光催化剂的制备—开题报告.doc目录1 文献综述 ..................................................................... . (1)1.1 光催化材料发展概况 ..................................................................... (1)1.1.1 光催化材料的起源与种类 ..................................................................... . (1)1.1.2 改善光催化材料性能的主要方法 (2)1.2 目前光催化技术的应用 ..................................................................... .. (3)1.3 TiO光催化材料存在的问题与展望 ..................................................................... ...... 4 22 研究目的和意义 ..................................................................... .. (5)3 研究内容 ..................................................................... .. (5)5 进度计划 ..................................................................... .. (6)参考文献 ..................................................................... (6)1 文献综述1.1 光催化材料发展概况1.1.1 光催化材料的理论基础与种类[1]自1972年，Fujishima等在Nature上发表的论文揭开了研究光催化技术的序幕。
之后的几十年光催化技术在光催化抗菌、光催化污水处理、太阳能光催化分解水制氢等众多领域有了深入的发展。
光催化技术以半导体的能带理论为基础。
半导体的能带结构一般由填满电子的低能价带和空的高能导带构成，它们之间由禁带分开。
当以能量等于或大于半导体禁带宽度的光照射时，价带电子被激发进入导带，在导带上产生带负电的高活性电子(e,)，价带上留下带正电荷的空穴(h+) ，形成电子-空穴对，在电场作用下分离并迁移到粒子表面。
半导体光催化的基本过程可描述为:光激发诱导半导体价带电子跃迁到导带，藉此，在半导体导带和价带中分别形成电子和空穴;电子-空穴通过晶格迁移到材料表面，该过程中电子-空穴的分离和复合相互竞争;在材料表面的电子和空穴分别与周围反应介质发生还原和氧化反应。
换言之，半导体光催化的基本过程可简单描述为:半导体中的光生电子-空穴在晶格中分离并迁移到材料表面参与化学反应，这期间一直伴随着电子-空穴的分离和复合的竞争过程。
[2]理想的光催化材料有如下四个基本要求:环境友好;优异的电子-空穴分离能力;适合的能带电势，尤其在光催化分解水的应用中，要服从产氢和产氧的能带匹配原则;可见光响应能力。
目前所报道的光催化材料主要集中于:1) 氧化物:以 TiO、InNiTaO 等为代表 21-xx42) 硫化物:CdS、ZnS、ZnS-CuInS-AgInS、(AgIn)xZn?2S等 222x23) 氧硫化物:LnTiSO (Ln = 稀土元素) 等; 22254) 氮化物: TaN、GeN、GaN等; 35345) 氧氮化物:LaTiON、YTa5N、TaON、(GaN)(ZnO)、MTaON(M = Ca、Sr、Ba) 等; 222O21-xx216) 氢氧化物:In(OH):S; 37) 磷化物:InP;8) 碳化物:SiC;9) 硅化物:TiSi。
2其中，氧化物具有化学稳定好的优点，是研究得最充分的体系，元素周期表中所有可能作为光催化剂的简单二元金属氧化物均被涉猎到，目前研究的趋势是利用能带杂化的概念开发三元乃至多元的金属氧化物或固溶体;硫化物由于共价性较强，容易获得窄的禁带宽度，但在光催化过程中不可避免地存在光刻腐蚀的现象;氧硫化物的性能介于氧化物和硫化物之间;氮化物的共价性强，氧化物半导体通过氮掺杂可明显使吸收边红移;氧氮化物性能介于氧化物和氮化物之间;其他的如氢氧化物、磷化物、碳化物和硅化物等系列作为光催化材料的研究报道并不多见。
[3]1.1.2 改善光催化材料性能的主要方法光催化材料已经显示出了其广阔的运用前景，但光催化材料所存在的一大明显不足就是对于太阳光的利用率和转化率太低，因此，近年来许多科学家都致力于对光催化材料的改性以及光催化剂的开发。
以纳米 TiO为例，纳米TiO 以其无毒，光催化活性高，稳定性高，氧化能力强，能耗22低，可重复使用等优点而成为最优良的光催化材料。
但是TiO 的禁带宽度( Eg=3 .2 eV) 较2大，只能吸收占太阳光谱大约4%的紫外辐射 (波长=387 .5 n m)，所以不能充分利用太阳能;此外，光生电子和空穴复几率很高，导致TiO的光生载流子利用效率低，由于存在这2两个缺陷，在一定程度上制约了TiO 光催化技术的实际应用。
