光催化原理(经典)

1、 光 催 化 原 理 与 应 用 Principles and Applications of Photocatalysis福州大学光催化研究所国家环境光催化工程技术研究中心李旦振、王绪绪、刘平、付贤智1教书育人课程内容一 绪论 二 半导体光催化原理三 光催化材料的制备与表征四 光催化技术应用2教书育人一、绪论（一）光催化简介 （二）光催化基础研究进展（三）光催化应用研究进展（四）光催化学科展望3教书育人一、光催化简介学科发展背景 人与自然的和谐 全面、和谐、可持续发展是发展的基础 然而， 人类正面临严峻的生存挑战！ 能源危机 化石能源煤、石油、天然气等在枯竭 环境污染 大气、水、土壤等严重污

2、染 是全球关注的主题4教书育人一、光催化简介学科发展背景 政府重视、人民关心、 科学家在探索！ 路在何方 ？光催化技术： 最有前景的新技术之一环境污染能源紧缺5教书育人一、光催化简介学科发展背景光催化技术是近年来迅速发展起来的可以利用太阳能进行环境净化和能源转化的新技术。H2OH2, O2OrganicsCO2， H2OPractical ApplicationsFundamental Research将低密度的太阳能转化为高密度的化学能（氢能）通过光催化反应分解各种污染物和杀灭细菌与病毒（甲醛、苯、PCB、二恶英、 染料、农药）能源光催化环境光催化价带导带CO2, CH4有用化学品光催化合成

3、6教书育人一、光催化简介学科基础与原理光催化学科是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域。氧化还原价带导带有机污染物多相光催化过程本质上是光诱导的氧化还原反应过程H2O H2 + O2 C6H6 + 7 O2 6 CO2 + 3H2Ohv催化剂hv催化剂7教书育人一、光催化简介技术特征吸附技术光催化技术光催化环保技术的特征：吸 附 技 术生物降解技术催化氧化技术高温焚烧技术不能分解污染物、吸附饱和使用周期短、二次污染 对难生物降解污染物无能为力处理条件要求苛刻系统运行稳定性较差能耗较高、催化剂中毒反应副产物二次污染 能耗高、产物二次污染 可以直接利用太阳光

4、净化环境 绿色、节能室温下彻底降解污染物 特别是有毒难降解有机污染物有效杀灭细菌、病毒 包括典型致病菌、SARS、流感病毒安全、无二次污染 污染物被彻底氧化分解为CO2、H2O等无害产物广谱、长效 上百种应优先考虑的污染物几乎都可被降解，催化剂长期使用8教书育人一、光催化简介应用领域 光催化技术应用国防军事化学工业医疗卫生建材行业光能转化印染行业生物制药家用电器光催化技术在众多领域具有广阔的应用前景：9教书育人一、光催化简介学科前沿难题一 : 量子效率低 (4%)难题二 : 太阳光利用低 (5%)难题三 : 工程化关键技术 ( 反应系统设计、催化剂负载、寿命) 核心：高效光催化剂及构-效关系

5、关键：提高光催化过程效率的途径 本质：光催化过程的作用机理技术难点科学问题氧化还原有机污染物TiO2从理论和应用上解决这些问题是国际光催化领域的研究前沿与热点光催化应用的重大科学与技术难题3.2 eV10教书育人近年来国内外针对光催化领域的重大科学与技术问题，开展了系统深入研究，在提高光催化过程效率、实现可见光光催化过程和解决工程化关键技术问题等方面有所突破，光催化技术应用领域不断拓展。二、光催化基础研究进展总体进展情况 11教书育人二、光催化基础研究进展总体进展情况 *据ISI数据库检索，包括：ARTICLE, REVIEW, LETTER, NEWS ITEM, EDITORIAL MAT

6、ERIAL, CORRECTION 等。 国际光催化基础研究十分活跃，论文数量持续增加！12教书育人二、光催化基础研究进展 总体进展情况 中国光催化研究已进入国际前沿，2005年以来我国的光催化研究论文数已经跃居世界第一。2008年发表论文的数量：中国 日本 美国 韩国13教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂1.光催化的核心是光催化剂，近年来新型光催化剂研究取得重要 进展。采用多种先进的方法和手段，设计并制备出一系列具有 高效、高稳定性和可见光诱导性能的新型光催化剂，大大拓展 了光催化剂的多元性和应用可选择性。能带调控表面修饰半导体复合离子掺杂固溶体形成量子尺寸效应水热合成模板剂合成微波

