梁春生-納米材料的物理性質(zhì)-資料下載頁
2025-01-06 15:11本頁面
【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，太陽能利用率很低，利用納米粒子對染料的強吸附作用，通過添加適當(dāng)?shù)挠袡C染料敏化劑，可以擴展其波長響應(yīng)范圍，使之可利用可見光來降解有機物。 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，光催化活性較用純 TiO2時提高 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 ，使能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級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 載流子的擴散長度增大 ，從而延長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為電子傳遞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物的降解速率，但有時沉積同樣金屬的光催化劑卻對另外一些有機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)用中一個更為實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、環(huán)境和社會效益，預(yù)計它可在以下幾個領(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物及部分無機物的脫毒降解； （ 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)院等公共場所的自動滅菌。 圖 1 圖 2 圖 3 圖 4 圖 7 圖 8 圖 14
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