第六章 光催化-2011-11-10

思考题第一章31.21世纪人类面临的4大问题是什么？2.人类面临的几大环境问题及其原因是什么？3.绿色化学定义的5个内涵是什么？4.绿色化学的内涵－5个R是什么？5.原子经济性是什么？6.绿色化学的5大任务是什么？7、绿色化学十二原则－Anastas原则的内容是什么？第二章41.简述化学工业与现代社会的关系。

2.化学工业的发展历史阶段及内涵。

3、环境友好的化学技术的含义是什么？4.生物质化工转化的主要内涵。

5.纤维素制乙醇的主要过程和技术难点。

6.简述催化技术的特点。

7、催化技术的进展主要在哪几个方面？第三章51.设计安全无毒化学品的一般原则是什么？2.设计安全无毒化学品的外部和内部效应原则是什么？3.设计安全无毒化学品的外部效应原则主要包括哪几个方面？4.设计安全无毒化学品的内部效应原则主要包括哪几个方面？5、设计安全有效化学品的方法主要有哪几种？6.化学品的致毒途径和根源。

7、化学品的吸收、分散和代谢。

8、含有那些化学结构的物质毒性较大？9、等电排置换设计。

第四章 9硅-碳等电排置换法设计安全无毒化学品的原理是什么？2.设计可生物降解的化学品的重要性。

3.生物降解的细菌基础是什么？4.不易生物降解的化学结构有哪些？5.水生生物毒性定量构效关系构筑的常用物理性质有哪些？6.影响水生生物毒性的物理和化学因素有哪些？7、表面活性剂对水体和水生生物的危害？如何防止？第六章111.绿色化学反应举例。

2.亚氨基二乙酸钠合成的新路线。

3.环氧丙烷生产方法有哪几种？各有何优缺点？4、合成己二酸和邻苯二酚的传统方法和新方法的原理和优缺点？5.绿色原料举例。

6.超临界CO2中的反应举例。

7、对比异布洛芬的新、旧合成路线, 说明其技术创新的关键。

8、更安全的化学品举例, 所得到的启示。

第七章171、高效均相和多相催化技术有哪几类？2、生物催化和仿生催化的优点。

3.酶的分类。

4.固定化酶技术的优点。

5.环境友好的溶剂中的有机反应。

溶胶-凝胶法在玻璃表面制备了均匀透明的纳米 TiO2薄膜，采用高压汞灯为光源，敞口固定床 反应器对水中染料亚甲基蓝进行了光催化氧化 实验。实验结果表明:随着涂膜次数的增加，薄 膜TiO2负载量增加，锐钛矿晶相粒径增大， TiO2薄膜对亚甲基蓝氧化降解具有较高的光催 化活性。
有机农药废水
用负载型TiO2/SiO2对有机磷农药2,2 二乙 烯基二甲基磷酸酯(DDVP)的光催化降解 取得较好的效果 。
自然光源
自然环境中一部分近紫外光(290～ 400nm)极易被有机污染物吸收，在有活 性物质存在时就发生强烈的光化学反应 使有机物发生降解。太阳光中含有3%～ 4%的这种近紫外光，尽管这只占太阳光 的一小部分，但值得深入进行研究，
五、光催化降解的催化剂
非均相体系半导体催化剂
在非均相体系去污的半导体催化剂中，多为硫族 半导体材料，如ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、Ｓｎ Ｏ2等。TiO2(锐态型)被认为是最有效的催化剂。
均相体系中草酸铁的作用
以草酸铁为媒介，在H2O2存在的均相体系中 使有机物降解的方法已引起众多研究者的重 视。试剂草酸铁和H2O2价廉无毒，且草酸铁 能充分利用太阳光。据Safsrzadeh-Amiri等的 研究，草酸铁/H2O2/太阳光对三氯乙烯等有 机物的降解效率比TiO2/H2O2/太阳光的降解 效率至少要高出25～45倍。
CODcr质量浓度为650ｍｇ/Ｌ-1,有机磷 质量浓度为19.8ｍｇ/Ｌ-1的农药废水， 经375Ｗ中压汞灯照射4ｈ， CODcr去除 率为90%，有机磷将完全转化为ＰＯ43-。
含油废水
采用纳米级TiO2半导体光催化剂，以中压汞灯为 光源对含油污水的降解进行可行性研究。结果 表明:纳米级光催化剂TiO2具有较高的光催化降 解油的活性。污水初始ｐＨ值越小，油的降解 率越高；当TiO2与Ｆｅ3+或Ｈ2Ｏ2共存时，相同 光照时间条件下，油的去除率可提高5%～16%。 太阳能与人工光源并用处理现场低含油采油污 水时，光照2.5ｈ后可使污水中油的去除率达到 99%。仅利用太阳光降解油时，3ｈ后，油的去 除率达到98%。