7、溶剂热合成 结构调控组成调控提高光催化性能活性活性稳定性可见光诱导14教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂 TiO2基新型光催化剂 纳米固体超强酸型光催化剂 SO42-/TiO2, SO42-/SiO2-TiO2, Pt- SO42-/ TiO2 窄带无机半导体敏化型可见光光催化剂 InVO4/TiO2，LaVO4/TiO2，PS/TiO2，PZT/TiO2 金属或金属离子掺杂型光催化剂 Pt/TiO2， M3+/TiO2 (M3+= Gd3+，La3+，Pr3+) 非金属掺杂型光催化剂 TiO2-xNx/ZrO2 ，I7+-I-/TiO2 ， ， 具有分级结构的TiO2中空纤维光催化剂

8、 具有类分子筛结构的TiO2光催化剂非TiO2新型光催化剂 非金属聚合物可见光光催化剂 g-C3N4，mpg-C3N4，Fe/ g-C3N4 单一和多元金属氧化物纳米光催化剂 -Ga2O3，Zn2GeO4 ，Bi2WO6，PbBi2Nb2O9 ， Bi2MoO6 ， Sr2Sb2O7 ， Zn2SnO4 ， CaSnO3 固溶体型纳米晶可见光光催化剂 In(OH)ySz，ZnxCd1-xS ，M2+/ In(OH)ySz (Cu, Zn) 金属氢氧化物/硫化物纳米光催化剂 In(OH)3 ， InOOH ， ZnIn2S4 ， Sb2S3 分子筛光催化剂 Fe/HZSM-5， Ag/ZSM-5

9、，Fe/Y，Ti/MCM-41 Nafion膜负载的纳米光催化剂 CdS/Nanfion，ZnO/Nafion设计制备的两大类、十二个系列的40多种新型光催化剂：15教书育人例 1纳米固体超强酸型高效光催化剂（SO42-/TiO2） 解决的关键问题TiO2光催化剂量子效率低通过超强酸中心捕获光生电子和纳米量子尺寸效应，有效抑制了光生电子空穴的重新复合，实现了高效、稳定的光催化过程。超强酸化效应： 光生载流子有效分离； 抑制晶相转变。 O2吸附能力增强； 量子尺寸效应： 氧化-还原能力增强； 载流子迁移距离缩短； 比表面积增大。二、光催化基础研究进展新型光催化剂 Adv. Mater., 200

10、5, 17, 99 J. Photochem. Photobiol. A, 2006, 179, 339 Micropor. Mesopor.Mater., 2008, 110, 54316教书育人采用制备新方法，研制出具有多孔性、大比表面、高锐钛矿含量和纳米晶粒度等结构特征的新型固体超强酸光催化剂(发明专利ZL 98115808.0) 。与国际标准光催化剂（德国 Degussa P-25 TiO2）相比，光催化活性提高1-3倍，并实现了生产和实际应用。催化剂比表面积（m2/g）孔体积（ml/g）锐钛矿含量（%）平均晶粒度（nm）酸强度（H0）氧吸附量(mmolg-1)光催化活性（%）甲醛溴代

11、甲烷乙烯SO42-/TiO21540.211005.6 -12.440.5496.044.935.8TiO2(P-25)507530 -3.00.3146.810.912.8二、光催化基础研究进展新型光催化剂17教书育人已有方法制备的TiO2基可见光光催化剂（有机染料敏化、非金属元素N、B等掺杂）容易失活，难以实际应用。例 2稳定高效的异质结型可见光光催化剂（InVO4/TiO2） 三、已开展的工作与成果应用基础研究TiO2(101)InVO4(200)TiO2InVO44005006007000.000.030.060.09TiO2-xNxInVO4/TiO2InVO4TiO2Wavelen

12、gth (nm)F(R)采用稳定的窄带无机半导体InVO4与TiO2形成异质结,使二者能带耦合，实现了稳定、高效、可见光诱导的光催化过程。 解决的关键问题 TiO2不能吸收利用可见光； TiO2基可见光光催化剂不稳定（失活）二、光催化基础研究进展新型光催化剂 J. Mater. Chem., 2006, 16, 1116 Photochem. Photobiol. Sci., 2006, 5, 653 J. Photochem. Photobiol. A, 2008, 193, 213 Environ. Sci. Technol. , 2009, 43, 4164 18教书育人可见光下（450

