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半導(dǎo)體光催化
半導(dǎo)體光催化
一、光催化的機(jī)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(dá)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(qiáng)氧化性的自由基團(tuán)和一些具有氧化性的物質(zhì)，這些強(qiáng)氧化性的自由基團(tuán)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(guó)內(nèi)外進(jìn)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(qiáng)紫外燈作為催化光源而直接利用太陽(yáng)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(guó)、司民真對(duì)二氧化鈦光催化原理、制備方法、對(duì)有機(jī)污染物處理研究現(xiàn)狀、影響二氧化鈦光催化因素等六個(gè)方面綜述說(shuō)明二氧化鈦光催化在廢水有機(jī)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(lái)國(guó)內(nèi)外二氧化鈦 (TiO2 )半導(dǎo)體光催化技術(shù)的研究進(jìn)展 ,主要涉及TiO2 光催化氧化機(jī)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(hù)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(duì)提高其光催化效率的方法進(jìn)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(jiàn)的含鉍復(fù)合氧化物可見(jiàn)光催化材料體系的近期研究進(jìn)展.通過(guò)合成方法的優(yōu)選、晶粒成核和生長(zhǎng)的調(diào)節(jié),實(shí)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(wú)論是在有機(jī)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(jiàn)光催化性能.通過(guò)進(jìn)一步發(fā)展, 含鉍復(fù)合氧化物有望實(shí)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(jìn)展情況，對(duì)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)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(diǎn)進(jìn)行了具體的分析和總結(jié)，并闡述了國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，并探討了擴(kuò)大應(yīng)用范圍的前景與市場(chǎng)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(diǎn)，總結(jié)了碳納米管增強(qiáng)半導(dǎo)體光催化的機(jī)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(gè)不同的角度，歸納總結(jié)近年來(lái)碳納米管/半導(dǎo)體管復(fù)合材料光催化的研究進(jìn)展，最后對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作了展望。
潘力軍、金銀龍介紹了飲用水有機(jī)污染物的現(xiàn)狀、來(lái)源及其對(duì)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(jī)物、人工合成有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物的最新研究進(jìn)展。9王躍指出銀基微納米半導(dǎo)體在可見(jiàn)光輻射下表現(xiàn)出良好的光催化性能。10劉宗國(guó)、劉先平分為兩種類型闡述了已報(bào)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(kù)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(diǎn)，指出對(duì)于z型體系的放氫催化劑和放氧催化劑也可以分別進(jìn)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(gè)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(jiàn)光下的光催化性能,分析不同的反應(yīng)條件對(duì)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(guò)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(wú)機(jī)非金屬N有機(jī)結(jié)合的Sm-N-TiO2樣品。研究了Sm摻雜對(duì)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(duì)甲基橙溶液進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。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(guó)銳、常薇、延衛(wèi)通過(guò)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(duì)樣品結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,在TiO2納米纖維表面生長(zhǎng)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(guò)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(shí),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(jiàn)漫反射光譜和熒光光譜等技術(shù)對(duì)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(jìn)行了表征,研究了H2氣氛中不同熱處理時(shí)間對(duì)催化劑性能的影響和催化劑樣品在可見(jiàn)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(jiàn)光催化活性,對(duì)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(qiáng)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?yàn)橛材０鍎┎捎玫蜏鼗亓?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(duì)制得的樣品進(jìn)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(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)明顯增強(qiáng)。以陽(yáng)離子藍(lán)為目標(biāo)污染物進(jìn)行可見(jiàn)光催化降解,試驗(yàn)結(jié)果表明,Fe3+/Ti4+摩爾比為0.5:100時(shí),樣品的光催化效果最好,降解效率達(dá)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(jí)動(dòng)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(lái)，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(kāi)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(kāi)發(fā)應(yīng)用注入了新的活力。使納米光催化成為近年國(guó)際上最活躍的研究領(lǐng)域之一。一個(gè)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(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。但是現(xiàn)在也有相應(yīng)問(wèn)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?duì)二氧化鈦進(jìn)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?gòu)?fù)合當(dāng)然我們也可以積極尋找禁帶更窄的催化劑材料。
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