3.3光电转化性质 3.3光电转化性质
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由纳米半导体粒子构成的多孔大比表面积太阳能电池具有优良的 光电转换特性而备受瞩目。从20世纪90年代发展起来的染料敏化 纳米晶太阳能电池，具有许多硅太阳能电池所不具备的优点， 它 主要利用在自然界中的光合作用原理， 主要利用在自然界中的光合作用原理，将太阳能直接转化为电能 ，并且其光电转化效率在特定条件下可达 ％。 并且其光电转化效率在特定条件下可达10％。 并且其光电转化效率在特定条件下可达 ％。目前可用于太阳 能电池的纳米半导体材料主要包括：TiO2、ZnO、CdSe、CdS、 TiO ZnO、CdSe、CdS、 WO3、Fe2O3、SnO2等。它们均具有优异的光电转换特性。
（3）TiO2的光催化机理 ）
• 在光照下，TiO2微粒吸收光子，其价带上的电子（e-）就被激发，同时在 价带上产生空穴（h+），从而生成电子-空穴对。 • 电子受体通过接受表面的光生电子而被还原，可与溶解在水中的氧发生 反应，生成·O2-，·O2-再与H+发生一系列反应，最终生成·OH自由基。光生 空穴和·OH自由基有很强的氧化能力，可夺取吸附在TiO2颗粒表面有机物 的电子，从而使有机物得以氧化分解
• 量子限域效应
随纳米半导体材料粒径不断 减小，激子浓度越高。在能隙 中靠近导带底部形成一些激子 能级并产生激子发光带。
• 如右图所示，当半导体CdSexS1-x 的粒径小于10nm后，其吸收光谱 出现明显的激子峰。
• 发光效应
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当纳米颗粒的粒径小于一定值时，可在一定波长的光激发下 发光，如粒径小于6nm的硅粒子在 室温下可发射可见光，其原因为：
（3）半导体复合 ）
通过半导体复合可提高系统的电荷分离效果，扩展光谱响应的 范围。其修饰方法包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。

Ni–TiO2光催化还原CO2和水制备甲烷摘要：光催化是一种最潜在的方法来减少二氧化碳转化为有用的化合物。

在这个工作中,为了提高照片的二氧化碳减少,镍离子被嵌入二氧化钛作为光催化剂。

XRD 和TEM结果显示与纳米二氧化钛锐钛矿结构。

表面的特点用BET和电动电势测量。

经紫外可见和PL的光化学属性。

二氧化碳减排测试液体反应器和GC对产品进行了分析。

Ni-TiO2(0.1摩尔%)相比其他催化剂有最高收益率的甲烷。

简介在过去的几十年中,快速推动了全球能源需求不断增长的世界人口。

如今,能源基础设施几乎依赖于化石燃料。

使用化石燃料产生的温室气体如二氧化碳(CO2),这是全球变暖的主要原因[1,2]。

为了解决这个问题,许多研究人员正努力开发替代能源和利用二氧化碳。

有三种途径:利用二氧化碳CO2转化为燃料,利用二氧化碳作为化工原料,以及非转换使用的二氧化碳。

在各种方法中,光催化还原二氧化碳与水成烃燃料和有用的化学物质是值得注意的方式来生产能源与缓解全球气温降低二氧化碳浓度[3 - 5]。

Inoue at al [6]报道,HCOOH一氧化碳,CH3OH,甲烷是主要的产品在CO2和H2O的光致还原作用。

在一般情况下,运输过程中电子和空穴在光催化反应中可以通过几个步骤来解释:光吸收,运输光生电子和空穴在光催化剂表面,反应的电子和空穴,电子和空穴的复合光催化剂表面和反应物的传质[7]。

在各种半导体如氧化钛(二氧化钛)[8],氧化钨电致)[9],氧化锌(氧化锌)[10]、磷化镓(GaP)[11],硫化镉(cd)[12],和碳化硅(SiC)[13],重点是二氧化钛。

二氧化钛研究在过去几年中由于其众多的优点包括良好的光敏,电荷转移潜力,低成本、无腐蚀性,生物稳定、无毒[14]。

然而,二氧化钛的效率很低,因为宽的带隙(3.20 eV),立即重组光生电子空穴对[15-16]。

为了提高二氧化钛的光催化效率,许多表面改性方法已被研究人员进行。