Tio2材料的性質(zhì)及應(yīng)用-課件

納米TiO2光催化材料1ppt課件納米TiO2光催化材料1ppt課件納米TiO2光催化劑簡(jiǎn)介※納米TiO2光催化劑的制備※納米TiO2光催化劑的表征納米TiO2光催化劑的應(yīng)用總結(jié)主要內(nèi)容2ppt課件納米TiO2光催化劑簡(jiǎn)介※主要內(nèi)容2ppt課件納米TiO2光催化劑簡(jiǎn)介什么是多相光催化劑？

多相光催化是指在有光參與的情況下，發(fā)生在催化劑及表面吸附物（如H2O，O2分子和被分解物等）多相之間的一種光化學(xué)反應(yīng)。光催化反應(yīng)是光和物質(zhì)之間相互作用的多種方式之一，是光反應(yīng)和催化反應(yīng)的融合，是光和催化劑同時(shí)作用下所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。納米TiO2是一種新型的無(wú)機(jī)金屬氧化物材料，它是一種N型半導(dǎo)體材料，由于具有較大的比表面積和合適的禁帶寬度，因此具有光催化氧化降解一些化合物的能力，納米TiO2具有優(yōu)異的光催化活性，并且價(jià)格便宜，無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)因此被廣泛的應(yīng)用。

納米TiO2粉體3ppt課件納米TiO2粉體3ppt課件

半導(dǎo)體是指電導(dǎo)率在金屬電導(dǎo)率（約104~106Ω/cm)和電介質(zhì)電導(dǎo)率（＜1-10Ω/cm)之間的物質(zhì)，一般的它的禁帶寬度Eg小于3eV。

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

導(dǎo)帶價(jià)帶

禁帶Eg＜3eV摻雜半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體（正電荷中心起提供電子的作用，依靠自由電子進(jìn)行導(dǎo)電）

P型半導(dǎo)體（負(fù)電荷中心起提供電子的作用，依靠空穴進(jìn)行導(dǎo)電）半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純的半導(dǎo)體，不含有任何雜質(zhì)，禁帶中不存在半導(dǎo)體電子的狀態(tài),即缺陷能級(jí))4ppt課件Eg＜3eV摻雜半導(dǎo)體N型半

實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地存在雜質(zhì)和各類缺陷，使電子和空穴束縛在其周圍，成為捕獲電子和空穴的陷阱，產(chǎn)生局域化的電子態(tài)，在禁帶中引入相應(yīng)電子態(tài)的能級(jí)。N型半導(dǎo)體的缺陷能級(jí)Ed靠近導(dǎo)帶，P型半導(dǎo)體的Ea靠近價(jià)帶。

EcEdEv價(jià)帶EcEaEv導(dǎo)帶價(jià)帶導(dǎo)帶P型半導(dǎo)體的能級(jí)N型半導(dǎo)體的能級(jí)5ppt課件實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_07_1.swf桌面\03_02_07_1.swfP型半導(dǎo)體中電子轉(zhuǎn)移示意圖N型半導(dǎo)體中電子轉(zhuǎn)移示意圖

C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_08_1.Mpeg.swf桌面\03_02_08_1.Mpeg.swfPN節(jié)C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_09_1.swf桌面\03_02_09_1.swfC:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_09_2.swf桌面\03_02_09_2.swf6ppt課件C:\DocumentsandSettings\Admi為什么要用納米半導(dǎo)體光催化劑？（量子限域效應(yīng)）

大的半導(dǎo)體粒子和微粒（分子簇）的空間電子狀態(tài)

粒子半導(dǎo)體E0///////////////////////////////////////團(tuán)簇非定域分子軌道非定域分子軌道直徑

導(dǎo)帶價(jià)帶距離淺陷阱－－深陷阱///////////////////////////////////////——－－表面態(tài)深陷阱深陷阱表面態(tài)（表面界面效應(yīng)）7ppt課件為什么要用納米半導(dǎo)體光催化劑？（量子限域效應(yīng)）大的半導(dǎo)體粒子半導(dǎo)體能帶寬度與粒子大小N(?)的關(guān)系示意圖8ppt課件半導(dǎo)體能帶寬度與粒子大小N(?)的關(guān)系示意圖8ppt課件

各種常用半導(dǎo)體的能帶寬度和能帶邊緣電位示意圖（pH=0）9ppt課件各種常用半導(dǎo)體的能帶寬度和能帶邊緣常見(jiàn)的光催化材料ZnO在水中不穩(wěn)定，會(huì)在粒子表面生成Zn(OH)2鐵的氧化物會(huì)發(fā)生陰極光腐蝕金屬硫化物在水溶液中不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生陽(yáng)極光腐蝕，且有毒！10ppt課件常見(jiàn)的光催化材料ZnO在水中不穩(wěn)定，會(huì)在粒子表面生成Zn(O

1972年，F(xiàn)ujishima在N-型半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用，從而開(kāi)辟了半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域。

1977年，YokotaT等發(fā)現(xiàn)了光照條件下，TiO2對(duì)環(huán)丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，從而拓寬了光催化反應(yīng)的應(yīng)用范圍，為有機(jī)物的氧化反應(yīng)提供了一條新思路。

近年來(lái)，光催化技術(shù)在環(huán)保、衛(wèi)生保健、自潔凈等方面的應(yīng)用研究發(fā)展迅速，半導(dǎo)體光催化成為國(guó)際上最活躍的研究領(lǐng)域之一。光催化技術(shù)的發(fā)展歷史

11ppt課件1972年，F(xiàn)ujishima在N-型半導(dǎo)1.水中所含多種有機(jī)污染物可被完全降解成CO2，H2O等，無(wú)機(jī)污染物被氧化或還原為無(wú)害物2.不需要另外的電子受體3.合適的光催化劑具有廉價(jià)無(wú)毒，穩(wěn)定及可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)4.可以利用太陽(yáng)能作為光源激活光催化劑5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易控制，氧化能力強(qiáng)，無(wú)二次污染TiO2光催化劑的優(yōu)點(diǎn)12ppt課件1.水中所含多種有機(jī)污染物可被完全降解成CO2，H2O等，無(wú)TiO2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)TiOTiO6金紅石型銳鈦礦型TiO2晶型結(jié)構(gòu)示意圖13ppt課件TiO2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)TiOTiO6金紅石型銳鈦礦型TiO2晶TiO2晶體的基本物性14ppt課件TiO2晶體的基本物性14ppt課件銳鈦礦相和金紅石相TiO2的能帶結(jié)構(gòu)CB/e-VB/h+CB/e-3.2eV3.0eVVB/h+0.2eV兩者的價(jià)帶位置相同，光生空穴具用相同的氧化能力;但銳鈦礦相導(dǎo)帶的電位更負(fù)，光生電子還原能力更強(qiáng)混晶效應(yīng)：銳鈦礦相與金紅石相混晶氧化鈦中，銳鈦礦表面形成金紅石薄層，這種包覆型復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效地提高電子-空穴的分離效率15ppt課件銳鈦礦相和金紅石相TiO2的能帶結(jié)構(gòu)CB/e-VB/h+CBTiO2光催化材料的特性1.原料來(lái)源豐富，廉價(jià)。但光致電子和空穴的分離轉(zhuǎn)移速度慢，復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化量子效率低2.光催化活性高（吸收紫外光性能強(qiáng);禁帶和導(dǎo)帶之間能隙大；光生電子的還原性和空穴的氧化性強(qiáng)）。只能用紫外光活化，太陽(yáng)光利用率低3.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（耐酸堿和化學(xué)腐蝕），無(wú)毒。但粉末狀TiO2在使用的過(guò)程中存在分離回收困難等問(wèn)題研究方向：TiO2改性，提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化率及光催化效率TiO2是當(dāng)前最具有應(yīng)用潛力的光催化劑優(yōu)缺點(diǎn)16ppt課件TiO2光催化材料的特性1.原料來(lái)源豐富，廉價(jià)。但光致電TiO2光催化劑的催化機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體存在一系列的滿帶，最上面的滿帶成為價(jià)帶（valenceband，VB）存在一系列的空帶，最下面的空帶稱為導(dǎo)帶（conduction

