半導(dǎo)體光催化

時間：2023-05-01 07:43:02 資料我要投稿

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半導(dǎo)體光催化

一、光催化的機理：半導(dǎo)體或金屬氧化物在光的照射下，被能量大于或等于禁帶寬度的光子所激發(fā)，產(chǎn)生具有一定能量的電子和空穴，這些電子和空穴在半導(dǎo)體或金屬氧化物顆粒內(nèi)部以及界面之間的轉(zhuǎn)移或失活。當(dāng)它們到達半導(dǎo)體或金屬氧化物表面并與其表面吸附物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生一些具有強氧化性的自由基團和一些具有氧化性的物質(zhì)，這些強氧化性的自由基團和具有氧化性物質(zhì)與被降解污染物充分作用，使其氧化降解為二氧化碳和水。

二、其中半導(dǎo)體作為催化劑在光催化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。1尹立松，沈輝綜述了二氧化鈦光催化研究的國內(nèi)外進展及其發(fā)展概況，一方面之處作為催化劑用的二氧化鈦應(yīng)擯棄使用高中壓汞燈、強紫外燈作為催化光源而直接利用太陽能。另一方面，要提高光催化反應(yīng)速率和提高反應(yīng)效率。2武榮國、司民真對二氧化鈦光催化原理、制備方法、對有機污染物處理研究現(xiàn)狀、影響二氧化鈦光催化因素等六個方面綜述說明二氧化鈦光催化在廢水有機污染物處理中的應(yīng)用前景。3孫曉軍、蔡偉民介紹了近年來國內(nèi)外二氧化鈦 (TiO2 )半導(dǎo)體光催化技術(shù)的研究進展 ,主要涉及TiO2 光催化氧化機理、高活性TiO2 光催化劑的制備與改性、

4TiO2 擔(dān)載及該技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用等方面的研究。張衛(wèi)華、李曉彤等人研究了有關(guān)

要影響二氧化鈦光催化效率的研究，并對提高其光催化效率的方法進行了綜述。5王文中, 尚萌, 尹文宗, 任佳, 周林概述了 Bi2WO6、BiVO4和 Bi2MoO6三種常見的含鉍復(fù)合氧化物可見光催化材料體系的近期研究進展.通過合成方法的優(yōu)選、晶粒成核和生長的調(diào)節(jié),實現(xiàn)晶粒尺寸、形貌、結(jié)晶度等微結(jié)構(gòu)的控制,從而獲得小尺寸、高表面積的光催化材料, 無論是在有機染料、苯酚和乙醛等多種模擬污染物的礦化, 還是抗菌等方面, 它們皆呈現(xiàn)出優(yōu)秀的可見光催化性能.通過進一步發(fā)展, 含鉍復(fù)合氧化物有望實現(xiàn)在環(huán)境凈化領(lǐng)域的應(yīng)用.6汪多仁研究了二氧化鈦光催化降解農(nóng)藥的性能、生產(chǎn)的主要技術(shù)路線與最佳的操作條件及有關(guān)進展情況，對現(xiàn)工業(yè)化運行的主要二氧化鈦光催化降解農(nóng)藥生產(chǎn)工藝的技術(shù)特點進行了具體的分析和總結(jié)，并闡述了國內(nèi)外研究開發(fā)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，并探討了擴大應(yīng)用范圍的前景與市場的需求。7肖信、張偉德分析了半導(dǎo)體光催化劑和碳納米管的特點，總結(jié)了碳納米管增強半導(dǎo)體光催化的機理。然后分別從復(fù)合材料制備方法、復(fù)合半導(dǎo)體種類和典型的應(yīng)用三個不同的角度，歸納總結(jié)近年來碳納米管/半導(dǎo)體管復(fù)合材料光催化的研究進展，最后對其發(fā)展趨勢作了展望。

潘力軍、金銀龍介紹了飲用水有機污染物的現(xiàn)狀、來源及其對健康的影響。綜述了二氧化鈦光催化技術(shù)降解飲用水中天然有機物、人工合成有機物和消毒副產(chǎn)物的最新研究進展。9王躍指出銀基微納米半導(dǎo)體在可見光輻射下表現(xiàn)出良好的光催化性能。10劉宗國、劉先平分為兩種類型闡述了已報道的用于光催化分解水制氫反應(yīng)的二元半導(dǎo)體第一文庫網(wǎng)體系。一種為將兩種半導(dǎo)體復(fù)合為一體；另一種為將兩種半導(dǎo)體分散加到光催化反應(yīng)液中z型體系。并分析了z型體系的優(yōu)缺點，指出對于z型體系的放氫催化劑和放氧催化劑也可以分別進行二元復(fù)合改性，以抑制光激發(fā)載流子的復(fù)合，提高整個體系的光催化效率。11粱智研究單斜相BiVO4納米粉體的軟化學(xué)制備工藝及其可見光下的光催化性能,分析不同的反應(yīng)條件對產(chǎn)物物相組