13、900 nm），能将苯等多种污染物高效降解至CO2，并具有很好的活性稳定性。已应用于光催化环保涂料中（发明专利 ZL03136596.5）。 三、已开展的工作与成果应用基础研究01002003004000204060 Conversion (%) Conversion环己烷 乙苯 甲苯 丙酮Produced CO2 (ppm) Produced CO201002003004000204060 Conversion of benzene (%) Conversion1st run 2nd run 3rd run 4th run 5th run Produced CO2Produced CO2 (

14、ppm)苯024681012020406080100050100150200Reaction Time (h)Produced CO2(ppm)苯InVO4/TiO2TiO2、TiO2-xNx、InVO4、InVO4/SiO2 024681012020406080100050100150200Reaction Time (h)Conversion of benzene(%)024680204060紫外光 TiO2 (P25)可见光 InVO4/TiO2Conversion of benzene (%)Reaction Time (h)449二、光催化基础研究进展新型光催化剂19教书育人例 3P

15、区金属氧化物/氢氧化物新型纳米光催化剂二、光催化基础研究进展新型光催化剂Environ. Sci. Technol., 2006, 40, 5799 J. Catal., 2007, 250(1): 12-18 J. Phy. Chem. C, 2007, 111,18348 Environ. Sci. Technol.，2008,42,7387J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 5850 New J. Chem., 2008, 32, 1843研究发现一元或多元宽带隙p区金属氧化物和氢氧化物对难降解的苯系污染物具有优异的光催化氧化活性和抗失活能力，是一类新型高效光催化剂

16、。 Ga2O3、NiGa2O4、ZnGa2O4 In2O3、In(OH)3、InOOH Zn2GeO4、Bi2GeO5 Sr2Sb2O720教书育人 解决的关键问题 TiO2 难以降解苯系污染物，且容易失活 三、已开展的工作与成果应用基础研究活性顺序:-Ga2O3 -Ga2O3 -Ga2O3通过晶相结构调控，研制出具有介孔结构的纳米Ga2O3，对苯系污染物具有优异光催化活性、深度氧化能力和活性稳定性。-与P25-TiO2相比，-Ga2O3降解苯的光催化活性提高了近10倍；矿化率提高了22倍，反应80小时未发生失活现象。二、光催化基础研究进展新型光催化剂 非TiO2新型高效光催化剂 纳米Ga2O

17、3 21教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂 Zn2GeO4 纳米光催化剂模板水热法合成的Zn2GeO4纳米棒对苯、甲苯、乙苯表现出优异的光催化氧化性能，120 h连续反应后活性依然稳定。与TiO2(P25)和体相Zn2GeO4相比，纳米Zn2GeO4光催化活性分别提高616倍和517倍。22教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂例 4固溶体型纳米晶可见光光催化剂 J. Phys. Chem. C，2007, 111, 4727 J. Phys. Chem. C，2008, 112, 14943 J. Phys. Chem. C，2008, 112, 16046 ZnxCd1-xS

18、In(OH)ySz研究发现，通过形成固溶体可有效调控宽带隙半导体的能带结构，使其吸收光谱红移至可见光区，对生物难降解的染料具有优异的光催化氧化分解活性，是一类新型高效可见光光催化剂。 M2+/ In(OH)ySz (M=Cu,Zn)23教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂 固溶体型可见光光催化剂 In(OH)ySz50 nm以In(NO3)3、乙二胺、硫脲为原料，水热合成出粒径大约为25nm、禁带宽度大约2.4eV、可见光活泼的In(OH)xSy固溶体纳米晶体。XRDTEMIn(OH)xSy (220)5 nm24教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂SampleNoS/In ins

19、ynthetic solutionS/In in solid solutionCrystallite size (nm)Specific Surface area (m2/g)100362520.50.04243431.00.066255041.50.09373052.00.1432512 In(OH)ySz固溶体的形成，使吸收 带边移到可见光区。DRSXPS25教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂In(OH)3中掺入S，形成了S 3px和S 3py+3pz的能级。In(OH)3In(OH)2.75S0.25量化计算In(OH)ySz和In(OH)3能带结构26教书育人二、光催化基础研究

