【《关于光催化原理及光催化性能影响因素的研究文献综述》2500字】

关于光催化原理及光催化性能影响因素的研究文献综述1.1光催化原理图1.SEQ图_1.2.\*ARABIC图1.SEQ图_1.2.\*ARABIC1光催化反应原理图光催化剂被能量等于或大于禁带宽度的光照射时，半导体价带（VB）上的电子被激发跃迁到导带（CB），同时在价带上生成相应的空穴；光生电子-空穴对发生有效地分离，迁移至光催化剂表面的不同位置；光生电子和光生空穴与吸附在光催化剂表面上的物质发生各种氧化还原反应，可应用于解决各种能源和环境问题。1.2光催化性能影响因素半导体的光催化性能受光催化剂材料本身以及光催化反应条件两方面的影响。光催化剂材料方面的影响因素有半导体本身的种类、形貌、晶粒尺寸等，光催化反应条件主要包括光源和pH值等。催化剂种类半导体的种类不同，其带隙宽度也不同。半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。光催化剂的氧化还原能力取决于其导带、价带位置，导带越负，还原能力越强；价带越正，氧化能力越强。另一方面，光催化剂能否受光激发产生电子空穴对也与其禁带宽度有关，禁带宽度越窄，光吸收范围越广，受光激发越容易，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过程。对于光催化反应来说，当光生电子和空穴与给体或受体发生作用时，其分离才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体内部或表面复合并放出荧光或热量。催化剂形貌催化剂由于制备方法、反应时间、温度等不同会得到不同的形貌，例如花状、球状、片状等等。形貌不同，比表面积不同，与反应物接触面积也不同。一般来讲，比表面积越大，吸附性能越好，催化性能也越好。通过控制条件合成特定形貌的光催化剂，如多孔结构，超薄纳米片和纳米管等，能有效增大催化剂的比表面积，增加活性位点数量，提高太阳光的利用效率和促进光生电子-空穴分离等，进而提高其光催化反应活性。催化剂尺寸半导体光催化剂的尺寸大小影响着光催化剂的活性。纳米级的半导体颗粒通常比三维的光催化剂块体具有更高的光催化活性，原因主要有：纳米级的半导体颗粒表现出显著的量子尺寸效应，随着尺寸的减小，半导体的禁带宽度变大，导带电位变得更负，价带电位变的更正，这使得光生电子和空穴具有更强的氧化还原能力，提高了半导体光催化剂氧化降解污染物的活性。但同时需要考虑的是，尺寸越小，禁带宽度越大，对光的吸收能力也就越弱；纳米级的半导体颗粒具有较大的比表面积，这大大增加了半导体吸附污染物的能力，且由于表面效应粒子表面存在大量的氧空穴，所以活性位点明显增加，从而提高了光催化剂降解污染物的能力；纳米级的半导体颗粒的尺寸变小，光生电子和空穴从催化剂内部到达表面的时间变短，能越快与吸附在催化剂表面物质发生氧化还原反应。光源光源对催化性能影响主要体现在光照波长与光照强度两个因素。对于光照波长，比如汞灯/紫外灯和氙灯，汞灯发射光线主要为紫外线，而氙灯模拟太阳光，主要是可见光，TiO2只有在紫外线下才能被激发产生电子空穴对，才会有较好的光催化性能。对于光照强度，光催化反应中，受光照激发产生电子空穴对的催化剂是有限的，光强较弱时，随光强增强，有更多催化剂加入反应，光催化性能提高，但当光强增强到一定值，没有多余的催化剂产生光生电子-空穴对，对光催化性能几乎没影响。与之相反，光强过强，会导致反应体系温度升高，造成催化剂团聚，反而使光催化性能降低。PH值在光催化反应中，反应体系的PH值对光催化反应也会产生影响。当反应体系为酸性溶液时，溶液中含有大量的H+吸附在催化剂表面，从而可以使得更多的H+被还原为H2，促进光催化反应的活性。不同的光催化剂在不同的溶液PH值的环境下其光催化活性是不同的，即不同体系的PH值可以改变半导体催化剂的表面导电状态，从而影响其对反应物的吸附能力。综上，从光催化基本原理出发，拓宽光谱响应范围和提高光生电子-空穴对的分离效率是增强半导体光催化性能的两条主要途径。其中，调控半导体的能带结构是常见的拓宽光谱响应范围的方法。从能带结构的角度出发，调控的方法可以分为价带调控、导带调控、价带与导带同时调控。具体体现在调控手段上包括：金属掺杂和非金属掺杂引入掺杂能级等。另一方面，通过对半导体进行表面修饰（染料光敏化、半导体复合、贵金属沉积、形貌调控等）可以有效地调控半导体中光生电子-空穴对的分离效率，进而提升光催化活性。