光催化与光电催化课件

1、 实验室光催化反应器光催化反应器是光催化反应发生的场所。光源反应容器 搅拌台一、实验室光催化反应器 实验室光催化反应器光催化反应器是光催化反应发第一 光源的利用效率不高。光线从反应器上部进行照 射时，在溶液中急剧衰减。因此，只有溶液表面 的那层能够利用光源，效率较低。第二 不能避免溶质与溶剂的挥发损失。如果被降解的对 象（溶质）是具有一定挥发性的有机物，则在反应 过程中会有挥发损失，程度与有机物的挥发性大小 有关。如果光源的功率较大，还会导致溶剂发热而 蒸发损失，使得反应结果存在较大误差。第一 光源的利用效率不高。光线从反应器上部进行照目前实验室常用一类反应器圆柱形光催化反应器的优点：操作比较

2、方便；光源的利用效率比较高；反应温度比较容易控制；溶液混合也比较充分粉末催化剂的分散性能也比较好，可以避免粉末催化剂的团聚，目前实验室常用一类反应器圆柱形光催化反应器的优点： 使用圆柱形光催化反应器进行科学研究时应当注意两个问题。 第一个问题是必须选择合适的光源。选用单一波长、功率较小的光源。第二个问题是取样时间的控制。 如果采用的光源为高压汞灯，反应过程中取样时间难以控制，因为即使将汞灯的电源断开后仍然有部分余光。如果采用单波长、小功率的稳定光源，有时也会造成取样时间的误差。 使用圆柱形光催化反应器进行科学研究时应当注二、光催化反应时间控制器二、光催化反应时间控制器本时间控制器的优点如下：光

3、源在设定时间到达时自动熄灭，光催化反应或光反应 立即停止，时间控制准确。2. 操作者毋需在现场守候，到达设定时间时，有乐音系统 自动提醒操作者。 3. 当某一光反应时间较长，如需持续到深夜，操作者也不 用在现场守候。到达设定时间时，自动熄灭，反应停止，操作者可以在次日白天取样。4. 光源自成本低廉，还可以用于实验室内其他目的的时间控制。本时间控制器的优点如下：三、实用型光催化反应器光催化反应器液相光催化反应器 气相光催化反应器 液相光催化反应器中的光-固（催化剂）-液（反应溶液）- 气（空气）等各要素之间的良好接触和匹配关系；气相光催化反应器中的光- 固（催化剂-汽（水蒸气）-气（反 应气和空

4、气）等各要素之间的良好接触和匹配关系。三、实用型光催化反应器光催化反应器液相光催化反应器 气相光催液相光催化反应器的若干重要因素：光源是实用型光催化反应器的核心部分之一。1.光源光源人工光源自然光源 人工光源一般为紫外光源或可见光光源，用电驱动；采用浸没式，光的利用效率比较高，光源采用石英层，一般在反应溶液外有循环冷却水。自然光源为太阳光，一般将反应器设计成平板型光催化反应器和聚光式光催化反应器等类型。液相光催化反应器的若干重要因素：光源是实用型光催化反应器的核2. 催化剂的存在方式选择催化剂的存在方式也是光催化反应器中的重要因素之一。催化剂的存在方式悬浆态固定态流化态悬浆体反应器固定床反应器

5、流化床反应器 负载型薄膜型填充型 一定程度上 实现光催化 剂使用后的 回收和重复 利用。 负载型催化剂主要指将粉末光催化剂通过粘接剂负载于某种载体上，常用的载体有砂子、玻璃、无纺布、沸石、分子筛、玻璃纤维、中空玻珠、活性炭、硅胶、不锈钢等。2. 催化剂的存在方式选择催化剂的存在方式也是光催化反应器中选用载体时要考虑以下几点：载体的比表面积要大，有利于增加反应面积；有良好的机械强度和耐腐蚀性能；不能损害催化剂的活性，最好能增强催化剂的活性；价廉易得。选用载体时要考虑以下几点：第二节 分析方法 材料的表征和分析是材料学的重要组成部分，在整个材料研究领域占有非常重要的地位。 确定未知物，包括天然的和

6、人工合成的。 在材料的合成中，对反应生成物进行分析测试。确定是 否是目标产物；如果产物中含有杂质，通过对产物的测 试分析，来指导合成。第二节 分析方法 材料的表征和分析是材料学的第二节 分析方法 在光催化的基础研究和应用开发中，在催化剂的制备过程中，需要对催化剂进行表征。分析方法物理表征法光学表征法化学结构的表征法第二节 分析方法 在光催化的基础研究和应用开 X射线衍射分析是利用晶体形成对X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布的状况进行分析的方法。 原理：一定波长的X射线照射到晶体物质上时，X射线会遇到晶体内规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶

