷、温和的技术制备纳米氧化锌，一直是人们研究的热点．近年来，人们已利用高效便捷的声化学法合成出了各种形貌的纳米氧化锌光催化材料．ZnO作为一种半导体材料，室温下其禁带宽度约为3．37eV，在波长小于378nm 的紫外光照射下，可以生成光生空穴一电子对，而光生空穴具有氧化性，因此Z．-O具有光催化性，且具有价廉、易得、无毒无污染等特点。由于ZnO的诸多优点，使其在环境保护和治理方面具有广阔的应用前景，因此纳米ZnO的制备引起了广泛关注。纳米ZnO的制备方法可以根据其制备过程中是否存在化学反应，而分为物理法和化学法。物理法是利用粉碎技术而得到较细颗粒的ZnO，但最细粒度只能达到0．1tLm 而非纳米级。因此制备纳米级ZnO只能应用化学法，化学法又可分为固相法、气相法以及液相法。

参考文献

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