12 成、微觀形貌及光催化性能的影響。施章宏、劉斌、竇天軍、黃鶴翔采取N過量,改變Sm

濃度的方式,借助于溶膠-凝膠法成功制備了稀土金屬Sm和無機非金屬N有機結(jié)合的Sm-N-TiO2樣品。研究了Sm摻雜對N-TiO2光催化劑的結(jié)構(gòu)、光吸收和光催化活性的影響,并對甲基橙溶液進行降解實驗。結(jié)果表明,制備的Sm-N-TiO2與未摻Sm的N-TiO2相比有較高的

13光催化活性。摻雜1.0%(摩爾分?jǐn)?shù))Sm,650℃焙燒4h條件下得到的樣品性能最佳。張磊、楊

國銳、常薇、延衛(wèi)通過靜電紡絲和水熱法聯(lián)用成功制備了ZnxCd1-xS/TiO2核殼納米纖維。8

利用XRD、SEM、UV-vis、EDS、BET對樣品結(jié)構(gòu)等進行了表征。結(jié)果表明,在TiO2納米纖維表面生長了一層致密的ZnxCd1-xS納米顆粒,形成ZnxCd1-xS/TiO2核殼型異質(zhì)復(fù)合材料,且其光催化活性均比純TiO2納米纖維高。通過調(diào)節(jié)水熱溫度,可以控制ZnxCd1-xS表面形貌和x值。當(dāng)水熱溫度為200℃時,x值最大,材料光催化活性最高。陳晶玲、操小鑫、陳亦琳、高碧芬、林碧洲采用NH3-H2氣氛兩步熱處理法制備氮摻雜氧缺陷TiO2,用X射線粉末衍射、N2吸附BET法、X射線光電子能譜、元素分析、電子自旋共振譜、紫外可見漫反射光譜和熒光光譜等技術(shù)對樣品的晶相結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)狀態(tài)、氮含量、氧缺陷位種類及含量、光吸收性能和光生載流子的分離效率等性質(zhì)進行了表征,研究了H2氣氛中不同熱處理時間對催化劑性能的影響和催化劑樣品在可見光(λ>400 nm)條件下的光催化氧化能力。結(jié)果表明,摻氮TiO2催化劑經(jīng)H2熱處理1 h后具有較好的可見光催化活性,對苯的轉(zhuǎn)化率和礦化率分別為66.8%和47.5%,其降解效率高于單摻雜催化劑活性的總和,雙摻雜光催化劑活性的提高與14氮雜質(zhì)氧缺陷雙光活性中心的協(xié)同增強作用有關(guān)。張文莉、戴飛、陳欣、蔣銀花、郭雷群以鈦酸正丁酯和硝酸鐵為原料,納米碳球為硬模板劑采用低溫回流-煅燒法成功制備了不同比例的Fe3+/TiO2納米空心球。采用FE-SEM、TEM、XRD,UV-Vis及EDS對制得的樣品進行表征。FE-SEM和TEM結(jié)果表明,制得樣品均為空心球結(jié)構(gòu),其中Fe3+摻雜后空心球的壁厚有所增加。UV-Vis光譜表明,Fe3+摻雜的TiO2樣品對可見光的響應(yīng)明顯增強。以陽離子藍為目標(biāo)污染物進行可見光催化降解,試驗結(jié)果表明,Fe3+/Ti4+摩爾比為0.5:100時,樣品的光催化效果最好,降解效率達到83.2%,是TiO2空心球降解效率的4.16倍，降解反應(yīng)符合1級動力學(xué)方程。 15

迄今為止，光化學(xué)、光催化以及催化化學(xué)式目前在化學(xué)學(xué)科中最活躍的研究領(lǐng)域之一，特別是光催化領(lǐng)域。利用半導(dǎo)體光催化劑是把光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能，成為最熱門的研究之

一。而且最近幾年來，利用納米二氧化鈦光催化劑成膜后的超親水性和光催化活性研制開發(fā)具有自清潔和光催化性能的納米光催化膜功能材料，給納米光催化技術(shù)的基礎(chǔ)研究和開發(fā)應(yīng)用注入了新的活力。使納米光催化成為近年國際上最活躍的研究領(lǐng)域之一。一個以納米光催化技術(shù)為核心的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在逐步形成，并且二氧化鈦光催化劑因其高活性、低成本、穩(wěn)定性好而引起人們極大的重視，使光催化的研究進入一個嶄新的階段。但是現(xiàn)在也有相應(yīng)問題值得我們?nèi)ヌ接懭纾涸诠獯呋I(lǐng)域量子效率比較低，我們?nèi)绾翁岣吖獯呋械牧孔有饰覀兛梢詫Χ趸佭M行改性其中相應(yīng)的措施有（1）改變催化劑的尺寸（2）與貴金屬復(fù)合當(dāng)然我們也可以積極尋找禁帶更窄的催化劑材料。

三、參考文獻

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