参考文献FujishimaA,HondaK.ElectrochemicalPhotolysisofWaterataSemiconductorElectrode[J].Nature,1972,238(5358):37-38.张祚煜,杨佳林,李卓豪,陈秀婷,方涛.SiO2掺杂BiVO4光催化降解刚果红的研究[J].化工新型材料,2021,49(04):212-216.阳生红,蒋志洁,张曰理.Cr-Fe共掺CeO2纳米颗粒的结构和铁磁性能[J].磁性材料及器件,2021,52(02):1-5.李笑笑,杨凯,曾德彬,张开莲,余长林,黄微雅.微波水热法制备棒状BiPO4催化剂及其光催化性能研究[J].有色金属科学与工程,2019,10(04):78-84+105.唐士朋,夏阳,范佳杰,程蓓,余家国,WingkeiHoc.碳铂双助催化剂增强CdS空心球光催化产氢性能（英文）[J].ChineseJournalofCatalysis,2021,42(05):743-752.WenJ,XieJ,ChenX,etal.Areviewong-C3N4-basedphotocatalysts[J].AppliedSurfaceScience,2017,391(PT.B):72-123.梁言,王婷雯,赵永琴,李克艳,郭新闻.Fe-Ce/g-C3N4芬顿催化剂的制备及其降解有机污染物性能研究[J].现代化工,2021,41(03):190-195.陈艳丽,苏凤云,谢海泉.制备缺陷MoO3-x/g-C3N4以增强光催化CO2还原性能研究[A].河南省化学学会.河南省化学会2020年学术年会论文摘要集[C].河南省化学学会:河南省化学学会,2020:1.陈纪兵.g-C3N4基纳米异质结的制备及光催化分解水制氢性能研究[D].西北大学,2019.李凌云.磁性Ag/AgCl/g-C3N4的制备及其抗菌性能研究[D].福州大学,2018.艾兵,李思源,张昊,李德刚.Zn掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能研究[J].山东理工大学学报(自然科学版),2019,33(03):60-64.徐启红.氧掺杂g-C3N4的制备及其吸附性能[J].印染助剂,2021,38(01):48-51+54.张月月,梁元伟,黄现礼,周宁,何建平.介孔g-C3N4的制备及其对航空煤油的吸附脱硫性能[J].石油学报(石油加工),2019,35(01):160-165.段贤扬,徐继红,何梦奇,张雪琪.二维石墨相氮化碳纳米片的制备及其光催化性能[J].精细化工,2021,38(01):83-90.李超,钟婉菱,刘小明,雷彩霞.H-TiO2/g-C3N4的制备及光催化降解性能研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2021,40(04):194-200.徐俊英.石墨相C3N4及层状氧化物的染料敏化光催化制氢性能研究[D].南昌大学,2015.IsmaelM,WuY.Amini-reviewonthesynthesisandstructuralmodificationofg-C3N4-basedmaterials,andtheirapplicationsinsolarenergyconversionandenvironmentalremediation[J].SustainableEnergy&Fuels,2019,3.L.C.Chen,C.M.Huang,andF.R.Tsai."CharacterizationandphotocatalyticactivityofK+-dopedTiO2photocatalysts."JournalofMolecularCatalysisAChemical265.1-2(2007):133-140.HuS,FLi,FanZ,etal.Bandgap-tunablepotassiumdopedgraphiticcarbonnitridewithenhancedmineralizationability[J].DaltonTrans,2014,44(3):1084-1092.TondaS,KumarS,KandulaS,etal.Fe-dopedand-mediatedgraphiticcarbonnitridenanosheetsforenhancedphotocatalyticperformanceundernaturalsunlight[J].JournalofMaterialsChemistryA,2014,2(19):6772-6780.Megha