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半导体光催化剂及其改性技术进展

半导体光催化剂及其改性技术进展张彭义余刚蒋展鹏(清华大学环境工程系,北京100084)摘要本文介绍了用于水处理的半导体光催化剂的作用原理,综述了近年来有关贵金属淀积、金属离子掺杂、表面光敏化、半导体复合和粘土交联等半导体改性技术的研究,并对其原理进行解释和说明。关键词:光催化光催化剂半导体半导体改性1972年Fujishima和Honda[1]在Nature杂志上发表的关于TiO2电极上光分解水的论文可以看作一个多相光催化新时代开始的标志。从那时起,来自化学、物理、材料等领域的学者围绕太阳能的转化和储存、光化学合成,探索多相光催化过程的原理,致力于提高光催化的效率。目前,光催化消除和降解污染物成为其中最为活跃的一个研究方向。过去十年中,在水、气和废水处理方面的光催化文献每年平均超过200篇,由ASME等组织的国际太阳能会议每年发布许多有关光催化的研究报告,光催化的专著和综述文章[2-12]越来越多。光催化剂是光催化过程的关键部...  (本文共10页) 阅读全文>>

曲阜师范大学
曲阜师范大学

氨基酸辅助合成BiVO_4和BiOBr光催化剂及其性能研究

本论文以不同氨基酸为模板剂制备BiVO_4和BiOBr光催化材料,并通过一系列改性方法对其进一步改性,合成了催化性能优越的光催化材料。运用XRD、UV-Vis-DRS、SEM、FT-IR和BET等一系列测试技术对光催化剂进行了表征。并且利用添加不同类型活性物种捕获剂和电化学分析等方法对光催化降解过程中的活性物种和反应机理进行了初步检测和研究。得到的主要结论如下:(1)采用氨基酸辅助水热法,以不同种类的氨基酸(甘氨酸、L-谷氨酸和L-精氨酸)为结构导向剂,制备出了(040)晶面优先生长的单斜相Bi VO4光催化剂。通过在可见光下(420 nmλ800 nm)对10 ppm亚甲基蓝(MB)进行光催化降解,考察了样品的光催化活性,结果表明以氨基酸为模板剂制备的单斜相BiVO_4光催化活性明显高于未添加氨基酸为模板剂的Bi VO4。通过机理研究发现,氨基酸的加入,促进了(040)晶面的增长,提高了光生电子-空穴对的分离效率以及光生载流子...  (本文共78页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国海洋大学
中国海洋大学

基于氢基钛酸纳米管的新型半导体复合技术及光催化应用研究

低维无机纳米材料的合成与应用,成为近年纳米科学研究领域的热点。本文系统研究了一维氢基钛酸纳米管的化学组份、微观结构、生长规律、相转变规律、形貌控制等性质。 XPS光电子能谱被用以分析氢基钛酸纳米管中钛、氧元素的化学状态,O-1s结合能曲线分峰拟合显示了氧原子中主要有三种化学状态,即晶格氧、羟基氧和少量结合水氧原子。XPS灵敏度因子法被用以计算纳米管中钛氧原素比例(接近1:3),而所得纳米管组成更接近于表达式H2Ti2O4(OH)2。文中报道了NaOH溶剂对钛酸纳米管卷曲和形成的影响,通过调控NaOH溶剂生长纳米管和纳米片两种形貌。文中探索了一种低温结晶法使氢基钛酸纳米管在100℃结晶为光催化活性的锐钛矿,继而考察了结晶工艺对氢基钛酸纳米管结晶产物光催化活性的影响,并对光催化反应速率进行了一级动力学拟合。过渡金属元素是重多半导体和催化剂的组成元素。为了在氢基钛酸纳米管载体表面生长异质半导体或催化剂,合成路径可以采取一种两步法方案,...  (本文共205页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
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硬脂酸法合成TiO_2纳米晶对染料废水的光催化改性