band，CB）；價(jià)帶和導(dǎo)帶之間為禁帶。

當(dāng)用能量等與或大于禁帶寬度（Eg）的光照射時(shí)，半導(dǎo)體價(jià)帶上的電子可被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，這樣就在半導(dǎo)體內(nèi)部生成電子（e-）—空穴（h+）對(duì)。17ppt課件TiO2光催化劑的催化機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)17ppt課件半導(dǎo)體價(jià)帶的光激發(fā)固體中的光激發(fā)和脫激過(guò)程空氣和溶液中通常是氧18ppt課件半導(dǎo)體價(jià)帶的光激發(fā)固體中的光激發(fā)和脫激過(guò)程空氣和溶液中通常是

光生電子—空穴對(duì)的氧化還原機(jī)理19ppt課件19ppt課件TiO2光催化主要反應(yīng)步驟hvH+VBE-CB復(fù)合

價(jià)帶空穴誘發(fā)氧化反應(yīng)捕獲價(jià)帶空穴生成Titanol基團(tuán)導(dǎo)帶電子誘發(fā)還原反應(yīng)捕獲導(dǎo)帶電子生成Ti3+TiO220ppt課件TiO2光催化主要反應(yīng)步驟hvH+VBE-CB復(fù)合價(jià)帶e-h+②①④③Ox-Red+→→→CO2,Cl,H+,H2ORed

⑤TiTiHO⑥⑦TiO2光催化反應(yīng)基本原理及主要基元反應(yīng)步驟

21ppt課件e-h+②①④③Ox-Red+→→→CO2,Cl,H+光催化反應(yīng)類型反應(yīng)物被光激發(fā)后，在催化劑作用下引起的催化反應(yīng)：由激發(fā)的催化劑K*所引起的催化反應(yīng)催化劑和反應(yīng)物有很強(qiáng)的相互作用，如生成配合物，后者再經(jīng)激發(fā)進(jìn)行的催化反應(yīng)在經(jīng)多次激發(fā)后的催化劑作用下引發(fā)的催化反應(yīng)光催化氧化-還原反應(yīng)22ppt課件光催化反應(yīng)類型反應(yīng)物被光激發(fā)后，在催化劑作用下引起的催化反應(yīng)

TiO2光催化活性的光催化的影響因素TiO2晶體結(jié)構(gòu)的影響

在

TiO2的三種晶型銳鈦礦、金紅石和板鈦礦中，銳鈦礦表現(xiàn)出較高的活性，原因如下：

1.銳鈦礦較高的禁帶寬度使其電子空穴對(duì)具有更正或更負(fù)的電位，因而具有較高的氧化能力

2.銳鈦礦表面吸附H2O，O2及OH-的能力較強(qiáng)，導(dǎo)致光催化活性較高

3.在結(jié)晶過(guò)程中銳鈦礦晶粒通常具有較小的尺寸及較大的比表面積，對(duì)光催反應(yīng)有利23ppt課件TiO2光催化活性的光催化的影響因素1.銳鈦TiO2表面結(jié)構(gòu)的影響

光催化過(guò)程主要在催化劑表面發(fā)生，對(duì)于單純的TiO2光催化劑，影響其光催化劑，影響其光催化活性的表面性質(zhì)如下：1表面積，尤其是充分接受光照的表面積2.表面對(duì)光子的吸收能力3.表面對(duì)光生電子和空穴捕獲并使其有效分離的能力4.電荷在表面向底物轉(zhuǎn)移的能力24ppt課件TiO2表面結(jié)構(gòu)的影響1表面積，尤其是充分接受光照的表面積2催化劑顆粒直徑的影響催化劑粒子的粒徑越小，單位質(zhì)量的粒子數(shù)越多，比表面積越大，催化活性越高；但比表面積的增大，意味著復(fù)合中心的增多，如果當(dāng)復(fù)合反應(yīng)起主導(dǎo)作用的時(shí)候，粒徑的減小會(huì)導(dǎo)致活性的降低

當(dāng)粒徑在1~10nm級(jí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子—空穴對(duì)的氧化能力增強(qiáng)半導(dǎo)體電荷遷移速率增加，電子與空穴的復(fù)合幾率降低活性增大25ppt課件催化劑顆粒直徑的影響半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子—空穴對(duì)的氧化能溶液pH值的影響TiO2在水中的零電點(diǎn)（電荷為零的點(diǎn)）為pH=6.25當(dāng)溶液pH值較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正電荷，有利于光生電子向表面遷移當(dāng)溶液pH值較高時(shí)，由于OH-的存在，TiO2表面帶負(fù)電荷，有利于光生空穴向表面遷移對(duì)于不同的物質(zhì)光催化降解有不同的最佳pH值，而且對(duì)于降解的影響非常顯著實(shí)踐證明，在pH=3~9時(shí)，TiO2通常具有較好的催化活性26ppt課件溶液pH值的影響當(dāng)溶液pH值較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正

溫度的影響其他影響因素

除了前面提過(guò)的影響因素外，外加氧化劑、光源、光強(qiáng)、反應(yīng)液中的鹽等外界條件都可以對(duì)TiO2的光催化活性產(chǎn)生一定的影響。27ppt課件其他影響因素除了前面提過(guò)的

提高TiO2光催化活性的途徑

目前的TiO2光催化劑存在兩個(gè)問(wèn)題：

①量子效率低②太陽(yáng)能利用率低解決方法：28ppt課件提高TiO2光催化活性的途徑目前的TiO2光貴金屬沉積沉積Ag后的TiO2光催化性能

光生電子在Ag島上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面遷移，這樣行成的微電池促進(jìn)了光生電子和空穴的分離，提高了光催化效率。29ppt課件貴金屬沉積沉積Ag后的TiO2光催化性能光生電子復(fù)合半導(dǎo)體偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖

SnO2–TiO2電子轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖

30ppt課件復(fù)合半導(dǎo)體偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖SnO包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖⊕hvSnO2hvCBVBVBTiO2AA+SnO2—TiO2電子轉(zhuǎn)移示意圖31ppt課件包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖⊕hvSnO2hvCBVBVB離子摻雜修飾