7、结构相对应的特有的衍射现象。物理表征方法 X射线衍射分析是利用晶体形成对X射线衍射布拉格方程：入射光波长；：布拉格角；n：反射级数。布拉格方程：入射光波长；：布拉格角；n：反射级数。光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件 电子显微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。2.电子显微镜（EM）电子显微镜扫描电子显微镜（SEM）透射电子显微镜（TEM） 电子显

8、微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电扫描电镜原理：电子束在样品表面做扫描，激发出二次电子和被散射电子等信号，二次电子相和背散射电子反应样品表面微观形貌特征。特征X射线分析样品的微区化学成分。投射电镜原理：是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦的一种具有高分辨、高放大倍数的电子光学仪器。.在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 扫描电镜原理：电子束在样品表面做扫描，激发出二次电子和被散射利用电子束在样品表面扫描激发出来代表样品表面特征的信号成像的。可同时

9、进行表面形貌和成分分析。分辨率1nm，放大倍数2020万 倍。采用透过薄膜样品的电子束来显示样品内部组织形态与结构的。可同时进行微观组织形态、晶体结构和成分分析。分辨率0.1nm 放大倍数80100万倍。利用电子束在样品表面扫描激发出来代表样品表面特征的信号成像的水热合成系列钙钛矿DyMnO3和DyFeO3水热合成系列钙钛矿DyMnO3和DyFeO3熔融盐法制备钙钛矿材料EDS分析特征X射线：当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。 熔融盐法制备钙钛矿材料EDS分析特征X射线：

10、当样品原子的内层Transmission electron microscopy (TEM) image of La0.5Ba0.5MnO3 nanocubes。 ( b) High-resolution TEM image of a 30-nmLa0.7Ba0.3MnO3nanocube along with a selected area diffraction pattern shown inthe inset.Transmission electron microsco3. BET比表面积测定3. BET比表面积测定光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件比表面积:

11、 S =VmNAm22400W10-18(m2/g)=4.36Vm/W(m2/g)比表面积: S =VmNAm22400W10-18(光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件2. 荧光发射光谱常用来研究半导体中电子和空穴的捕获、累积或转移。二氧化钛光催化剂受光激发后会产生电子和空穴，其中复合部分的能量以光的形式释放出来，发出荧光，低的荧光发射强度意味着低的电子空穴复合率。2. 荧光发射光谱常用来研究半导体中电子和空穴光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件化学结构的表征法 TiO2光催化剂的化学结构是指其元素组成、价态分布基团及自由基等的种类和含量。1.化学结构的表征法 TiO2光催化剂的化学

12、结构是指光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件光催化与光电催化课件 色谱法是一种重要的分离分析方法，它是利用混合物不同组分在两相中具有不同的分配系数（或吸附系数、渗透性），当两相作相对运动时，不同组分在两相中进行多次反复分配实现分离后，通过检测器得以检测，进行定量分析。其中，不动的一相称为固定相，而携带流过此固定相的流体称为流动相。 色谱法因具有分离性能高、灵敏度高和分析速度快等特点，已经成为现代仪器分析方法中应用最为广泛的一种方法，也在光催化研究中得到广泛应用。 色谱法是一种重要的分离分析方法，它是利用混合光催

13、化与光电催化课件 气相色谱法是采用气体（载气）作为流动相的一种色谱方法，色谱仪通常由载气系统、进样系统、分离系统、检测系统和记录与数据处理系统等部分构成。 具有稳定流量的载气（不与被测物质作用的气体，如氢气、氮气等），将样品在气化室气化后，带入色谱柱得以分离，不同组分先后从色谱柱中流出，经过检测器和记录仪，得到代表不同组分及浓度的色谱峰组成的色谱图。 气相色谱法是采用气体（载气）作为流动相的一种色A为吸光度,T为透射比,是透射光强度比上入射光强度 K为摩尔吸收系数。它与吸收物质的性质及入射光的波长有关。 c为吸光物质的浓度 b为吸收层厚度 。物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸

14、光物质时,其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。A= lg(1/T) = K b cA= lg(1/T) = K b c总有机碳是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。TOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表示水中含有机物的总量。通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。 测定时，先用催化燃烧或湿法氧化法将样品中的有机碳全部转化为二氧化碳，生成的二氧化碳可直接用红外线检测器测量，亦可转化为甲烷，用氢火焰离子化检测器测量，然后将二氧化碳含量折算成含碳量。总有机碳是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。TOC是一光催化与光电催化课件 光催化反应属于多相反应，因此，具有一般多相反应的特征。比如，反应步骤比较多，通常可分为反应物向催化剂表面的传质、吸附，表面反应，反应产物的脱附和传质等。 液相光催化反应中，可以不考虑传质的作用。 光催化反应属于多相反应，因此，具有一般多相反应光催化与光电催化课件 吸附的有机物同吸附的羟基自由基出了四种可能的反应。1.吸附的有机物通吸附的羟基自由基之间的反应；2.吸附的有机物同扩散到溶液相中的羟基自由基之间的反 应；3.溶液相中的有机物同溶