纳米光催化材料性能研究及应用

纳米光催化材料研究进展

姓名：蔡美娟 学号：7101010134 班级：行管104 摘要：

纳米材料被誉为2l世纪的新材料，直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、最直接、最有效的方法。为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划，模仿自然界植物光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“2l世纪梦”的技术，它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂。目前国内外常见的光催化材料多为金属氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、CdS及PbS等。但由于光腐蚀和化学腐蚀强、难溶解，实用性好的有TiO2与ZnO，其中TiO2使用最为广泛，我们就以现今纳米光催化材料的TiO2与ZnO研究介绍来进行纳米光催化的研究进展

关键字：

纳米光催化材料 TiO2 ZnO能源的枯竭

正文： 1 引言

纳米材料被誉为2l世纪的新材料，其概念在本世纪中叶被科学界提出后得到广泛重视和探人发展。1959年，诺贝尔物理奖获得Feyranan在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上预言：如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。在能源危机和环境问题的双重压力下，开发新能

二、影响纳米材料光催化活性的因素。

1、半导体的能带位置

半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比

H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负，才能产生H2，价带顶必须比O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正，才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。

2、光生电子和空穴的分离和捕获

光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的

综述了光催化纳米材料在环境保护领域中的应用进展及环境污染物在光催化纳米材料表面的光催化降解机理,对光催化纳米材料在降解化工废水、农药废水、染料废水、含油废水、造纸废水等有机废水和无机废水、自来水净化、大气污染治理等方面的应用进行了评述,简要介绍了该材料在自清洁涂料、光催化消毒剂、吸收紫外线等方面的应用。指出了目前光催化纳米材料在应用领域中存在的不足,并展望了合成出对可见光有高响应率的光催化剂。

石

２００５年第３４卷第５期

油化

工

ＰＥ，ｒＲＯＣＨＥ～ⅡＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ

光催化纳米材料在环境保护中的应用

于兵川１，吴洪特１，张万忠２

（１．长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２５；２．华中科技大学材料学院，湖北武汉４３００７４）

［摘要］综述了光催化纳米材料在环境保护领域中的应用进展及环境污染物在光催化纳米材料表面的光催化降解机

理，对光催化纳米材料在降解化工废水、农药废水、染料废水、含油废水、造纸废水等有机废水和无机废水、自来水净化、大气污染治理等方面的应用进行了评述，简要介绍了该材料在自清洁涂料、光催化消毒剂、吸收紫外线等方面的应用。指出了目前光催化纳米材料在应用领域中存在的不足，并展望了合成出对可见光有高响应率的光催化剂以及和传统污水处

光催化材料及其应用的基础研究

★项目简介：

光催化材料在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景，传统光催化材料TiO2只能利用紫外光，而紫外光仅占太阳能的4%，因而其应用受到限制。为提高太阳能的利用率，亟待发展具有紫外—可见光响应的新一代光催化材料。本项目的总体研究目标是：拓宽光催化材料光响应范围的同时提高其量子转换效率，发展具有高量子转换效率和高稳定性的新一代光催化材料，显著提高光催化材料的太阳能利用率。拟解决的关键科学问题是：在光催化材料的设计中，如何调控材料的带隙宽度和带边（价带顶和导带底）

位置使其既具有可见光响应又与反应物的电极电位匹配，如何调控缺陷浓度、畴结构、晶粒尺寸提高光催化材料的量子转换效率；

在光催化材料制备科学中，如何利用薄膜和其它特殊结构解决光催化材料制备中大比表面和高结晶度的矛盾；在光催化材料应用基础科学中，如何解决复杂环境条件下光催化分解水制氢和降解环境污染物的材料失活与再生问题。为此，本项目拟开展以下六个方面的研究：新一代可见光光催化材料的理论设计及探索；光催化材料制备科学研究；光催化材料性能的微结构调控；光催化材料的界面过程及反应机理；光催化分解水制氢的应用基础；光催化净化空气和水的应用基础。

★项目专家组

这篇文献介绍了纳米TO2-WO3材料的制备、表征光催化

纳米TiO2- WO3复合材料的制备、表征及

其光催化性能

学生姓名：唐靖 指导教师：任跃红 董金龙

（太原师范学院 化学系 062班 030031）

摘 要 以WO3粉体和钛酸四丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2-WO3复合材料，整个反应在室温下采用滴加的方式进行；各反应组分用量比为n(WO3+TBOT):n(EtOH):n(HCl):n(H2O)= 1:16:0.06:4, n(TBOT):n(HAc)=1:0.6；并通过红外光谱法和紫外-可见分光光度法对产品的结构和光吸收性能进行了表征，结果表明，通过复合，与TiO2相比，光吸收性能显著增强。在自然光照下，用制备的产品光催化降解甲基紫，结果表明，制备的纳米TiO2-WO3复合材料在日光下有很好的催化效果，并通过实验确定了光催化降解甲基紫的最佳条件。

