光催化剂的制备—开题报告

光催化剂的制备—开题报告.doc

目录

1 文献综

述 ..................................................................... . (1)

1.1 光催化材料发展概

况 ..................................................................... (1)

1.1.1 光催化材料的起源与种

类 ..................................................................... . (1)

1.1.2 改善光催化材料性能的主要方

法 (2)

1.2 目前光催化技术的应

用 ..................................................................... .. (3)

1.3 TiO光催化材料存在的问题与展

望 ..................................................................... ...... 4 2

2 研究目的和意

义 ..................................................................... .. (5)

3 研究内

容 ..................................................................... .. (5)

5 进度计

划 ..................................................................... .. (6)

参考文

献 ..................................................................... (6)

1 文献综述

1.1 光催化材料发展概况

1.1.1 光催化材料的理论基础与种类

[1]自1972年，Fujishima等在Nature上发表的论文揭开了研究光催化技术的序幕。之后的几十年光催化技术在光催化抗菌、光催化污水处理、太阳能光催化分解水制氢等众多领域有了深入的发展。光催化技术以半导体的能带理论为基础。半导体的能带结构一般由填满电子的低能价带和空的高能导带构成，它们之间由禁带分开。当以能量等于或大于半导体禁带宽度的光照射时，价带电子被激发进入导带，在导带上产生带负电的高活性电子(e,)，价带上留下带正电荷的空穴(h+) ，形成电子-空穴对，在电场作用下分离并迁移到粒子表面。

半导体光催化的基本过程可描述为:光激发诱导半导体价带电子跃迁到导带，

藉此，在半导体导带和价带中分别形成电子和空穴;电子-空穴通过晶格迁移到材料表面，该过程中电子-空穴的分离和复合相互竞争;在材料表面的电子和空穴分别与周围反应介质发生还原和氧化反应。换言之，半导体光催化的基本过程可简单描述

为:半导体中的光生电子-空穴在晶格中分离并迁移到材料表面参与化学反应，这期间一直伴随着电子-空穴的分离和复合的竞争过程。

[2]理想的光催化材料有如下四个基本要求:环境友好;优异的电子-空穴分离能力;适合的能带电势，尤其在光催化分解水的应用中，要服从产氢和产氧的能带匹配原则;可见光响应能力。

目前所报道的光催化材料主要集中于:

1) 氧化物:以 TiO、InNiTaO 等为代表 21-xx4

2) 硫化物:CdS、ZnS、ZnS-CuInS-AgInS、(AgIn)xZn?2S等 222x2

3) 氧硫化物:LnTiSO (Ln = 稀土元素) 等; 2225

4) 氮化物: TaN、GeN、GaN等; 3534

5) 氧氮化物:LaTiON、YTa5N、TaON、(GaN)(ZnO)、MTaON(M = Ca、Sr、Ba) 等; 222O21-xx2

1

6) 氢氧化物:In(OH):S; 3

7) 磷化物:InP;

8) 碳化物:SiC;

9) 硅化物:TiSi。 2

其中，氧化物具有化学稳定好的优点，是研究得最充分的体系，元素周期表中所有可能作为光催化剂的简单二元金属氧化物均被涉猎到，目前研究的趋势是利用能带杂化的概念开发三元乃至多元的金属氧化物或固溶体;硫化物由于共价性较强，容易获得窄的禁带宽度，但在光催化过程中不可避免地存在光刻腐蚀的现象;氧硫化物的性能介于氧化物和硫化物之间;氮化物的共价性强，氧化物半导体通过氮掺杂可明显使吸收边红移;氧氮化物性能介于氧化物和氮化物之间;其他的如氢氧化物、磷化物、碳化物和硅化物等系列作为光催化材料的研究报道并不多见。

[3]1.1.2 改善光催化材料性能的主要方法

光催化材料已经显示出了其广阔的运用前景，但光催化材料所存在的一大明显不足就是对于太阳光的利用率和转化率太低，因此，近年来许多科学家都致力于对光催化材料的改性以及光催化剂的开发。

以纳米 TiO为例，纳米TiO 以其无毒，光催化活性高，稳定性高，氧化能力强，能耗22

低，可重复使用等优点而成为最优良的光催化材料。但是TiO 的禁带宽度( Eg=3 .2 eV) 较2

大，只能吸收占太阳光谱大约4%的紫外辐射 (波长=387 .5 n m)，所以不能充分利用太阳能;此外，光生电子和空穴复几率很高，导致TiO的光生载流子利用效率低，由于存在这2

两个缺陷，在一定程度上制约了TiO 光催化技术的实际应用。围绕这两个关键问题，目前2

半导体光催化技术研究呈现两个热点:( 1 )对TiO进行修饰改性以扩展其有效光响应范围2

及提高光生电子和空穴的利用效率,提高光催化反应活性。( 2 )开发新型半导体光催化剂，要求其对可见光生电子和空穴的利用效率，提高光催化反应的活性。

影响TiO 光催化反应活性的因素: 2

[5]1)金属沉积的影响:常见的沉积贵金属有Pt、P d 、Ag、Au等，其中研究最多的是P t/Ti O体系，沉积贵金属可改善光催化剂活性。贵金属沉积之所以能改善光催化剂的活性， 2

因为金属与Ti O 具有不同的费米能级，大多数情况下是金属的功函高于半导体的功函数， 2