摻雜離子提高TiO2光催化效率的機(jī)制可以概括為以下幾個(gè)方面：1.摻雜可以形成捕獲中心，價(jià)態(tài)高于Ti4+的金屬離子捕獲電子，低于Ti4+的金屬離子捕獲空穴，抑制電子-空穴復(fù)合2.摻雜可以形成摻雜能級(jí)，使能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級(jí)上捕獲的電子和空穴，提高光子利用率3.摻雜可以導(dǎo)致載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度增大，從而延長(zhǎng)了電子和空穴壽命，抑制復(fù)合4.摻雜可以形成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心32ppt課件離子摻雜修飾摻雜離子提高TiO2光催化效率的機(jī)制可以概括為以

氮摻雜的二氧化鈦帶隙結(jié)構(gòu)

33ppt課件氮摻雜的二氧化鈦帶隙結(jié)構(gòu)表面光敏化

S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一光敏化的作用機(jī)理敏化劑激發(fā)后電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移給受體催化劑再生34ppt課件表面光敏化S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一表面還原處理一方面，隨著TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的費(fèi)米能級(jí)升高，界面勢(shì)壘增大，減少了電子在表面的積累及與空穴的進(jìn)一步復(fù)合另一方面，在TiO2表面，Ti3+通過(guò)吸附分子氧，也形成了捕獲光生電子的部位

對(duì)于TiO2光催化反應(yīng)，電子向分子氧的轉(zhuǎn)移是光催化氧化反應(yīng)的速度限制步驟，故表面Ti3+數(shù)量越多，越有利于電子向分子氧的轉(zhuǎn)移。35ppt課件表面還原處理一方面，隨著TiO2表面Ti3+位的增多，TiO表面螯合及衍生作用表面衍生作用及金屬氧化物在TiO2表面的螯合可進(jìn)一步改善界面電子傳遞效果，進(jìn)而影響TiO2光催化活性。1.可有效延長(zhǎng)光生電子-空穴的復(fù)合時(shí)間。2.能造成光催化劑TiO2的導(dǎo)帶向更負(fù)方向移動(dòng)。超強(qiáng)酸化增強(qiáng)催化劑表面酸性是提高光催化效率的一條新途徑。一方面，通過(guò)二氧化鈦的SO42-表面修飾（超強(qiáng)酸化），是催化劑結(jié)構(gòu)明顯改善，有效地抑制了晶相轉(zhuǎn)變，使得具有高光催化本證活性的銳鈦礦含量增加、晶粒度變小、比表面積增大、表面氧缺陷位增加。另一方面，SO42-/TiO2超強(qiáng)酸催化劑表面由于受到SO42-誘導(dǎo)的相鄰L酸中心和B酸中心組成了基團(tuán)協(xié)同作用的超強(qiáng)酸中心增大了表面酸量及氧的吸附量。36ppt課件表面螯合及衍生作用表面衍生作用及金屬氧化納米TiO2的制備及表征二氧化鈦合成物理法化學(xué)法機(jī)械粉碎法液相法氣相法液相沉淀法溶膠-凝膠法醇鹽水解法微乳液法水熱法TiCl4氫氧焰水解法TiCl4氣相氧化法鈦醇鹽氣相氧化法鈦醇鹽氣相水解法鈦醇鹽氣相熱解法※37ppt課件納米TiO2的制備及表征二氧化鈦合成物理法化學(xué)法機(jī)械粉碎法液相法38ppt課件液相法38ppt課件

液相沉淀法傳統(tǒng)的方法（前軀體：TiCl4,Ti(SO4)2）改進(jìn)后的方法(前軀體：TiOCl2不加堿性沉淀劑)TiOCl2水溶液65℃以下水解100℃左右水解白色晶型沉淀白色晶型沉淀加熱干燥加熱干燥金紅石型納米TiO2粉體銳鈦礦型納米TiO2粉體無(wú)定形的Ti(OH)4TiCl4或Ti(SO4)2過(guò)濾洗滌干燥600℃煅燒銳鈦礦型TiO2800℃煅燒金紅石型TiO2氨水,NaOH,(NH4)2CO3

39ppt課件液相沉淀法改進(jìn)后的方法(前軀體：TiOCl2溶膠-凝膠法(Sol-Gel)(前驅(qū)體(TNB))混合液均勻混合液均勻混合液黃色晶體鈦酸丁酯抑制劑加入總醇量2/3的醇

緩慢滴加1/3醇+水?dāng)嚢璧渭欲}酸測(cè)pH值真空干燥(ACAC，HAc)白色納米TiO2粉末

Sol-Gel法制備TiO2的工藝流程40ppt課件溶膠-凝膠法(Sol-Gel)(前驅(qū)體(TNB))混合液均MyOwnMethods41ppt課件MyOwnMethods41ppt課件Improvementoftheexperiment10mlTNB7mlC2H5OH+A7mlC2H5OH+1.08mlH2O+1mlHAcA40℃,Stirring,useHCladjustpHto2AddB,2-3drop/sYellowgel100℃,1h500℃5hWhiteTiO2powderXRDB42ppt課件Improvementoftheexperiment1醇鹽水解沉淀法(前驅(qū)體(TNB))

鈦酸丁酯

醇混合混合水酸醇水解陳化真空干燥煅燒

納米級(jí)TiO2醇鹽水解法合成TiO2的工藝流程圖43ppt課件醇鹽水解沉淀法(前驅(qū)體(TNB))鈦酸丁酯醇混合混水熱法1.前驅(qū)體:（TNB,NaOH調(diào)整pH)3mlTNB

15mlC2H5OH

A

NaOHpH=5,6,8,10,12

B

Hydrothermalreactor

180℃，5h

Cool

Centrifugal

Lavation

DryingTiO2,powder44ppt課件水熱法3mlTNB15mlC2H5OHANaO2.前驅(qū)體:TNB,尿素水解3mlTNB5mlC2H5OHCO(NH2)210mlC2H5OHABStirring

CHydrothermalreactorCoolCentrifugalLavationDryingTiO2powder80℃,4h;180℃,4h45ppt課件2.前驅(qū)體:TNB,尿素水解3mlTNB5mlC2H5OH3.前驅(qū)體:TiCl4，NaOH調(diào)整pH2mTiCl410mlC2H5OH

A

NaOH1,3,5,7mlBHydrothermalreactor

WhiteTiO2powerCentrifugalLavationDryingCool180℃,8h46ppt課件2mTiCl410mlC2H5OHANaOH1微乳液法前驅(qū)體:TiCl4,NaOH，HCl調(diào)整pH混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心洗滌干燥白色TiO2粉末16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5gCTAB1.8mlTiCl4溶液16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5gCTAB1.8mlTiCl4溶液16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇洗滌干燥白色TiO2粉末混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5gCTAB1.8mlTiCl4溶液

16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇47ppt課件微乳液法前驅(qū)體:TiCl4,NaOH，HCl調(diào)整pH混合超聲小結(jié)：

通過(guò)對(duì)各種方法制備出的納米TiO2對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用溶膠凝膠法制備的納米TiO2具有粒徑小，分布窄，晶型為銳鈦礦型，純度高，熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ暮铣煞椒?。是有可能?yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的合成納米材料的方法。我們采用溶膠凝膠法，合成了一系列的摻雜型納米TiO2，并對(duì)其進(jìn)行了負(fù)載，測(cè)定了光催化性能，得到了很好的結(jié)果。48ppt課件小結(jié)：48ppt課件摻雜型納米TiO2的制備水熱法（摻雜Au）49ppt課件摻雜型納米TiO2的制備水熱法（摻雜Au）49ppt課件微乳液法（摻稀土元素）混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心洗滌干燥

