《iO2可见光光催化》PPT课件.ppt

TiO2可见光光催化,报告人：贾玉心 导 师：熊国兴 研究员,Seminar,21世纪，环境问题成为世界性的课题。其中半导体光催化在解决环境问题中起着不可替代的作用，吸引了人们越来越多的注意力。 半导体光催化被广泛的应用在空气和水的净化中.,前言,1,常见的光催化材料,2,理想的光催化剂,3,稳定，廉价，无毒 高的光催化活性 半导体能带间隙应大于2.8 eV 由于OH- OH + e- 的氧化还原电位 E0 = -2.8 eV,Why TiO2 ?,金属硫化物在水溶液中不稳定，会发生阳极光腐蚀，且有毒！,CdS + h+ Cd2+ + S (直接光腐蚀） CdS + O2 Cd2+ + SO42- （间接光腐蚀） CdS + 4OH + 4h+ Cd2+ + SO42- + 4H+,铁的氧化物会发生阴极光腐蚀 ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn(OH)2,4,Ebg3.2 eV 2.8 eV 稳定，化学惰性，价格低廉，容易再生和回收利用。 通过染料修饰，搀杂，粒子改性，以及贵金属的表面修饰可以很容易改变其光的吸收行为。,TiO2,5,Why Visible Light?,TiO2只能吸收不到5的太阳光(紫外部分)!,6,TiO2的光催化机理,7,敏化 担栽,TiO2修饰,8,Methylene blue,Rhodamine B,Debabrata Chatterjee和 Anima Mahata用methylene blue 和Rhodamine B修饰的TiO2具有可见光活性，可以使有机污染物降解。,9,Visible light induced decomposition of (a) 1,2-dichloroethane and (b) DBS with time in dye modified TiO2 dispersion at pH 5.0;1,2-dichloroethane = 1 mmol, DBS = 0.04 mmol, (a) methylene blue,(b) rhodamine B.,10,（a）,（b）,Mahata等用硫堇 (Thionine)和曙红Y(Eosin Y)修饰TiO2，可以在可见光下使莠去津(atrazine )发生降解。,Serponer等使用Ag修饰的TiO2可以使碱性蕊香红 B在可见光下降解,作者认为，Ag起到了染料的作用。并且将光生电子迅速转移，减少电子空穴结合几率，从而提高光催化性能。,其他实例,11,有机染料的热稳定性差，造价高，应用受到限制; 有机染料可能对环境造成二次污染； 金属或金属氧化物的利用率低，且所用的大多是贵金属，价格昂贵； 无法或很难改变TiO2本身的结构。,缺点,12,Plasma,TiO2改性,13,. 增加过渡能级,等离子体处理,14,轻度还原的TiO2的吸收带会在可见光区产生吸收,Nakamura等使用氢等离子体处理TiO2，具有可见光光催化活性，可以使NO在氧化性气氛中被氧化成NO3- 。,低温等离子体处理能够使粉体表面改性,15,+,UVvis absorption spectra of raw and plasma-treated TiO2 for 10, 20, and 60 min,NOx removal percentage as a function of irradiation wavelength over the raw TiO2 and the plasma-treated TiO2photocatalysts.,16,A proposed band structure model for the anatase TiO2 with oxygen vacancies.,17,Doping,18,. 缩小能带间隙,TiO2改性,金属搀杂,19,Masakazu Anpo和Masato Takeuchi等用金属离子注入法（metal-ion implantation)制备了 V, Cr, Mn, Fe和Ni搀杂的TiO2光催化剂并研究了它们的光吸收性质以及光催化性能。结果显示TiO2的吸收带发生了红移。 V Cr Mn Fe Ni,离子注入法掺杂,20,Systematic diagram of a metal ion implantation into TiO2 wafer samples.,21,The diffuse reflectance UV-Vis spectra of TiO2 (a) and Fe ion-implanted TiO2 photocatalysts (b)(e). Ion acceleration energy: 150 keV. Amounts of implanted Fe ions (107 mol/g cat): (a) 0, (b) 2.2, (c) 6.6, (d) 13.2, and (e) 22.0.,22,The reaction time profiles of the photocatalytic oxidative degradation of 2-propanol diluted in water on the Fe ion-implanted TiO2 photocatalysts under visible light irradiation ( 450 nm). Ion acceleration energy:150 keV. Amounts of implanted Fe ions:13.2 107 mol/g cat.,23,缺点,掺杂的金属阳离子的d轨道位于TiO2的带隙中，提供了一个电子空穴再结合的中心，使催化剂的催化活性降低。有时甚至造成尽管催化剂在可见光区有吸收，但其光催化活性却没有提高，甚至减少！,24,非金属离子搀杂,25,Asahi等基于局部密度近似法（local density approximation , LDA)和全势能线形缀加平面波（full-potential linearized augmented plane wave, FLAPW），计算了C, N, F, P和S取代TiO2（Anatase）的态密度（densities of states）。计算结果显示，这几种非金属元素取代搀杂的TiO2均可以使TiO2的能带间隙变窄，其中N和S搀杂是最有效的。,26,Experimental optical absorption spectra of TiO2-xNx and TiO2 films.,CO2 evolution as a function of irradiation time (light on at zero) during the photodegradation of acetaldehyde gas with an initial concentration of 485 parts per million (ppm),27,TiO2-xNx TiO2,C搀杂的TiO2和纯TiO2的Uv-vis光谱：a）纯TiO2, (b) C wt%=2.98% ,(c) C wt%=0.42%, (d) C wt%=0.03%,S搀杂的TiO2和