20、进展新型光催化剂可见光下（ 420nm） ，In(OH)ySz固溶体不仅能彻底地光降解RhB ，而且也能有效地光催化分解丙酮空气污染物。Possible mechanism of the visible- light-driven photo-catalysis on In(OH)ySz solid solutions27教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂例 5ZnIn2S4介孔微球可见光光催化剂万寿菊状微球采用低温水热合成。禁带宽度2.2 eV, 比表面积60 m2/g，最可几孔径3 nm。优点：无需模板剂、表面活性剂和有机溶剂， 低温。 Inorg. Chem.，2008, 976

21、6-97721mmol ZnCl2+2mmol InCl3+6mmol TAA(硫代乙酰胺）+100mL水，pH 2380, 6 h28教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂29教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂该多孔微球对于甲基橙表现出很好的可见光光催化降解活性（ 420nm）。TiO2-xNx ZnIn2S430教书育人该研究论文2008年10月在美国化学会网站主页的“News and Research”栏目报道 。二、光催化基础研究进展新型光催化剂31教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂例 6非金属聚合物半导体新型可见光光催化剂（g-C3N4）迄今所报道的光催化剂都是含

22、有金属组元的材料。最近研究发现，不含金属的聚合物半导体石墨相氮化碳（g-C3N4）具有可见光光催化活性。将其引入光催化领域，开展了初步研究，拓展了光催化研究特别是光催化材料研究的新方向。 g-C3N432教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂石墨相氮化碳由于碳和氮是sp2杂化，其带隙最小Liu and Wentzcowitch, PRB 50, R10342 (1994).g-C3N4Liu and Cohen, Science 245, 841 (1989).-C3N4Kroke et al., New J. Chem 26, 508 (2002).g-C6N8Vodak et al.,

23、 Chem. Eur. J 9, 4197 (2003).3D-C3N4 -C3N4Cubic -C3N4Molina, B. et al. Modern Phys. Lett. B 13, 193-201(1999) Molina, B. et al. Modern Phys. Lett. B 13, 193-201(1999) 氮化碳材料的同素异形体33教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂Graphitic carbon nitrideCyanamideDicyandiamideMelamineMelemPolymeric melem氰胺双氰胺三聚氰胺蜜勒胺聚蜜勒胺石墨相氮化碳g-C

24、3N4 热诱导自聚合 热分析525石墨相氮化碳的化学合成34教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂能带结构与水的氧化-还原电极电位匹配晶相结构能带结构-DFT计算导带价带能带结构-电化学表征（ 460 nm）石墨相氮化碳的晶相与能带结构35教书育人二、光催化基础研究进展新型光催化剂石墨相氮化碳的光吸收和光电特性光吸收特性零偏压光电转换特性l 420 nm-0.20-0.16-0.12-0.08-0.040.000.04offIph (uA)Light-dark cycles FTO g-C3N4/FTOon光电流36教书育人（1）光催化分解水反应H2OH2O2可见光（hv 420 nm)g

25、-C3N4 l 420 nml 420 nmH2产氢产氧石墨相氮化碳的光催化反应性能二、光催化基础研究进展新型光催化剂37教书育人（2）醇类光催化选择性氧化反应R1R2Conv. (%)Sel. (%)1Phenyl H57992PhenylCH3779934-Methlphenyl H86 9044-Chlorophenyl H799954-Methoxyphenyl H 100 9564-Methylbenzoate H80997PhCH=CH2 H92 648PentylCH335999PhenylCyclopropyl32 90苯甲醇苯甲醛hv 420 nmg-C3N4, O2（醇）（

26、醛、酮）二、光催化基础研究进展新型光催化剂38教书育人（3）胺类光催化氧化偶联反应NH2Ng-C3N4 , O2hv 420 nm ，80 oC二、光催化基础研究进展新型光催化剂39教书育人（4）光催化选择性氧化苯合成苯酚g-C3N4 , H2O2hv 420 nm ，60 oCDirect metal-free oxidation of benzene to phenol with H2O2 in neutral conditionCatalysthvt (h)BenzeneConv.(%)1g-C3N4-402g-C3N4+403mpg-C3N4-40.14mpg-C3N4+42.0二、光

