【正文】 耗所導(dǎo)致以外，反 應(yīng)物或反應(yīng)中間產(chǎn)物在催化劑表面吸附從而占據(jù)了活性位也可引起其失活。進(jìn)一步研究證明，在光照條件下， TiO2表而的超親水性起因于其表面結(jié)構(gòu)的變化 :在紫外光的照射下， TiO2價(jià)帶電子被激 發(fā)到導(dǎo)帶，電子和空穴向 TiO2表面遷移，在表而生成電子一空穴對，電子與 Ti4+反應(yīng)，空穴則與表面橋氧離子反應(yīng)，分別形成正三價(jià)的欽離子和氧空位。和空穴的量子產(chǎn)率來推測它們在反應(yīng)中所起的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn) HO不同的情形下 空穴與羥基自由基能夠同時作用，有時溶液的 pH 值也決定了羥基自由基還是空穴起主要作用 (Sun， 1995)。 ESR研究結(jié)果證實(shí)了光催化反應(yīng)中 HO盡管通常認(rèn)為電子被俘獲的過程相對于載流子復(fù)合過程要慢得多，但 Joseph(1998)等人發(fā)現(xiàn)當(dāng)光強(qiáng)很弱時，在 ns 時間范圍內(nèi)電子吸收譜主要取決于電子在催化劑表面的俘獲，而 fs至 ps 范圍以及 ms 以上時電子吸收譜則取決于載流子的復(fù)合，即在 ns 時間尺度電子被俘獲的過程相對于電子．空穴復(fù)合的過程更具有優(yōu)勢， 如果沒有空穴俘獲劑的存在，數(shù) ms 后仍能測到電子的存在。電子和空穴復(fù)合的速率很快，在 TiO2 表面其速率在 109s 以內(nèi)，而載流子被俘獲的速率相對較慢，通常在中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 107~108s(Hoffmann， 1995)。該過程如圖 1(a)所示，可用如下反應(yīng)式表示 [15]： TiO2+hv→TiO 2(e， h+) （ 13） e+h+→heat or hv （ 14） h++OHads→HO (15) h++H2Oads→HO+H + (16) e+O2→O 2 (17) HO是一種活性很高的粒子，能夠無選擇地氧化多種有機(jī)物并使之礦化，通常認(rèn)為是光催化反應(yīng)體系中主要的氧化劑。由于半導(dǎo)體能帶的不連續(xù)性，電子和空穴的壽命較長，它們能夠在電場作用下或通過擴(kuò)散的方式運(yùn)動，與吸附在半導(dǎo)體催化劑粒子表面上的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，或者被表面晶格缺陷俘獲。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時 ,半導(dǎo)體的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷 ,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶 ,從而產(chǎn)生光生電子 (e)和空穴 (h+)。 在水溶液中，光生電子的俘獲劑主要是吸附在半導(dǎo)體表面上的氧，氧俘獲電子形成 O2； OH、水分子及有機(jī)物本身均可充當(dāng)光生空穴俘獲劑，空穴則將吸附在 TiO2表面的 OH和 H2O 氧化成具有高度活性的 ?OH 自由基，活潑的?OH自由基可以將許多難以降解的有機(jī)物氧化為 CO2和 H2O。研究發(fā)現(xiàn)，納米 二氧化鈦 能氧化多種 有機(jī)物，由 于其氧化能力很強(qiáng)，能把有機(jī)物最終氧化為二氧化碳和水等無機(jī)小分子 [10]。當(dāng) pH=1 時，利用能帶結(jié)構(gòu)模型計(jì)算的 TiO2晶體的禁帶寬度為 (金紅石相 )和 (銳鈦礦相 )[8]。 3d 軌道分裂成為eg 和 t2g 兩個亞層，它們?nèi)强盏能壍?，電子占?jù) s 和 p 能帶 。銳鈦型主要用于室內(nèi)中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 使用制品，但略帶藍(lán)光，白度高、遮蓋力大、著色力強(qiáng)且分散性較好。板鈦礦 連接 Ti的 O有 O1和 O2兩種，板鈦礦連接 Ti的只有 O； 圖 12：金紅石、銳鈦礦、板鈦礦的 TiO6八面體結(jié)構(gòu) TiO2 的性狀及用途 制備一定濃度的鈦化合物標(biāo)準(zhǔn)、顏料、陶瓷工業(yè)、聚乙烯著色劑、研磨劑、電容介質(zhì)、高純鈦鹽制備、耐高溫合金、耐高溫海綿鈦制造 [4]。 Bacsa(1998)等人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 100％的銳鈦礦與 100％的金紅石活性同樣不高，而不同比例的二者混合體卻表現(xiàn)出比純的銳鈦礦或金紅石更高的活性，尤以 30％金紅石和 70％銳鈦礦組成的混合晶型活性最高，由此可見兩種晶型的確具有一定的協(xié)同效應(yīng)。由此可見，無論是銳鈦礦還是金紅石型 TiO2，它們都可能具有較高的活性，而活性的高低則主要取決于晶粒的表面性質(zhì)及尺寸大小等因素。 簡單地認(rèn)為銳鈦礦比金紅石活性高是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，它們的活性受其晶化過程的一些因素影響。 TiO2的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì) 物理常數(shù) 及結(jié)構(gòu)特征 表 1 TiO2 的物 理 常數(shù) 物性 金紅石型 銳鈦型 結(jié)晶系 四方晶系 四方晶系 相對密度 ~ ~ 折射率 莫氏硬度 67 電容率 114 31 熔點(diǎn) 1858 高溫時轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型 吸油度 16～ 48 18～ 30 著色強(qiáng)度 1650~1900 1200~1300 顆粒 大小 ~ 功函數(shù) TiO2 的結(jié)構(gòu) 特征 在自然界中， TiO2存在三種晶型結(jié)構(gòu)，即金紅石、銳鈦礦和板鈦礦。由于抗光腐蝕性，化學(xué)穩(wěn)定性，成本低，無毒和強(qiáng)氧化性，二氧化鈦被作為應(yīng)用最廣泛的光催化劑來光降解水和空氣中的有毒化合物。二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取，或由四氯化鈦分解得到。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈 交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書） 所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不 及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價(jià)： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q 實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 1 緒論 二氧化鈦，化學(xué)式為 TiO2，俗稱鈦白粉，多用于光觸媒、化妝品，能靠紫外線消毒及殺菌，現(xiàn)正廣泛開發(fā)，將來有機(jī)會成為新工業(yè)。 在過去的 研究中，用半導(dǎo)體粉末對水、油和空氣中的有毒有機(jī)化合物進(jìn)行光催化降解和完全礦化引起了人們的大量關(guān)注。眾所周知，吸附和催化的效率與固體的孔徑及表面積 有關(guān)，因此，對二氧化鈦進(jìn)行修飾、改性及增大比表面積是提高光量子效率和增大反應(yīng)速率的一個有效的方法與途徑。事實(shí)上銳