梁春生-納米材料的物理性質(zhì)-資料下載頁(yè)
2025-01-06 15:11本頁(yè)面
【正文】 摻雜、表面修飾以及在表面沉積金屬或金屬氧化物等方法 可以顯著改善其光吸收及光催化效能。 TiO2是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，它只能吸收紫外光，太陽(yáng)能利用率很低，利用納米粒子對(duì)染料的強(qiáng)吸附作用，通過添加適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)染料敏化劑，可以擴(kuò)展其波長(zhǎng)響應(yīng)范圍，使之可利用可見光來降解有機(jī)物。 一些過渡族金屬摻雜也可提高半導(dǎo)體氧化物的光催化效率。 Fe的摻雜量達(dá) ％時(shí)，光催化活性較用純 TiO2時(shí)提高 4倍。 Choi等人也發(fā)現(xiàn)，在納米 TiO2顆粒中摻雜 ％的 Fe（ Ⅲ ）， Mo（ Ⅴ ）， V（ Ⅳ ）等可使其催化分解 CCl4和 CHCl3的效率大大提高． 摻雜過渡金屬可以提高 TiO2的光催化效率的機(jī)制一般認(rèn)為有以下幾方面的原因： （ ⅰ ）摻雜可以形成 捕獲中心 ．價(jià)態(tài)高于 Ti4+的金屬離子捕獲電子，低于 Ti4+的金屬離子捕獲空穴，抑制 e / h+復(fù)合。 （ ⅱ ）摻雜可以形成 摻雜能級(jí) ，使能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級(jí)上捕獲的電子和空穴，提高光子的利用率。 （ iii）摻雜可以導(dǎo)致 載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度增大 ，從而延長(zhǎng)了電子和空穴的壽命，抑制了復(fù)合。 （ ⅳ ）摻雜可以造成 晶格缺陷 ，有利于形成更多的 Ti3+氧化中心。 光催化氧化有機(jī)物的反應(yīng)速率受電子傳遞給溶液中溶解氧的反應(yīng)速率的限制， TiO2的光降解速率較慢的原因主要是因?yàn)殡娮觽鬟f給溶解氧的速率較慢。電子傳遞給溶解氧的速度較慢有兩方面的原因： 一方面， 氧的 pπ軌道與過渡金屬的 3d軌道的相互作用較弱 ，因此，電子轉(zhuǎn)移到溶解氧的過程被抑制； 另一方面， 電子 從半導(dǎo)體的內(nèi)部或捕獲的表面上向分子氧的 轉(zhuǎn)移速率較慢 。 Bard等人研究發(fā)現(xiàn)，在 TiO2粒子的表面上沉積適量的貴金屬（如 Pt， Ag， Au， Pd等）有利于溶液中溶解氧的還原速率，其作用 原理 是 : 沉積的金屬可以作為電子陷阱，俘獲光生電子用于溶解氧的還原。 雖然在 TiO2表面沉積金屬能明顯提高一些有機(jī)物的降解速率，但有時(shí)沉積同樣金屬的光催化劑卻對(duì)另外一些有機(jī)物的降解有抑制作用，如在 TiO2表面上沉積 ％ Au＋％ Pt（ wt），可以明顯提高 TiO2降解水楊酸的速率，但在同樣的條件下， AuPt／ TiO2降解乙二醇的速率卻明顯低于 TiO2． 半導(dǎo)體光催化技術(shù)應(yīng)用中一個(gè)更為實(shí)際的問題是催化劑的固定問題，這也是開發(fā)高效光催化反應(yīng)器首先需要迫切解決的問題。 半導(dǎo)體光催化技術(shù) 在環(huán)境治理領(lǐng)域有著巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，預(yù)計(jì)它可在以下幾個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用： （ i） 污水處理 可用于工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水和生活廢水中的有機(jī)物及部分無機(jī)物的脫毒降解； （ ⅱ ） 空氣凈化 可用于油煙氣、工業(yè)廢氣、汽車尾氣、氟里昂及氟里昂替代物的光催化降解； （ iii） 保潔除菌 如含有 TiO2膜層的自凈化玻璃用于分解空氣中的污染物；含有半導(dǎo)體光催化劑的墻壁和地板磚可用于醫(yī)院等公共場(chǎng)所的自動(dòng)滅菌。 圖 1 圖 2 圖 3 圖 4 圖 7 圖 8 圖 14
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