关键字 纳米TiO2-WO3 溶胶-凝胶 光催化

前言

随着人们环保意识的提高，消除环境污染物的光催化降解[1]技术日益受到重视，并逐渐发展成为环境污染治理技术中的一项新技术。近年来，许多研究工作者为了拓宽纳米TiO2的光谱响应范围，使用多种手段对其进行改性，使其在自然光下即可

４８

西　北　师　范　大　学　学　报（自然科学版）　　　　　　第４８卷２０１２年第５期　

）　　　　　　ＶＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｏｌ．４８　２０１２　Ｎｏ．５　　　　　　ｙ（

·本刊特约稿·

Ｆｅ及ＳＮ共掺杂ＴｉＯ－２纳米材料的制备

及其光催化性能

３＋

苏碧桃，邓　超，费　鹏，张春娥，陈亚丽，钟　明

（西北师范大学化学化学化工学院，生态环境相关高分子材料教育部重点实验室，）甘肃省高分子材料重点实验室，甘肃兰州　７３００７０

３＋

摘　要：以硫脲、硝酸铁、钛酸四丁酯分别作Ｓ、Ｎ、Ｆｅ和Ｔｉ源，利用ｓｏｌ－ｅ和Ｓ－Ｎ掺杂的ｅｌ法制备了一系列Ｆｇ３＋３＋

／／、Ｘ射线衍射ＴｉＯＦｅ／ＴｉＯ－ＮＴｉＯｅ／Ｓ－ＮＴｉＯ．利用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）２光催化纳米材料（２、Ｓ２、Ｆ２）

（、透射电镜（、紫外－可见光谱（）等技术进行表征，以亚甲基蓝（的降解为模型反应，评价样ＸＲＤ）ＴＥＭ）ＵＶ－ＶｉｓＭＢ）

３＋

品的光催化性能．结果表明，Ｆｅ、Ｓ－Ｎ的共掺杂将ＴｉＯｉＯ２的光谱响应范围拓宽到可见区，使Ｔ２在紫外和太阳光下

、０／、的催化活性得到显著改善，ＭＢ溶液在各样品上的催化降解脱色速率常

中国矿业大学2012届本科毕业设计（论文） 第 1 页

1 绪论

二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高

综述掺杂改性纳米TiO2光催化性能的方法

摘 要：二氧化钛作为一种光催化材料，在净化污染和保护环境方面被认为是

最有潜力的一种材料。其光催化性能已得到了广泛的研究，目前已经在光电性能和光催化净化环境方面开发了很多实际的应用。而通过对二氧化钛纳米颗粒进行金属掺杂改性和非金属掺杂改性可以提高二氧化钛的光催化性能，使其满足现代生活中各种不同的需求。

关键词：二氧化钛 光催化 掺杂

Abstract：As a promising photocatalyst, TiO2 materials are expected to play

an important role in helping solve some serious environmental and pollution problems. Enormous efforts have been devoted to the research of TiO2

material, which have led to many promising applications in areas photovoltaics and photocatalysis. By the modification

综述掺杂改性纳米TiO2光催化性能的方法

摘 要：二氧化钛作为一种光催化材料，在净化污染和保护环境方面被认为是

最有潜力的一种材料。其光催化性能已得到了广泛的研究，目前已经在光电性能和光催化净化环境方面开发了很多实际的应用。而通过对二氧化钛纳米颗粒进行金属掺杂改性和非金属掺杂改性可以提高二氧化钛的光催化性能，使其满足现代生活中各种不同的需求。

关键词：二氧化钛 光催化 掺杂

Abstract：As a promising photocatalyst, TiO2 materials are expected to play

an important role in helping solve some serious environmental and pollution problems. Enormous efforts have been devoted to the research of TiO2

material, which have led to many promising applications in areas photovoltaics and photocatalysis. By the modification

纳米T iO 2光催化剂的制备及应用

研究进展

王　滨　沙建萍　杨玉国　朱　红

(北京交通大学理学院化学所,北京100044)

摘要　纳米T iO 2是目前最受关注的光催化剂之一,综述了纳米T iO 2的光催化原理,制备方法及其作为光催化剂在污水处理、空气净化和抗菌等方面的应用关键词　纳米T iO 2　光催化剂　制备　应用

收稿日期:2006-06-23

作者简介:王滨(1981～),男,硕士生,主要从事纳米材料的制备及其应用研究。E -mail :nanoalvin @7583f79d87c24028915fc3a8

Development of the Preparation and Application of N ano Sized TiO 2as Photocatalysts

Wang Bin 　Sha Jianping 　Y ang Y uguo 　Zhu H ong

(School of Science ,Beijing jiaotong University ,Beijing 100044)

Abstract 　Nano sized T iO 2is one of the m ost promising photocatalysts at p