27、催化基础研究进展新型光催化剂40教书育人（5）染料废水光催化降解反应有效分解水中罗丹明B、甲基橙、亚甲基兰、对羟基偶氮苯等染料。CO2 H2O可见光（hv 420 nm)g-C3N4 RhBg-C3N4+O2g-C3N4+H2O2二、光催化基础研究进展新型光催化剂41教书育人石墨相氮化碳光催化剂的初步改性拓宽光谱响应范围、提高光催化效率结构调控金属修饰分子设计g-C3N4二、光催化基础研究进展新型光催化剂42教书育人Carbon nitride polymerg-C3N4的分子设计与合成 5倍460650 nm光吸收光催化性能 采用共聚合法调控氮化碳的组成、结构和性能巴比妥酸二聚氰胺二、光催化

28、基础研究进展新型光催化剂43教书育人 采用模板法制备多孔性、大比表面的氮化碳材料，提高效率550 oC氰胺-SiO2NH4HF2 550 oC-SiO2550 oCNH4HF2 SiO212 nmSBA-15ompg-C3N4239 m2/gg-C3N4ompg-C3N4mpg-C3N4g-C3N4的孔结构调控100 nm100 nm介孔结构mpg-C3N467-373 m2/g介孔分子筛g-C3N48 m2/g产氢活性(mol/h)光催化效率提高8倍二、光催化基础研究进展新型光催化剂44教书育人g-C3N4的金属组分修饰200 nm(A)0.3 mFeC0.3 mN0.3 m负载化SBA-1

29、5光催化性能(苯苯酚)NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNFe-g-C3N4 Fe3+ 金属离子络合配位, g-C3N4 Fe-g-C3N4 负载化Fe含量增加11.9+Fe-g-C3N4/SBA-1566.7-Fe-g-C3N4/SBA-1554.8+Fe-g-C3N441.8-Fe-g-C3N432+mpg-C3N420+g-C3N41C6H6转化率(%)hvCatalyst二、光催化基础研究进展新型光催化剂45教书育人 金属表面修饰， g-C3N4 Pt/g-C3N4 Pt/mpg-C3N4Pt/g-C3N4g-C3N4g-C3N4Pt/g-C3N4g-C3N4的金属组

30、分修饰Pt二、光催化基础研究进展新型光催化剂46教书育人Nature Materials, 8, 76-80 (2009)J. Am. Chem. Soc., 131, 1680-1681（2009）J. Am. Chem. Soc., 131, 1165811659 (2009)Adv. Mater.，21, 16091612（2009）J. Phys. Chem. C, 113, 49404947 (2009)Chem. Mater., 21, 40934095 (2009)Angew. Chem. Int. Ed., 49, 441 444 (2010)上述初步研究结果已发表在：二、光催

31、化基础研究进展新型光催化剂47教书育人论文被美国化学会的Chemical & Engineering News 专门介绍Nature Materials论文发表一年半，他引41次“氮化碳催化剂便宜地制造氢气”引起国际同行关注： 二、光催化基础研究进展新型光催化剂48教书育人 吸收可见光； 高稳定性； 不含金属成份,廉价易得； 结构与性能易于调控； 易于成膜和集成化，重量轻。二、光催化基础研究进展新型光催化剂值得进一步深入研究 初步研究结果表明，氮化碳聚合物半导体是一类有希望的新型可见光光催化材料，具有许多独特的性能，将丰富和拓展光催化领域的研究内容，在众多方面具有广阔的应用前景。49教书育人二

32、、光催化基础研究进展反应机理 分子筛光催化剂的活性中心研究 光催化氧化过程的H2-O2耦合效应研究 界面间电子转移对光催化反应性能的影响研究光催化反应机理和活性中心研究2、光催化反应机理的研究取得进展，初步阐明了界面间电荷 转移机理和分子筛光催化剂的活性中心结构与性质，并对 影响光催化反应速率的关键因素有了进一步认识。50教书育人二、光催化基础研究进展反应机理含Fe的HZSM-5分子筛光催化活性中心的研究 在以前的研究中我们发现商品HZSM-5具有光催化活性,并证实该活性与沸石中所含的杂质Fe有关。进一步研究发现：不同方法制备的含Fe的HZSM-5分子筛其光催化活性随Fe含量变化的规律不同。这