白色TiO2粉末16.7ml正庚烷2.7ml正己醇2.3gCTAB10.8mlTiCl4

16.7ml正庚烷2.3gCTAB2.7ml正己醇混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5CTAB1.8mlTiCl4

16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇稀土硝酸鹽+鹽酸超聲鹽溶液溶解50ppt課件微乳液法（摻稀土元素）混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B溶膠-凝膠法(摻雜過(guò)渡金屬)

MCln

HCl少量C2H5OH超聲溶解

澄清溶液HAc+H2OTNB加熱攪拌黃色膠體C2H5OH黃色溶膠陳化凝膠500℃,8h摻雜型納米TiO251ppt課件溶膠-凝膠法(摻雜過(guò)渡金屬)MClnHCl少量C

納米TiO2光催化劑的負(fù)載

由于粉體的納米TiO2過(guò)程中存在著使用和回收不便的問(wèn)題，在實(shí)際的應(yīng)用中很難利用，因此需要對(duì)TiO2進(jìn)行負(fù)載，以便在實(shí)際中得到很好的應(yīng)用。

我們采用浸漬法、層層組裝的方法對(duì)納米TiO2進(jìn)行了負(fù)載，分別在石棉繩、玻璃纖維、沸石、分子篩上進(jìn)行了負(fù)載并測(cè)試了對(duì)甲醛的降解效率，得到了較好的結(jié)果。52ppt課件由于粉體的納米TiO2過(guò)程中浸漬法（載體為石棉繩、沸石、分子篩）石棉繩沸石分子篩100℃干燥納米TiO2溶膠浸泡2h,除乙醇灼燒,600℃8h負(fù)載型納米TiO2催化性能測(cè)定24h53ppt課件浸漬法（載體為石棉繩、沸石、分子篩）石棉繩100℃干燥納米層層自組裝法（載體為玻璃纖維布）1.玻璃纖維布的前處理玻璃纖維布1%SDS溶液15minH2O5min1%HCl溶液80℃，30minH2O5min帶負(fù)電荷的玻璃纖維布1%的PDDA溶液15minH2O5min帶正電的玻璃纖維布聚二烯丙基二甲基胺鹽酸鹽54ppt課件層層自組裝法（載體為玻璃纖維布）1.玻璃纖維布的前處理玻璃纖2.層層自組裝進(jìn)行負(fù)載

將處理好的玻璃纖維布依次浸于的PSS溶液中15min、水中5min、TiO2懸濁液中15min、水中5min，如此重復(fù)10次，再在高溫下燒結(jié)，可測(cè)得平均每平方米的玻璃纖維可負(fù)載光催化劑I0.5g處理好的玻璃纖維布1%的PSS溶液H2O1%的TiO2溶液H2O15min5min15min5min聚苯乙烯磺酸鈉55ppt課件2.層層自組裝進(jìn)行負(fù)載將處理好的玻璃纖維布依“FromSelf-OrganizingPolymerstoNanohybridandBiomaterials”StephanF?rsterandThomasPlantenberg,Angew.Chem.,Int.Ed.,2002,41,688.layerbylayerOrderstructure56ppt課件“FromSelf-OrganizingPolymers納米TiO2光催化劑的表征XRD溶膠-凝膠法銳鈦礦：25.30，37.80和48.10

金紅石：27.50，36.10和44.1057ppt課件納米TiO2光催化劑的表征XRD溶膠-凝膠法銳鈦礦：25.358ppt課件58ppt課件

TEM59ppt課件TEM59ppt課件水熱法XRD60ppt課件水熱法XRD60ppt課件

TEM61ppt課件TEM61ppt課件62ppt課件62ppt課件晶粒直徑計(jì)算（pH=6）Scherrer’sFormulaK=0.89λ=0.154178nmB=0.564*π/180=0.00984t=0.89*λ/(BCosθB) =0.89*0.154178nm/[0.00984*Cos(25.337/2)]=13.9nmK：謝樂(lè)常數(shù)B：衍射峰值半高寬的寬化程度63ppt課件晶粒直徑計(jì)算（pH=6）Scherrer’sFormula

圖2.7TiO2:10%Sn的TEM圖TiO2:10%Sn的TEM圖

TiO2:10%Sn的EDS圖溶膠-凝膠法64ppt課件圖2.7TiO2:10%Sn的TEM圖TiO2:10TiO2:10%Pd的TEM圖TiO2:10%Pd的EDS圖65ppt課件TiO2:10%Pd的TEM圖TiO2:10%Pd的ED催化性能的測(cè)試（降解苯酚）66ppt課件催化性能的測(cè)試（降解苯酚）66ppt課件降解甲醛（分子篩負(fù)載）67ppt課件降解甲醛（分子篩負(fù)載）67ppt課件納米TiO2的應(yīng)用68ppt課件納米TiO2的應(yīng)用68ppt課件69ppt課件69ppt課件環(huán)保方面的應(yīng)用A

.無(wú)機(jī)污染物的光催化氧化還原光催化能夠解決Cr6+、Hg2+、Pd2+等重金屬離子的污染光催化還可分解轉(zhuǎn)化其它無(wú)機(jī)污染物，如CN-、NO2-、H2S、SO2、NOx等B.機(jī)化合物的光催化降解70ppt課件環(huán)保方面的應(yīng)用A.無(wú)機(jī)污染物的光催化氧化還原70ppt課件衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用滅殺細(xì)菌和病毒

可以用與生活用水的殺菌消毒；負(fù)載TiO2光催化劑的玻璃，陶瓷等是醫(yī)院、賓館、家庭等各種衛(wèi)生設(shè)施抗菌除臭的理想材料。TiO2光催化劑殺菌的特點(diǎn)a.抗菌與殺菌迅速，殺菌能力強(qiáng)；b.同時(shí)具有抗菌和殺菌效應(yīng)；c.徹底的殺滅性d.具有防霉效應(yīng)；e.適用性和穩(wěn)定性；f.多功能性g.需要光的照射.71ppt課件衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用滅殺細(xì)菌和病毒a.抗菌與殺菌迅速，殺菌能力使某些癌細(xì)胞失活

TiO2表面修飾血卟啉（Hp，hematioporphyrin），通過(guò)有選擇地局部或局域注射微粒到瘤內(nèi)，隨后用光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)紫外光集中照射瘤組織體，光激發(fā)TiO2顆粒表面生成強(qiáng)活性的反應(yīng)氧類（OH和H2O2）直接滲透進(jìn)入瘤組織體，而殺死瘤組織體內(nèi)的惡性細(xì)胞TiO2粉體癌細(xì)胞光纖人眼紫外光●Fujishaima等設(shè)計(jì)的癌細(xì)胞光催化殺滅治療裝置72ppt課件使某些癌細(xì)胞失活TiO2表面修飾血卟啉（Hp光照前