TiO_2作为一种半导体材料具有很高的活性,能够把有机污染物降解为CO_2、H_2O和一些矿物酸,而且TiO_2具有安全、廉价、无污染等优点,是最有开发前途的绿色环保型催化剂。本论文中,以钛酸四丁酯为前驱体,利用硬脂酸凝胶法制备了TiO_2纳米粒子。在对甲基橙进行的紫外光催化实验表明,450℃下硬脂酸凝胶法合成的TiO_2光催化活性高于同样温度下溶胶凝胶法合成的纳米TiO_2,接近P25。我们使用Zn离子掺杂改善TiO_2的光催化性能。获得的实验结果表明Zn最佳的掺杂量为0.1at.%,在此掺杂浓度下TiO_2的光催化活性最好,在30分钟内甲基橙基本完全降解。超过同样光催化条件下P25的催化效果。进一步的实验中,我们采用硬脂酸凝胶法制备双金属共掺杂的TiO_2,在可见光下的光降解实验结果表明,共掺杂样品Fe(0.1%)/Co(0.4%)-TiO_2在可见光下对罗丹明B的催化效果最好。掺杂和比表面积对TiO_2光催化性能都有较大的...  (本文共152页) 本文目录 | 阅读全文>>

《高等学校化学学报》1981年20期
高等学校化学学报

半导体光催化剂的表面修饰

半导体光催化剂在太阳能储存与利用[1]、光化学转换[2]及有机污染物的环境处理[3]等方面有着诱人的应用前景.许多有机污染物在光催化剂存在下,利用太阳光和空气可直接被分解为CO2和H2O.在半导体光催化剂中,TiO2因其光稳定性和高效性而倍受人们的青睐.除了在水及空气纯化方面的应用外,TiO2在诸如细菌[4]和病毒的破坏[5]、癌细胞的杀伤[6]、异味的控制[7]、光解水产生氢气[8]、固氮[9]及石油泄漏的清除[10]等方面得到广泛的应用.出于对半导体的光物理和光化学研究的兴趣,研究者们相继发表了许多综述性文章[11~17].近年来,人们对半导体超微粒粒径(1~10nm)的研究更为这一领域注入了新的活力.粒径小于10nm的半导体颗粒具有明显的表面效应和尺寸量子化效应(能级分裂),从而使它们在光的作用下表现出超常的氧化和还原能力.半导体微粒(如TiO2,ZnO,Fe2O3,CdS,ZnS)光催化作用的本质是充当氧化还原反应的电子...  (本文共7页) 阅读全文>>

吉林大学
吉林大学

氧化铋系纳米粒子对气相有机污染物光催化氧化性质研究

半导体纳米粒子因其优异的光学性能、催化性能及力学、磁学等方面的特性而引起了凝聚态物理界、化学界及材料界科学家们的极大关注。采用半导体纳米粒子多相光催化法治理环境污染近年来日益受到重视。应用半导体金属氧化物或硫化物作光催化剂可以消除大气和废水中的有机污染物。常见的单一化合物光催化剂如TiO_2、ZnO、Fe_2O_3、SnO_2、SrTiO_3、Bi_2O_3、CdS、WO_3、ZnS 及PbS 等,这些半导体纳米粒子含有电子能带结构且能带是不连续的,通常情况下是由一个充满电子的低能价带( VB)和一个空的高能导带( CB)构成,它们之间由禁带分开。当用能量等于或大于半导体吸收阈值( Ebg)的光照射半导体光催化剂时,它们吸收光子使得价带上的电子( e~-)被激发,越过禁带进入导带,同时在价带上产生相应的空穴( h+ )。由于纳米粒子的量子尺寸效应,引起禁带变宽,使得电子-空穴具有更强的氧化还原电位,它们与具有适宜氧化还原潜势的吸...  (本文共170页) 本文目录 | 阅读全文>>

苏州大学
苏州大学

新型铋基半导体光催化剂的制备及其性能研究

21世纪人们在享受着科技带来的美好成果的同时也面临着能源与环境的问题。如何解决能源短缺和环境污染的问题成为了人们所要考虑的问题。可再生能源的发展与研究对解决能源短缺和环境污染等问题具有重要的意义。光催化作为一种新型的技术,在解决能源和环境问题方面具有广泛的研究。本论文主要是以钒酸铋光催化剂为研究对象,通过对其晶体结构、表面形貌、吸收光谱以及光催化测试等方面来展开研究。主要工作内容如下所示:第二章,采用Pechini法制备了新型光催化剂Bi8V2017,通过X射线衍射来验证其物相,并通过晶体结构精修来表征样品的结构参数,扫描电镜和透射电镜来验证样品的形貌大小。利用吸收光谱来测试样品在可见光下的吸收范围,并间接推算出禁带宽度大小为1.85 eV,且在实际催化降解的过程中,样品Bi8V2017同样具有良好的光催化性能。通过对其光催化机理分析,发现样品Bi8V2017中存在V4+离子,V4+离子分别和电子、空穴反应形成V3+和V5+,在...  (本文共105页) 本文目录 | 阅读全文>>