光催化分解污染物的研究进展

1、报告人: 杨金辉导师: 李灿 院士/研究员Seminar 2008-05-27 结论与展望结论与展望 文献总结及介绍文献总结及介绍 光催化发展及应用概况光催化发展及应用概况 背景及原理介绍报告内容未来未来50年人类面临的年人类面临的10大问题大问题1. Energy2. Water3. Food4. Environment 5. Poverty6. Terrorism&War7. Disease8. Education9. Democracy10. Population半导体光催化机理光催化的发展概况1.1972年,日本Fujishima和 Honda在Nature上报道在光辐射的TiO2半导

2、体电极和金属电极组成的电池中，可持续发生水 的氧化还原反应，产生H2。2. 1976年Garey用光催化文献分布1972-2008: SCI 文献总数 26409其中：TiO2 11485 占43%19961998200020022004200620080500100015002000250030003500ref.numberyear BFrom ISI analysis光催化活性高光催化活性高化学性质稳定化学性质稳定无毒无毒原料来源丰富原料来源丰富p只吸收紫外光只吸收紫外光当前最有潜力的纳米光催化剂 有机污染物的处理有机污染物的处理 (90)* 烃，卤代烃，羧酸，染料，含氮有机物，有机磷杀

3、虫剂，表面活性剂烃，卤代烃，羧酸，染料，含氮有机物，有机磷杀虫剂，表面活性剂， 无机污染物的处理无机污染物的处理 (25)* 1. 光催化能够解决光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pb2+等重等重金属子的污染问题金属子的污染问题 2. 光催化还可分解转化其它无机污染物，如光催化还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、 SO2, NOx等等光催化降解污染物的应用* Data from USEPA( 美国环保局)光催化降解有机物应用领域 有代表性的光催化半导体材料及其能带Chem.Rev.光催化降解污染物的研究 N, S, B, C, H. X. Li , Y.F.Lu, et a

4、l., J. Am. Chem.Soc. 129, 8406 (2007).a f: 1/24 14天形貌-TiO2a c d e f 降解苯酚活性无模板水热合成无模板水热合成活性高可能是中孔反射更多紫外光活性高可能是中孔反射更多紫外光wavelength/nmAbsorbance/%TiO2-xNxR. Asahi, et al. science, 293, 269 (2001).Photocatalytic decomposition of CH3CHOOptical absorption spectra掺杂至可见区lTiO2-xNxp TiO2HIROAKI TADA, et al. n

5、ature mater. 5, 782(2006)AuCdS/TiO2复合半导体TiO20.344 mM S8S2-Cd2+AuCdS-TiO2ex 320-400 nm 3.7 mW cm-2250 ml de-aerated EtOHAu1 g3.46 mM Cd(ClO4)2 6H2OArgon bubbled for 30 min in the darkAt 298 k样品制备AuCdS/TiO2光沉积方法光催化活性MV2+ MV+ e-tMV+ (10-4 M)tp (min)TiO2CdS/TiO2Au/TiO2AuCdS/TiO21C2C2C3CAuCdS/TiO2AuCdS/T

6、iO2机理全固态Z-scheme, 电子矢量传输Z. H. Kang, et al., J. Am. Chem. Soc., 129, 12090 (2007) .量子点Si R. Nakamura, K. Hashimoto, J. Am. Chem. Soc., 129, 9596 (2007)Ti(IV)-O-Ce(III)/MCM41MMCT双金属组合降解异丙醇活性(Ag0.75Sr0.25)(Nb0.75Ti0.25)O3D. F. Wang and J. H. Ye. J. Am. Chem. Soc. 130, 2724 (2008). 固溶体AgNbO3 SiTiO3 soli

7、d solution 能级结构分析降解甲醛活性lA futuristic disinfection method involves the combined use of photons and engineered nanostructures. lOf particular interest are materials and systems that use low-cost visible lamp light and sunlight to achieve sufficiently high throughput.lMoreover, we need to improve our u

8、nderstanding of the mechanismsM. A. Shannon, A. M. Mayes et al Nuture, 452,301 (2008)展望(1)Fujishima A, Honda K. Nature, 1972, 238:37- 38(2)Carey J H , Lawrence J , Tosine H M. Bull. Environ. Contam. Toxical ,1976 , 16 (6) :697- 701(3)Frank S N, Bard A J. J. Phys. Chem. 1977, 81:1484- 1486(4)Hagfeldt

9、 A, Grtzel M. Chem.Rev. ,1995 ,95 :49 -68(5)Walden M, Lai X, Goodman D W. Science 1998, 281:1647 -1650(6)Esposti, S.; Dondi, D.; Fagnoni, M.; Albini, A. Angew. Chem. Inter. Ed. 2007, 46, 2531-2534.(7)Fihri, A.; Artero, V.; Razavet, M.; Baffert, C.; Leibl, W.; Fontecave, M. Angew. Chem. Inter. Ed. 20

10、08, 47, 564-567.(8)Chen, X. B.; Burda, C. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5018-+.(9)Dessombz, A.; Chiche, D.; Davidson, P.; Panine, P.; Chaneac, C.; Jolivet, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 5904-5909.(10) Elahifard, M. R.; Rahimnejad, S.; Haghighi, S.; Gholami, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 955

11、2-+.参考文献K. Awazu et al., J. Am. Chem. Soc. 130, 1676 (2008).Plasmonic photocatalyst -TiO2/Ag/SiO2 (a)TiO2/SiO2-20nm (b) TiO2/Ag/SiO2-20nm (c) TiO2/Ag/SiO2-5nm有有机机物物 催催化化剂剂 光光源源 光光解解产产物物 烃烃 TiO2 紫紫外外 CO2 ，H2O 卤卤代代烃烃 TiO2 紫紫外外 HCl，CO2，H2O 羧羧酸酸 TiO2 紫紫外外，氙氙灯灯 CO，H2，烷烷烃烃，醇醇，酮酮，酸酸 表表面面活活性性剂剂 TiO2 日日光光灯灯

12、CO2，SO32- 染染料料 TiO2 紫紫外外 CO2，H2O，无无机机离离子子，中中间间物物 含含氮氮有有机机物物 TiO2 紫紫外外 CO32-，NO32-，NH4+，PO43-，F- 等等 有有机机磷磷杀杀虫虫剂剂 TiO2 紫紫外外，太太阳阳光光 Cl-，PO43-，CO2 光催化氧化特点：设备结构简单，反应条件温和，操作条件容易控制氧化还原性强，COD去除率高，无二次污染可利用太阳光TiO2化学稳定性高、无毒、价廉Nature 2002,64A general process for in situ formation of functional surface layers on ceramics测试条件测试条件气体浓度气体浓度放入涂料板前放入涂料板前放入涂料板后放入涂料板后一天一天两天两天五天五天七天七天去除效率去除效率（%）氨气（氨气（mg/m3)1.931.930.600.600.320.320.220.220.180.189191甲醛（甲醛（mg/m3)0.900.900.430.430.210.210.130.130.070.079292苯