光照后在小鼠的癌變部位注入納米TiO273ppt課件光照前光照后在小鼠的癌變部位注入納米TiO273ppt防結(jié)霧和自清潔涂層方面的應(yīng)用在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上完全浸潤(rùn)。因此，在浴室鏡面、汽車玻璃及后視鏡等表面涂覆一層氧化鈦可以起到防結(jié)霧的作用防霧作用74ppt課件防結(jié)霧和自清潔涂層方面的應(yīng)用在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜在窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦在太陽(yáng)光照射下產(chǎn)生的的強(qiáng)氧化能力和超親水性，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔。TiO2薄膜有機(jī)污垢無(wú)機(jī)污垢CO2H2O75ppt課件在窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂覆一層光催化合成反應(yīng)(1)還原氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)(2)還原羧酸化反應(yīng)(3)氧化反應(yīng)(4)復(fù)合氧化還原反應(yīng)76ppt課件光催化合成反應(yīng)(1)還原氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)76ppt課件防曬油、化妝品的應(yīng)用

太陽(yáng)光包含光的各種波長(zhǎng)，有可見(jiàn)光、紅外光、和紫外光。對(duì)人體傷害的是紫外光,300～400nm之間。所以在防曬油、化妝品中加入納米TiO2，一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高，達(dá)到保護(hù)皮膚的目的。顆粒不能太大或太小，一般40nm,太大起不到吸收作用，太小會(huì)堵塞毛孔,影響健康。77ppt課件防曬油、化妝品的應(yīng)用太陽(yáng)光包含光的各種波長(zhǎng)，納米TiO2作為隱形材料的應(yīng)用

由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過(guò)率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。美國(guó)F117隱形轟炸機(jī)美國(guó)B2隱形轟炸機(jī)78ppt課件納米TiO2作為隱形材料的應(yīng)用由于納米微粒尺納米TiO2在塑料中的應(yīng)用

納米TiO2對(duì)塑料不僅起補(bǔ)強(qiáng)作用，而且具有許多新的特性。利用它透光、粒度小，可使塑料變得更致密，可使塑料薄膜的透明度、強(qiáng)度和韌性、防水性能大大提高。在有機(jī)玻璃生產(chǎn)時(shí)加入表機(jī)經(jīng)修飾的納米TiO2可使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射而達(dá)到抗老化的目的；在有機(jī)玻璃中添加納米TiO2既不影響透明度又提高了高溫沖擊韌性。79ppt課件納米TiO2在塑料中的應(yīng)用納米TiO2對(duì)塑料不僅起補(bǔ)今后研究的主要方向1.半導(dǎo)體光催化材料的篩選、制備，半導(dǎo)體光催化活性產(chǎn)生的機(jī)制及所產(chǎn)生的活性物中2.TiO2光催化劑的固定化和尺寸量子化3.半導(dǎo)體光催化礦化各種有機(jī)物的機(jī)理4.各種形式的半導(dǎo)體光催化反應(yīng)器5.水中和氣相中各種污染物光催化降解動(dòng)力學(xué)80ppt課件今后研究的主要方向1.半導(dǎo)體光催化材料的篩選、制備，半導(dǎo)體光總結(jié)介紹了TiO2光催化的基本性質(zhì)、基本原理及特點(diǎn)提高TiO2光催化活性的方法及原理TiO2光催化劑的合成、表征和催化性能的測(cè)定TiO2光催化劑的應(yīng)用及發(fā)展方向81ppt課件總結(jié)81ppt課件

謝謝大家！82ppt課件

納米TiO2光催化材料83ppt課件納米TiO2光催化材料1ppt課件納米TiO2光催化劑簡(jiǎn)介※納米TiO2光催化劑的制備※納米TiO2光催化劑的表征納米TiO2光催化劑的應(yīng)用總結(jié)主要內(nèi)容84ppt課件納米TiO2光催化劑簡(jiǎn)介※主要內(nèi)容2ppt課件納米TiO2光催化劑簡(jiǎn)介什么是多相光催化劑？

多相光催化是指在有光參與的情況下，發(fā)生在催化劑及表面吸附物（如H2O，O2分子和被分解物等）多相之間的一種光化學(xué)反應(yīng)。光催化反應(yīng)是光和物質(zhì)之間相互作用的多種方式之一，是光反應(yīng)和催化反應(yīng)的融合，是光和催化劑同時(shí)作用下所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。納米TiO2是一種新型的無(wú)機(jī)金屬氧化物材料，它是一種N型半導(dǎo)體材料，由于具有較大的比表面積和合適的禁帶寬度，因此具有光催化氧化降解一些化合物的能力，納米TiO2具有優(yōu)異的光催化活性，并且價(jià)格便宜，無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)因此被廣泛的應(yīng)用。

納米TiO2粉體85ppt課件納米TiO2粉體3ppt課件

半導(dǎo)體是指電導(dǎo)率在金屬電導(dǎo)率（約104~106Ω/cm)和電介質(zhì)電導(dǎo)率（＜1-10Ω/cm)之間的物質(zhì)，一般的它的禁帶寬度Eg小于3eV。

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

導(dǎo)帶價(jià)帶

禁帶Eg＜3eV摻雜半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體（正電荷中心起提供電子的作用，依靠自由電子進(jìn)行導(dǎo)電）

P型半導(dǎo)體（負(fù)電荷中心起提供電子的作用，依靠空穴進(jìn)行導(dǎo)電）半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純的半導(dǎo)體，不含有任何雜質(zhì)，禁帶中不存在半導(dǎo)體電子的狀態(tài),即缺陷能級(jí))86ppt課件Eg＜3eV摻雜半導(dǎo)體N型半

實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地存在雜質(zhì)和各類缺陷，使電子和空穴束縛在其周圍，成為捕獲電子和空穴的陷阱，產(chǎn)生局域化的電子態(tài)，在禁帶中引入相應(yīng)電子態(tài)的能級(jí)。N型半導(dǎo)體的缺陷能級(jí)Ed靠近導(dǎo)帶，P型半導(dǎo)體的Ea靠近價(jià)帶。

EcEdEv價(jià)帶EcEaEv導(dǎo)帶價(jià)帶導(dǎo)帶P型半導(dǎo)體的能級(jí)N型半導(dǎo)體的能級(jí)87ppt課件實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_07_1.swf桌面\03_02_07_1.swfP型半導(dǎo)體中電子轉(zhuǎn)移示意圖N型半導(dǎo)體中電子轉(zhuǎn)移示意圖

C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_08_1.Mpeg.swf桌面\03_02_08_1.Mpeg.swfPN節(jié)C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_09_1.swf桌面\03_02_09_1.swfC:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\03_02_09_2.swf桌面\03_02_09_2.swf88ppt課件C:\DocumentsandSettings\Admi為什么要用納米半導(dǎo)體光催化劑？（量子限域效應(yīng)）

大的半導(dǎo)體粒子和微粒（分子簇）的空間電子狀態(tài)

粒子半導(dǎo)體E0///////////////////////////////////////團(tuán)簇非定域分子軌道非定域分子軌道直徑

導(dǎo)帶價(jià)帶距離淺陷阱－－深陷阱///////////////////////////////////////——－－表面態(tài)深陷阱深陷阱表面態(tài)（表面界面效應(yīng)）89ppt課件為什么要用納米半導(dǎo)體光催化劑？（量子限域效應(yīng)）大的半導(dǎo)體粒子半導(dǎo)體能帶寬度與粒子大小N(?)的關(guān)系示意圖90ppt課件半導(dǎo)體能帶寬度與粒子大小N(?)的關(guān)系示意圖8ppt課件

