ppt绿色乱七八糟版

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1、Applied Catalysis B: Environmental应用催化B：环境 TiO2材料具有催化活性高、稳定性好、价格低廉、对人体无害等优点。其中TiO2纳米管由于量子尺寸效应从而禁带增宽，氧化还原势增大，光催化反应驱动力得以提高，具有了常规TiO2材料所不具备的理化特性，如更高的比表面积、表面晶格缺陷密度以及表面能，这些直接导致其光电转换和光催化活性的提高。此外，TiO2纳米管还具有良好的离子交换、质子传导和光致发光等能力。因此，TiO2纳米管在太阳能电池、污水治理、空气净化、抗菌杀菌等领域得到了广泛的应用。 但是，TiO2纳米管也有着一般TiO2材料的缺点，在应用中造成了一定的影

2、响。第一，锐钛矿相纳米TiO2的禁带宽度为3.2eV，为激发其光电特性和催化活性的入射光最大波长为387nm，也就是说太阳光中可利用的部分仅占4%左右，因此纳米TiO2对太阳光或者说可见光的利用率很低。第二，光激发产生的电子-空穴对如果没有适当的俘获剂或存在表面缺陷时，会以极快的速度在材料内部或表面由于复合而消耗掉，这大大降低了氧化还原反应的发生，降低了光催化效率。1 二氧化钛 - 介绍 1.1.二氧化钛的结构和性能 1.2.在TiO2光催化电子流程 1.3.重组 1.4.二氧化钛提高光催化活性的对策 二氧化钛（二氧化钛（TiO2）为三种不同的晶型存在；）为三种不同的晶型存在；锐钛锐钛矿型、金

3、红石型矿型、金红石型和和板钛矿型板钛矿型。主要。主要来源来源和和最稳定最稳定形态的二氧化钛是形态的二氧化钛是金红石型金红石型。这三种多晶型物可。这三种多晶型物可以很容易地在综合实验室里煅烧温度超过以很容易地在综合实验室里煅烧温度超过600。C 条件下可将典型的亚锐和板钛矿转变为热力学稳条件下可将典型的亚锐和板钛矿转变为热力学稳定的金红石型。在所有的三种形式都是由钛定的金红石型。在所有的三种形式都是由钛（Ti4+）原子协调氧（）原子协调氧（O2），形成），形成 TiO6 八面体八面体 3。锐钛矿型是由角点共享八面体形成（图。锐钛矿型是由角点共享八面体形成（图 1A）在四方结构。金红石型的是由八面

4、体分享边的四在四方结构。金红石型的是由八面体分享边的四方结构（图方结构（图 1b），和板钛矿型棱角共享的正交结），和板钛矿型棱角共享的正交结构（图构（图 1c） 1.1.二氧化钛的结构和性能二氧化钛（二氧化钛（TiO2）的三种不同晶型）的三种不同晶型锐钛矿型锐钛矿型 金红石型金红石型(最稳定最稳定) 板钛矿型板钛矿型 1.二氧化钛是最广泛研究的光催化剂由于高二氧化钛是最广泛研究的光催化剂由于高光活性，低成本，低毒性和良好的化学热光活性，低成本，低毒性和良好的化学热稳定性。稳定性。 2.在过去的几十年里有钛白粉有一些突破。在过去的几十年里有钛白粉有一些突破。突破进展 第一个重大进展是在第一个重大

5、进展是在 1972 年，腾岛年，腾岛 和本田报道和本田报道的使用的使用 TiO2阳极和铂反电极光电化学分解水阳极和铂反电极光电化学分解水。 二氧化钛光催化首次用于环境污染物的整治是在二氧化钛光催化首次用于环境污染物的整治是在1977 当弗兰克和巴德报告当弗兰克和巴德报告 CN在水中减少。因在水中减少。因为水和空气净化的潜力为水和空气净化的潜力 通过通过“免费的免费的”太阳能利太阳能利用用 其他重大突破包括王等人报告了其他重大突破包括王等人报告了二氧化钛表面具二氧化钛表面具有优良的防雾性和自洁能力有优良的防雾性和自洁能力，归因于的光激发，归因于的光激发 TiO2 表面的表面的超亲水特性超亲水特性

6、和使用纳米二氧化钛在一和使用纳米二氧化钛在一个有效的染料敏化太阳能电池（个有效的染料敏化太阳能电池（DSSC），），1991 Graetzel 和和 ORegan 报道。报道。1.2二氧化钛光催化中的电子过程 1、通常是半导体与足够能量的（或一定波长）、通常是半导体与足够能量的（或一定波长）光产生的活性氧化物（光产生的活性氧化物（ROS）导致污染物的光催）导致污染物的光催化转化。化转化。2、异相光催化是指半导体光催化或半导体敏化、异相光催化是指半导体光催化或半导体敏化反应反应3、在光催化、光的能量大于半导体的带隙，激、在光催化、光的能量大于半导体的带隙，激发电子从价带跃迁到导带。反应具体如下：