33、说明光催化性能与Fe在分子筛中的化学状态和结构有关。商品HZSM-5: 活性随杂质铁含量增加而增加用离子交换引入Fe: 活性随铁含量增加几乎不变水热合成引入Fe: 活性随铁含量增加逐渐降低J. Phy. Chem. C., 2007, 111, 5195- 5202Catal. Today, 2004, 93-95, 851例 1分子筛光催化剂的活性中心研究51教书育人二、光催化基础研究进展反应机理Fe物种在ZSM-5中可能的化学结构UV-Raman EPRXAFS对HZSM-5中Fe的化学状态及局域结构进行了详细的表征，结果表明有多种类型Fe物种存在。52教书育人二、光催化基础研究进展反应机

34、理UV-Raman spectra 谱带面积与光催化活性的关联表面孤立四配位的Fe3+物种与光催化活性有较好的关联，是该分子筛的光催化活性中心。53教书育人二、光催化基础研究进展反应机理含Fe的HZSM-5上乙烯光催化氧化机理在分子水平上提出了光催化反应机理。该工作对认识其它光催化剂的分子作用机制也有借鉴作用。电子空穴对激发态54教书育人二、光催化基础研究进展反应机理例 2光催化氧化过程的H2-O2耦合效应研究Chem. Comm., 2004, 2304-2305 New J. Chem., 2005, 29, 1514-1519Environ. Sci. Technol., 2008, 4

35、2, 21302135实验发现：在富氧的光催化氧化体系中加入少量还原性气体H2，能极大地提高光催化反应速率，光催化活性提高近两个数量级，苯100%转化成CO2和H2O，并有效抑制了光催化剂的失活。55教书育人二、光催化基础研究进展反应机理甲苯乙苯环己烷丙酮56教书育人二、光催化基础研究进展反应机理 H2-O2 O257教书育人二、光催化基础研究进展反应机理(1) TiO2 (UV-irradiated) e- + h+(2) Os-Pt + e- Os-(3) Hs- Pt + h+ Hs+(4) Os- + Hs+ HO(5) Os- + Hs-Pt HO-(6) HO- + h+ HO(7

36、) Hs + HO H2O (8) Os- Pt + Hs-Pt HO H2/O2耦合效应光生载流子双捕获协同作用机理58教书育人二、光催化基础研究进展反应机理例 3负载型光催化剂的载体效应研究 TiO2薄膜与导电基底间电子转移对光催化性能的影响 油酸的光催化分解乙烯的光催化分解J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 13470-13467TiO2/ITO/glass TiO2/glass TiO2/AlTiO2/Al TiO2/glass TiO2/ITO/glass AlglassITO/glassTiO2/Al TiO2/glass TiO2/ITO/glassAl,

37、glass, ITO/glassTiO2/AlTiO2/glassTiO2/ITO/glass产生这种差别的原因与基底的电子功函数有关，也与有机物的分解机理有关.59教书育人二、光催化基础研究进展反应机理4.316.9Ag4.0 17.2TiO2/ITO/glass3.817.4TiO2/Al4.516.7ITO3.617.6AlWork function () /eVEnd edge energy /eVSamples Work functions () determined by UPS功函数（电子逸出功）： ITO/glass TiO2 AleTiO2/ITO界面上，Schottky势垒

38、形成，电子由TiO2转移到ITO上。eTiO2/Al界面上，形成了Ohm接触，电子从Al片上转移到TiO2上。60教书育人二、光催化基础研究进展反应机理油酸的降解主要通过空穴或HO进行，因此活性顺序： TiO2/ITO/glass TiO2/glass TiO2/Al乙烯的降解主要通过电子进行，因此活性顺序： TiO2/AlTiO2/glassTiO2/ITO/glass 光生空穴寿命不变eTiO2 glass TiO2 ITO/glass 光生空穴寿命增长TiO2 Al e 光生空穴寿命减短eTiO2 膜与导电载体基底间的电子转移影响光生载流子的捕获和复合 X61教书育人二、光催化基础研究进

39、展反应机理Pt作为电子受体， 掺Pt到TiO2对光生空穴起作用的光催化反应有利。KI作为电子给体，掺KI到TiO2对光生电子起作用的光催化反应有利。此规律可以解释Pt和KI掺杂对TiO2光催化分解油酸和乙烯的影响该研究为光催化剂载体选择和掺杂组分选择提供了依据。TiO2-KITiO2-PtTiO2oleic acidethyleneTiO2-KITiO2TiO2-Pt62教书育人日本专利每年突破1000件 专利三、光催化应用研究进展总体进展情况光催化环保技术已在众多领域得到实际应用，辐射行业非常广泛，全球已形成了一个新兴高技术产业光催化环保产业。 发达国家政府及企业高度重视，投入了 大量经费和