各種常用半導(dǎo)體的能帶寬度和能帶邊緣電位示意圖（pH=0）91ppt課件各種常用半導(dǎo)體的能帶寬度和能帶邊緣常見(jiàn)的光催化材料ZnO在水中不穩(wěn)定，會(huì)在粒子表面生成Zn(OH)2鐵的氧化物會(huì)發(fā)生陰極光腐蝕金屬硫化物在水溶液中不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生陽(yáng)極光腐蝕，且有毒！92ppt課件常見(jiàn)的光催化材料ZnO在水中不穩(wěn)定，會(huì)在粒子表面生成Zn(O

1972年，F(xiàn)ujishima在N-型半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用，從而開(kāi)辟了半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域。

1977年，YokotaT等發(fā)現(xiàn)了光照條件下，TiO2對(duì)環(huán)丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，從而拓寬了光催化反應(yīng)的應(yīng)用范圍，為有機(jī)物的氧化反應(yīng)提供了一條新思路。

近年來(lái)，光催化技術(shù)在環(huán)保、衛(wèi)生保健、自潔凈等方面的應(yīng)用研究發(fā)展迅速，半導(dǎo)體光催化成為國(guó)際上最活躍的研究領(lǐng)域之一。光催化技術(shù)的發(fā)展歷史

93ppt課件1972年，F(xiàn)ujishima在N-型半導(dǎo)1.水中所含多種有機(jī)污染物可被完全降解成CO2，H2O等，無(wú)機(jī)污染物被氧化或還原為無(wú)害物2.不需要另外的電子受體3.合適的光催化劑具有廉價(jià)無(wú)毒，穩(wěn)定及可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)4.可以利用太陽(yáng)能作為光源激活光催化劑5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易控制，氧化能力強(qiáng)，無(wú)二次污染TiO2光催化劑的優(yōu)點(diǎn)94ppt課件1.水中所含多種有機(jī)污染物可被完全降解成CO2，H2O等，無(wú)TiO2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)TiOTiO6金紅石型銳鈦礦型TiO2晶型結(jié)構(gòu)示意圖95ppt課件TiO2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)TiOTiO6金紅石型銳鈦礦型TiO2晶TiO2晶體的基本物性96ppt課件TiO2晶體的基本物性14ppt課件銳鈦礦相和金紅石相TiO2的能帶結(jié)構(gòu)CB/e-VB/h+CB/e-3.2eV3.0eVVB/h+0.2eV兩者的價(jià)帶位置相同，光生空穴具用相同的氧化能力;但銳鈦礦相導(dǎo)帶的電位更負(fù)，光生電子還原能力更強(qiáng)混晶效應(yīng)：銳鈦礦相與金紅石相混晶氧化鈦中，銳鈦礦表面形成金紅石薄層，這種包覆型復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效地提高電子-空穴的分離效率97ppt課件銳鈦礦相和金紅石相TiO2的能帶結(jié)構(gòu)CB/e-VB/h+CBTiO2光催化材料的特性1.原料來(lái)源豐富，廉價(jià)。但光致電子和空穴的分離轉(zhuǎn)移速度慢，復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化量子效率低2.光催化活性高（吸收紫外光性能強(qiáng);禁帶和導(dǎo)帶之間能隙大；光生電子的還原性和空穴的氧化性強(qiáng)）。只能用紫外光活化，太陽(yáng)光利用率低3.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（耐酸堿和化學(xué)腐蝕），無(wú)毒。但粉末狀TiO2在使用的過(guò)程中存在分離回收困難等問(wèn)題研究方向：TiO2改性，提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化率及光催化效率TiO2是當(dāng)前最具有應(yīng)用潛力的光催化劑優(yōu)缺點(diǎn)98ppt課件TiO2光催化材料的特性1.原料來(lái)源豐富，廉價(jià)。但光致電TiO2光催化劑的催化機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體存在一系列的滿帶，最上面的滿帶成為價(jià)帶（valenceband，VB）存在一系列的空帶，最下面的空帶稱為導(dǎo)帶（conduction

band，CB）；價(jià)帶和導(dǎo)帶之間為禁帶。

當(dāng)用能量等與或大于禁帶寬度（Eg）的光照射時(shí)，半導(dǎo)體價(jià)帶上的電子可被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，這樣就在半導(dǎo)體內(nèi)部生成電子（e-）—空穴（h+）對(duì)。99ppt課件TiO2光催化劑的催化機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)17ppt課件半導(dǎo)體價(jià)帶的光激發(fā)固體中的光激發(fā)和脫激過(guò)程空氣和溶液中通常是氧100ppt課件半導(dǎo)體價(jià)帶的光激發(fā)固體中的光激發(fā)和脫激過(guò)程空氣和溶液中通常是

光生電子—空穴對(duì)的氧化還原機(jī)理101ppt課件19ppt課件TiO2光催化主要反應(yīng)步驟hvH+VBE-CB復(fù)合

價(jià)帶空穴誘發(fā)氧化反應(yīng)捕獲價(jià)帶空穴生成Titanol基團(tuán)導(dǎo)帶電子誘發(fā)還原反應(yīng)捕獲導(dǎo)帶電子生成Ti3+TiO2102ppt課件TiO2光催化主要反應(yīng)步驟hvH+VBE-CB復(fù)合價(jià)帶e-h+②①④③Ox-Red+→→→CO2,Cl,H+,H2ORed

⑤TiTiHO⑥⑦TiO2光催化反應(yīng)基本原理及主要基元反應(yīng)步驟

103ppt課件e-h+②①④③Ox-Red+→→→CO2,Cl,H+光催化反應(yīng)類型反應(yīng)物被光激發(fā)后，在催化劑作用下引起的催化反應(yīng)：由激發(fā)的催化劑K*所引起的催化反應(yīng)催化劑和反應(yīng)物有很強(qiáng)的相互作用，如生成配合物，后者再經(jīng)激發(fā)進(jìn)行的催化反應(yīng)在經(jīng)多次激發(fā)后的催化劑作用下引發(fā)的催化反應(yīng)光催化氧化-還原反應(yīng)104ppt課件光催化反應(yīng)類型反應(yīng)物被光激發(fā)后，在催化劑作用下引起的催化反應(yīng)

TiO2光催化活性的光催化的影響因素TiO2晶體結(jié)構(gòu)的影響

在

TiO2的三種晶型銳鈦礦、金紅石和板鈦礦中，銳鈦礦表現(xiàn)出較高的活性，原因如下：

1.銳鈦礦較高的禁帶寬度使其電子空穴對(duì)具有更正或更負(fù)的電位，因而具有較高的氧化能力

2.銳鈦礦表面吸附H2O，O2及OH-的能力較強(qiáng)，導(dǎo)致光催化活性較高

3.在結(jié)晶過(guò)程中銳鈦礦晶粒通常具有較小的尺寸及較大的比表面積，對(duì)光催反應(yīng)有利105ppt課件TiO2光催化活性的光催化的影響因素1.銳鈦TiO2表面結(jié)構(gòu)的影響