7、发电子从价带跃迁到导带。反应具体如下： TiO2 + hv hVB+ + eCB eCB + hVB+ energy H2O + hVB+ OH + H+两个反应 如果初始光激发过程发生在吸附质分子，与催化剂基板的基态相互作用，这个过程称为“催化反应”，催化剂载体和催化剂的光激发的基态吸附质分子相互作用，是 “敏化反应”。1.3复合 光产生载流子的复合是半导体光催化作用降低量子效率的主要限制原因。 该受激电子返回到价带没有与无辐射或辐射吸附物质反应，消散的能量为光和热。 重组可能发生在表面或体积内,一般通过杂质,缺陷,或所有因素在晶体中引入散装或表面缺陷。二氧化钛光催化机制示意图 Serpon

8、e等人发现,捕获激发电子作为Ti3 +物种发生在时间尺度 30 ps,约90%或更多的在10 ns 。光生电子重组掺杂离子和异质结耦合纳米晶体都被报道促进电子空穴对的分离,减少重组,因此提高光催化活性。 例如,德国公司赢创二氧化钛微晶P25 包含锐钛矿( 80%)和金红石( 20%)。金红石的导带电位比锐钛矿型更为积极，金红石相可以作为光生电子的锐钛矿相TiO2的导带的电子接收器。许多研究者将高光催化活性的高光催化活性归因于两相之间的亲密接触，增强了光生电子和空穴的分离，从而降低了复合1.4提高TiO2光催化活性的策略 已通过各种策略，提高光催化效率的催化剂。他们可以归纳为形态的修改，如增加的

9、表面积和孔隙率，或化学修饰，通过引入附加在TiO2的结构成分。虽然可见光活性（VLA）的化学修饰的TiO2光催化剂的要求（将在下一节介绍）其整体效率已通过控制半导体形态明显增强。2.1.1。氮掺杂 掺杂是指多种物质混杂在一起，在化工、材料等领域中，掺杂通常是指为了改善某种材料或物质的性能，有目的在这种材料或基质中，掺入少量其他元素或化合物。1 掺杂可以使材料、基质产生特定的电学、磁学和光学等性能，从而使其具有特定的价值或用途。2 紫外光仅占 45%的太阳光谱，而约 40%的太阳能光子在可见光区域。纯二氧化钛的主要缺点是带隙大，这意味着它可以仅在照射激活与光子在紫外域（锐钛型387纳米）的光，限

10、制了对于太阳能应用的实际效率。因此，为了在太阳光照射下，TiO2 太阳能电池效率的提高，有必要修改纳米材料以促进可见光吸收。二氧化钛非金属掺杂已渐露头角。实现VLA光催化，氮气是最有前途的掺杂剂。 为了有效地将氮转化成二氧化钛的一部分或作为一个表面掺杂剂，干燥和湿的制备方法已被采用。物理技术如溅射和离子注入，依靠高能氮离子 TiO2 直接处理。气相反应法 ，原子层沉积、脉冲激光沉积也已成功地应用于制备 N二氧化钛。然而，对于 N纳米 TiO2 溶胶凝胶法合成最通用的技术，这需要相对简单的设备和许可材料的纳米结构的精细控制，形态和孔隙率。同时TiO2的生长和氮掺杂的钛烷IDE前体氮源存在下水解得

11、到。典型的钛盐（氯化钛醇盐）和（包括四异丙醇钛、钛酸四丁酯）已被使用。含氮的前体，包括脂族胺，硝酸盐，铵盐，氨和尿素。其合成主要包括几个步骤，然而，主要的特征表现为通常在室温下进行的前体水解、沉淀干燥以除去溶剂，粉碎，煅烧温度在200到 600 C. 提高 TiO2晶格中的氮含量的一个有前景的方法是将钛前体与含氮配体钛前体与含氮配体，如 Ti4+ -联吡啶或 Ti4+胺形成配合物。另一种软化学法是基于醇酸化溶液中缩合过程中添加尿素，导致间质表面掺杂和移位的吸收边在可见光谱范围内（从 3.2 到 2.3 eV）。一个创新的溶胶凝胶相关高效可见光活性的纳米TiO2的制备方法是模板溶胶凝胶法，利用钛