40、研究力量； 新型高效光催化剂、高效光催化反应器设计、光源传输和控制系统、光催化剂负载技术等应用关键技术突破；开发出适用于各种应用环境的工程化高效光催化反应系统与设备；光催化技术的应用领域不断拓展、新产品不断推出。光催化应用技术研究与开发迅速发展，关键技术不断取得突破 63教书育人三、光催化应用研究进展总体情况新兴光催化环保产业已在发达国家形成规模并呈现急剧增长的发展态势。国内光催化环保产业起步晚、发展迅速、初具规模。由于我国环境污染形势更加严峻，对先进环保技术的需求更加迫切，市场前景更为广阔。64教书育人三、光催化应用研究进展应用示例室内空气净化大气净化土壤净化65教书育人三、光催化应用研究进

41、展应用示例饮用水净化工业污水处理66教书育人三、光催化应用研究进展应用示例国 防 军 事67教书育人三、光催化应用研究进展应用示例自清洁建筑材料自清洁抗雾玻璃68教书育人三、光催化应用研究进展应用示例医 疗 卫 生69教书育人研制开发出多种提高光催化过程效率和解决光催化应用工程化关键问题的新技术、新方法和新装置，形成了比较完整和具有自主知识产权的光催化技术体系。光催化反应技术：反应系统与装置：光催化剂负载技术： 基于H2O2耦合效应的高效光催化反应技术 微波光催化空气净化技术 光磁协同催化技术 光热协同作用高选择性氧化富氢气体中CO的技术 负载化单分散纳米晶体制备技术 金属基材表面光催化膜电泳

42、制备方法 光净化环保型涂料的制备与涂覆技术 高压绝缘子表面涂层喷涂工艺及装置 高效消除空气或水中污染物的复合光催化反应系统 具有蜂巢结构的光热耦合空气净化器 臭氧光催化空气净化器三、光催化应用研究进展福州大学70教书育人三、光催化应用研究进展福州大学研制出系列纳米高效光催化剂（光催化涂料），设计了生产工艺流程，开发出工业生产新技术。设计并建成可年产300吨纳米光催化剂生产线，实现了工业生产，产品得到广泛应用。（1）新型高效光催化剂及其工业生产技术开发71教书育人三、光催化应用研究进展福州大学纳米固体超强酸光催化剂纳米溶胶光催化涂料负载型光催化剂专用光催化剂部分光催化剂产品72教书育人采用自制负

43、载型固体超强酸光催化剂和开发的高效光催化反应技术，研制出用于室内空气净化的光催化空气净化器，对室内空气中典型污染物和细菌具有优异的净化效果，其性能大大优于国外同类产品。 净化器型号生产厂家主要功能光催化效率（C2HCl3去除率%）YKJ-180中国漳州万利达光催化科技有限公司分解有机污染物、去除有害无机气体、杀菌、除烟尘、清新空气96.9ACEF-3AS-W日本大气工业株式会社分解有机污染物、除烟尘22.9三、光催化应用研究进展福州大学（2）光催化空气净化器及其工业生产技术开发73教书育人开发了光催化空气净化器工业生产技术，与相关公司合作设计建成了可年产30万台光催化空气净化器生产线，实现了产

44、业化。三、光催化应用研究进展福州大学74教书育人 产品出口美国、俄罗斯、英国、德国、澳大利亚等国家； 被国家经贸委评为“国家重点新产品”。三、光催化应用研究进展福州大学75教书育人采用自制的纳米溶胶光催化剂和动态高压喷雾镀膜技术在陶瓷表面形成具有光催化活性的纳米膜，研制出直接利用太阳光分解表面油污和杀菌的光催化自清洁抗菌瓷砖。检测项目结果大肠埃希氏菌的杀菌率（%）100金黄色葡萄球菌的杀菌率（%）100白色念珠菌的杀菌率（%）100SO2去除率（%）96.2NO2去除率（%）90.5耐磨性（500r/750g）0.0022g（3）光催化自清洁抗菌建材及其工业生产技术开发三、光催化应用研究进展福州大学光催化自清洁抗菌瓷砖76教书育人开发