围绕这两个关键问题，目前2半导体光催化技术研究呈现两个热点:( 1 )对TiO进行修饰改性以扩展其有效光响应范围2及提高光生电子和空穴的利用效率,提高光催化反应活性。
( 2 )开发新型半导体光催化剂，要求其对可见光生电子和空穴的利用效率，提高光催化反应的活性。
影响TiO 光催化反应活性的因素: 2[5]1)金属沉积的影响:常见的沉积贵金属有Pt、P d 、Ag、Au等，其中研究最多的是P t/Ti O体系，沉积贵金属可改善光催化剂活性。
贵金属沉积之所以能改善光催化剂的活性， 2因为金属与Ti O 具有不同的费米能级，大多数情况下是金属的功函高于半导体的功函数， 2当二者接触时，电子发生转移，从费米能级高的Ti O转移到费米能级低的金属，直到二者2费米能级相匹配。
22)金属离子修饰的影响:大量研究表明，掺入金属离子可改善TiO2的光催化性能。
从化学观点看，金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度等，从而影响电子一孔穴对的复合。
3)半导体复合的影响:近年来的研究表明Ti O —C d S、Ti O—S n O等二元复合半222 导体几乎都表现出高于单个半导体的光催化性能，如Ti O—S n O 降解燃料的效率提高了221 O倍。
二元复合半导体光催化活性的提高可归因于不同能级半导体之间光生载流子的运输与分离。
半导体复合是提高光催化效率的有效手段。
通过半导体复合可以提高系统的电荷分离效果，扩展对光谱吸收范围。
4)光敏催化剂的影响:普通粉末催化剂的量子效率不高，而纳米材料在光学性能，催化性能等方面发生了变化。
光生电子与空穴从相体内扩散到催化剂表面发生氧化还原反应2 2 D) 式中:D为电子空穴扩散系数, d为半径，的时间t与颗粒尺寸与如下关系:t =d,( Kk为常数。
可见粒径小，光生电子和空穴从TiO 体内扩散表面的时间短，它们在TiO体内22的复合几率减小，到达表面的电子和空穴数量多，光催化活性高。
3—2 ——Ti O能有效的将废水中的有机物降解为TiO、CO、PO、SO、NO、卤素离222443子等无机小分子、达到完全无机化的目的。
染料废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、氟里昂、含油废水等都可以被Ti0催化降解。
B l a k e在一篇综述中详细罗列了3 0 0多种可2被光催化的有机物。
美国环保局公布的1 1 4种有机物均被证实可通过光催化氧化降解矿化。
许多无机物在Ti0表面也具有光化学活性，Mi y a k a等早在 19 7 7年就用T i O悬浮223+2- 粉末光解CrO还原为C r的研究。
利用二氧化钛催化剂的强氧化还原能力，可以将污水27中汞、铬、铅、以及氧化物等降解为无毒物质。
1.2 目前光催化技术的应用光催化作为一种自然现象已在电化学、光化学、催化化和生物化学等领域中得到广泛的研究和应用。
1)光催化抗菌领域:近年来，纳米材料光催化技术在太阳能光催化杀菌消毒等方面得到了快速发展。
尤其是 2003 年春夏出现的严重急性呼吸道感染综合症(SARS)，使得人们对预防病菌、病毒等微生物引起的环境健康问题展开了进一步研究，从而推进了纳米光催化抗菌杀毒技术研究的深入展开，各种光催化抗菌制品应运而生，并获得了迅速发展。
在光催3化抗菌领域已有抗菌陶瓷制品、抗菌自洁玻璃制品、抗菌纤维、抗菌不锈钢等产品的问世。
2)光催化水处理领域:近年来，光催化氧化技术已成为水处理领域的研究热点之一。
光催化氧化技术的基本原理是利用光敏半导体在光的照射下激发产生的“电子-空穴对” ，与半导体表面的溶解氧、水分子等发生反应，产生氧化性极强的HO? ，再通过 HO?与污染物间的加合、取代、电子转移等作用，使污染物达到完全或部分矿化，最终达到降解污染物的目的。
该领域的具体应用有藻类的去除、石油的降解、洗涤剂及表面活性剂的处理等。
3)太阳能光催化分解水制氢:用402nm波长的光进行照射，光催化分解纯水的效率为 0.66%。
尽管这个效率不高，但能同时放出氢气和氧气，因此被誉为“利用太阳能的曙光”。
4)光催化净化空气:光催化反应对于气相挥发性有机物具有普遍较好的降解效果，同CO、HS等)也有氧化去除作用。
时，光催化反应对空气中的无机污染物(NOx、25)光催化在金属中的防腐蚀应用:金属腐蚀遍及国民经济各部门，给国家带来巨大损失。
因此，积极探索材料防腐蚀新方法，做好腐蚀与防护工作具有重要的现实意义。
该技术的最大特点是在常温和常压下只利用催化剂、光、空气和水就能实现的，而且从长远来看，它可以利用取之不尽的太阳光能，因此其在腐蚀与防护领域显示出非常诱人的应用前景。
日本学者 Fujishima 领导的研究小组在光催化Ti0防腐蚀方面做了一些开创性的工作。
研究2表明，Ti0涂层在紫外光照下可阴极保护金属 Cu、不锈钢和碳钢。
随后有人报道了Ti0在22紫外光或γ射线的照射下可实现不锈钢的光致阴极保护。
[4]1.3 TiO光催化材料存在的问题与展望 2由于Ti0可见光光催化剂潜在的诱人前景，人们对它进行了广泛的研究。
特别是Ti022光催化剂的可见光化研究，将为人类充分利用太阳能，改善人类生活环境迈出重要的一。
目前Ti0太阳光催化技术已成为国内外研究的热点方向，并取得了一定的进展。