光催化過(guò)程主要在催化劑表面發(fā)生，對(duì)于單純的TiO2光催化劑，影響其光催化劑，影響其光催化活性的表面性質(zhì)如下：1表面積，尤其是充分接受光照的表面積2.表面對(duì)光子的吸收能力3.表面對(duì)光生電子和空穴捕獲并使其有效分離的能力4.電荷在表面向底物轉(zhuǎn)移的能力106ppt課件TiO2表面結(jié)構(gòu)的影響1表面積，尤其是充分接受光照的表面積2催化劑顆粒直徑的影響催化劑粒子的粒徑越小，單位質(zhì)量的粒子數(shù)越多，比表面積越大，催化活性越高；但比表面積的增大，意味著復(fù)合中心的增多，如果當(dāng)復(fù)合反應(yīng)起主導(dǎo)作用的時(shí)候，粒徑的減小會(huì)導(dǎo)致活性的降低

當(dāng)粒徑在1~10nm級(jí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子—空穴對(duì)的氧化能力增強(qiáng)半導(dǎo)體電荷遷移速率增加，電子與空穴的復(fù)合幾率降低活性增大107ppt課件催化劑顆粒直徑的影響半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子—空穴對(duì)的氧化能溶液pH值的影響TiO2在水中的零電點(diǎn)（電荷為零的點(diǎn)）為pH=6.25當(dāng)溶液pH值較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正電荷，有利于光生電子向表面遷移當(dāng)溶液pH值較高時(shí)，由于OH-的存在，TiO2表面帶負(fù)電荷，有利于光生空穴向表面遷移對(duì)于不同的物質(zhì)光催化降解有不同的最佳pH值，而且對(duì)于降解的影響非常顯著實(shí)踐證明，在pH=3~9時(shí)，TiO2通常具有較好的催化活性108ppt課件溶液pH值的影響當(dāng)溶液pH值較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正

溫度的影響其他影響因素

除了前面提過(guò)的影響因素外，外加氧化劑、光源、光強(qiáng)、反應(yīng)液中的鹽等外界條件都可以對(duì)TiO2的光催化活性產(chǎn)生一定的影響。109ppt課件其他影響因素除了前面提過(guò)的

提高TiO2光催化活性的途徑

目前的TiO2光催化劑存在兩個(gè)問(wèn)題：

①量子效率低②太陽(yáng)能利用率低解決方法：110ppt課件提高TiO2光催化活性的途徑目前的TiO2光貴金屬沉積沉積Ag后的TiO2光催化性能

光生電子在Ag島上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面遷移，這樣行成的微電池促進(jìn)了光生電子和空穴的分離，提高了光催化效率。111ppt課件貴金屬沉積沉積Ag后的TiO2光催化性能光生電子復(fù)合半導(dǎo)體偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖

SnO2–TiO2電子轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖

112ppt課件復(fù)合半導(dǎo)體偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖SnO包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖⊕hvSnO2hvCBVBVBTiO2AA+SnO2—TiO2電子轉(zhuǎn)移示意圖113ppt課件包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖⊕hvSnO2hvCBVBVB離子摻雜修飾

摻雜離子提高TiO2光催化效率的機(jī)制可以概括為以下幾個(gè)方面：1.摻雜可以形成捕獲中心，價(jià)態(tài)高于Ti4+的金屬離子捕獲電子，低于Ti4+的金屬離子捕獲空穴，抑制電子-空穴復(fù)合2.摻雜可以形成摻雜能級(jí)，使能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級(jí)上捕獲的電子和空穴，提高光子利用率3.摻雜可以導(dǎo)致載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度增大，從而延長(zhǎng)了電子和空穴壽命，抑制復(fù)合4.摻雜可以形成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心114ppt課件離子摻雜修飾摻雜離子提高TiO2光催化效率的機(jī)制可以概括為以

氮摻雜的二氧化鈦帶隙結(jié)構(gòu)

115ppt課件氮摻雜的二氧化鈦帶隙結(jié)構(gòu)表面光敏化

S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一光敏化的作用機(jī)理敏化劑激發(fā)后電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移給受體催化劑再生116ppt課件表面光敏化S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一表面還原處理一方面，隨著TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的費(fèi)米能級(jí)升高，界面勢(shì)壘增大，減少了電子在表面的積累及與空穴的進(jìn)一步復(fù)合另一方面，在TiO2表面，Ti3+通過(guò)吸附分子氧，也形成了捕獲光生電子的部位

對(duì)于TiO2光催化反應(yīng)，電子向分子氧的轉(zhuǎn)移是光催化氧化反應(yīng)的速度限制步驟，故表面Ti3+數(shù)量越多，越有利于電子向分子氧的轉(zhuǎn)移。117ppt課件表面還原處理一方面，隨著TiO2表面Ti3+位的增多，TiO表面螯合及衍生作用表面衍生作用及金屬氧化物在TiO2表面的螯合可進(jìn)一步改善界面電子傳遞效果，進(jìn)而影響TiO2光催化活性。1.可有效延長(zhǎng)光生電子-空穴的復(fù)合時(shí)間。2.能造成光催化劑TiO2的導(dǎo)帶向更負(fù)方向移動(dòng)。超強(qiáng)酸化增強(qiáng)催化劑表面酸性是提高光催化效率的一條新途徑。一方面，通過(guò)二氧化鈦的SO42-表面修飾（超強(qiáng)酸化），是催化劑結(jié)構(gòu)明顯改善，有效地抑制了晶相轉(zhuǎn)變，使得具有高光催化本證活性的銳鈦礦含量增加、晶粒度變小、比表面積增大、表面氧缺陷位增加。另一方面，SO42-/TiO2超強(qiáng)酸催化劑表面由于受到SO42-誘導(dǎo)的相鄰L酸中心和B酸中心組成了基團(tuán)協(xié)同作用的超強(qiáng)酸中心增大了表面酸量及氧的吸附量。118ppt課件表面螯合及衍生作用表面衍生作用及金屬氧化納米TiO2的制備及表征二氧化鈦合成物理法化學(xué)法機(jī)械粉碎法液相法氣相法液相沉淀法溶膠-凝膠法醇鹽水解法微乳液法水熱法TiCl4氫氧焰水解法TiCl4氣相氧化法鈦醇鹽氣相氧化法鈦醇鹽氣相水解法鈦醇鹽氣相熱解法※119ppt課件納米TiO2的制備及表征二氧化鈦合成物理法化學(xué)法機(jī)械粉碎法液相法120ppt課件液相法38ppt課件

液相沉淀法傳統(tǒng)的方法（前軀體：TiCl4,Ti(SO4)2）改進(jìn)后的方法(前軀體：TiOCl2不加堿性沉淀劑)TiOCl2水溶液65℃以下水解100℃左右水解白色晶型沉淀白色晶型沉淀加熱干燥加熱干燥金紅石型納米TiO2粉體銳鈦礦型納米TiO2粉體無(wú)定形的Ti(OH)4TiCl4或Ti(SO4)2過(guò)濾洗滌干燥600℃煅燒銳鈦礦型TiO2800℃煅燒金紅石型TiO2氨水,NaOH,(NH4)2CO3

121ppt課件液相沉淀法改進(jìn)后的方法(前軀體：TiOCl2溶膠-凝膠法(Sol-Gel)(前驅(qū)體(TNB))混合液均勻混合液均勻混合液黃色晶體鈦酸丁酯抑制劑加入總醇量2/3的醇

緩慢滴加1/3醇+水?dāng)嚢璧渭欲}酸測(cè)pH值真空干燥(ACAC，HAc)白色納米TiO2粉末

Sol-Gel法制備TiO2的工藝流程122ppt課件溶膠-凝膠法(Sol-Gel)(前驅(qū)體(TNB))混合液均MyOwnMethods123ppt課件MyOwnMethods41ppt課件Improvementoftheexperiment10mlTNB7mlC2H5OH+A7mlC2H5OH+1.08mlH2O+1mlHAcA40℃,Stirring,useHCladjustpHto2AddB,2-3drop/sYellowgel100℃,1h500℃5hWhiteTiO2powderXRDB124ppt課件Improvementoftheexperiment1醇鹽水解沉淀法(前驅(qū)體(TNB))

鈦酸丁酯

醇混合混合水酸醇水解陳化真空干燥煅燒

納米級(jí)TiO2醇鹽水解法合成TiO2的工藝流程圖125ppt課件醇鹽水解沉淀法(前驅(qū)體(TNB))鈦酸丁酯醇混合混水熱法1.前驅(qū)體:（TNB,NaOH調(diào)整pH)3mlTNB

15mlC2H5OH

A

NaOHpH=5,6,8,10,12

B

Hydrothermalreactor

180℃，5h

Cool

Centrifugal

Lavation

DryingTiO2,powder126ppt課件水熱法3mlTNB15mlC2H5OHANaO2.前驅(qū)體:TNB,尿素水解3mlTNB5mlC2H5OHCO(NH2)210mlC2H5OHABStirring

CHydrothermalreactorCoolCentrifugalLavationDryingTiO2powder80℃,4h;180℃,4h127ppt課件2.前驅(qū)體:TNB,尿素水解3mlTNB5mlC2H5OH3.前驅(qū)體:TiCl4，NaOH調(diào)整pH2mTiCl410mlC2H5OH

A

NaOH1,3,5,7mlBHydrothermalreactor

WhiteTiO2powerCentrifugalLavationDryingCool180℃,8h128ppt課件2mTiCl410mlC2H5OHANaOH1微乳液法前驅(qū)體:TiCl4,NaOH，HCl調(diào)整pH混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心洗滌干燥白色TiO2粉末16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5gCTAB1.8mlTiCl4溶液16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5gCTAB1.8mlTiCl4溶液16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇洗滌干燥白色TiO2粉末混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5gCTAB1.8mlTiCl4溶液

16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇129ppt課件微乳液法前驅(qū)體:TiCl4,NaOH，HCl調(diào)整pH混合超聲小結(jié)：

通過(guò)對(duì)各種方法制備出的納米TiO2對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用溶膠凝膠法制備的納米TiO2具有粒徑小，分布窄，晶型為銳鈦礦型，純度高，熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ暮铣煞椒?。是有可能?yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的合成納米材料的方法。我們采用溶膠凝膠法，合成了一系列的摻雜型納米TiO2，并對(duì)其進(jìn)行了負(fù)載，測(cè)定了光催化性能，得到了很好的結(jié)果。130ppt課件小結(jié)：48ppt課件摻雜型納米TiO2的制備水熱法（摻雜Au）131ppt課件摻雜型納米TiO2的制備水熱法（摻雜Au）49ppt課件微乳液法（摻稀土元素）混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻離心洗滌干燥

白色TiO2粉末16.7ml正庚烷2.7ml正己醇2.3gCTAB10.8mlTiCl4

16.7ml正庚烷2.3gCTAB2.7ml正己醇混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B混合,調(diào)整pH反應(yīng)釜180℃,8h冷卻16.8ml正庚烷2.7ml正己醇1.5CTAB1.8mlTiCl4

16.8ml正庚烷1.5gCTAB2.7ml正己醇稀土硝酸鹽+鹽酸超聲鹽溶液溶解132ppt課件微乳液法（摻稀土元素）混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B溶膠-凝膠法(摻雜過(guò)渡金屬)

MCln

HCl少量C2H5OH超聲溶解

澄清溶液HAc+H2OTNB加熱攪拌黃色膠體C2H5OH黃色溶膠陳化凝膠500℃,8h摻雜型納米TiO2133ppt課件溶膠-凝膠法(摻雜過(guò)渡金屬)MClnHCl少量C

納米TiO2光催化劑的負(fù)載

由于粉體的納米TiO2過(guò)程中存在著使用和回收不便的問(wèn)題，在實(shí)際的應(yīng)用中很難利用，因此需要對(duì)TiO2進(jìn)行負(fù)載，以便在實(shí)際中得到很好的應(yīng)用。

我們采用浸漬法、層層組裝的方法對(duì)納米TiO2進(jìn)行了負(fù)載，分別在石棉繩、玻璃纖維、沸石、分子篩上進(jìn)行了負(fù)載并測(cè)試了對(duì)甲醛的降解效率，得到了較好的結(jié)果。134ppt課件由于粉體的納米TiO2過(guò)程中浸漬法（載體為石棉繩、沸石、分子篩）石棉繩沸石分子篩100℃干燥納米TiO2溶膠浸泡2h,除乙醇灼燒,600℃8h負(fù)載型納米TiO2催化性能測(cè)定24h135ppt課件浸漬法（載體為石棉繩、沸石、分子篩）石棉繩100℃干燥納米層層自組裝法（載體為玻璃纖維布）1.玻璃纖維布的前處理玻璃纖維布1%SDS溶液15minH2O5min1%HCl溶液80℃，30minH2O5min帶負(fù)電荷的玻璃纖維布1%的PDDA溶液15minH2O5min帶正電的玻璃纖維布聚二烯丙基二甲基胺鹽酸鹽136ppt課件層層自組裝法（載體為玻璃纖維布）1.玻璃纖維布的前處理玻璃纖2.層層自組裝進(jìn)行負(fù)載

將處理好的玻璃纖維布依次浸于的PSS溶液中15min、水中5min、TiO2懸濁液中15min、水中5min，如此重復(fù)10次，再在高溫下燒結(jié)，可測(cè)得平均每平方米的玻璃纖維可負(fù)載光催化劑I0.5g處理好的玻璃纖維布1%的PSS溶液H2O1%的TiO2溶液H2O15min5min15min5min聚苯乙烯磺酸鈉137ppt課件2.層層自組裝進(jìn)行負(fù)載將處理好的玻璃纖維布依“FromSelf-OrganizingPolymerstoNanohybridandBiomaterials”StephanF?rsterandThomasPlantenberg,Angew.Chem.,Int.Ed.,2002,41,688.layerbylayerOrderstructure138ppt課件“FromSelf-OrganizingPolymers納米TiO2光催化劑的表征XRD溶膠-凝膠法銳鈦礦：25.30，37.80和48.10

金紅石：27.50，36.10和44.10139ppt課件納米TiO2光催化劑的表征XRD溶膠-凝膠法銳鈦礦：25.3140ppt課件58ppt課件

TEM141ppt課件TEM59ppt課件水熱法XRD142ppt課件水熱法XRD60ppt課件

TEM143ppt課件TEM61ppt課件144ppt課件62ppt課件晶粒直徑計(jì)算（pH=6