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光催化剂1. 简介光催化剂是一种利用光能将化学反应进行加速的催化剂。
它能够吸收光能，产生电子-空穴对并利用这些电子-空穴对参与化学反应，从而提高反应速率和效率。
2. 工作原理光催化剂的工作原理基于光生电子-空穴对的产生和利用。
当光催化剂暴露在光源下时，它能够吸收光能，产生光生电子-空穴对。
光生电子具有高度活性，它们可以参与氧化反应。
一种常见的氧化反应是水的分解，即光催化剂能够将水分解成氢气和氧气。
光生空穴则对还原反应起到重要作用。
它们具有强氧化能力，能够将有机污染物等还原为无害的物质。
光催化剂在催化反应中起到了能量传递的角色，通过吸收光能并将其转换为化学反应的能量，从而加速了反应的进行。
3. 应用领域3.1 环境净化光催化剂广泛应用于环境净化领域。
以光催化氧化为主要反应途径，光催化剂能够将有机污染物、重金属等有害物质氧化分解为无毒无害的物质，从而实现环境净化。
3.2 水资源治理光催化剂在水资源治理中也发挥着重要作用。
通过光催化氧化反应，光催化剂能够将水中的有机污染物、有害物质等分解为无害物质，净化水质。
3.3 可再生能源光催化剂可以应用于可再生能源领域。
通过光催化剂的光生电子和光生空穴，可以将太阳能转化为其他形式的能源，如氢能等。
3.4 医学领域在医学领域，光催化剂被应用于抗菌、杀菌等方面。
光催化剂能够产生具有高度活性的光生空穴，可以破坏细菌、病毒等微生物的外壳结构，实现抗菌、杀菌的效果。
4. 催化剂的选择选择合适的光催化剂对于实现高效的光催化效果至关重要。
常见的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、二氧化锌（ZnO）等。
在选择催化剂时，需要考虑以下几个因素：•光催化剂的吸收光谱：光催化剂应该能够吸收光源的波长范围，以产生光生电子-空穴对。
•光催化剂的能带结构：光催化剂的能带结构应合适，以实现光生电子和光生空穴的有效分离和利用。
•光催化剂的稳定性：光催化剂应具有较高的稳定性，能够长时间保持催化效果。
光催化剂的对于太阳能利用的作用
光催化剂是一种能够利用太阳能进行化学反应的材料。
在太阳能利用中，光催化剂起着至关重要的作用。
它们能够利用太阳能的光能激发催化剂上的电子，使其变得更加活跃，从而促进化学反应的进行。
常用的光催化剂材料包括二氧化钛、氧化锌等。
光催化剂在许多领域都有应用，比如空气净化、水处理、能源转换等。
在太阳能利用中，光催化剂可以用于制备太阳能电池、太阳能水解制氢等方面。
太阳能电池利用光催化剂吸收太阳能的光子，然后将其转化为电能，从而实现太阳能的转化和利用。
太阳能水解制氢则利用光催化剂促进水分子的分解，产生氢气，从而实现太阳能的储存和利用。
总之，光催化剂在太阳能利用中具有重要的作用，可以促进太阳能的转化和利用，为人类的可持续发展做出贡献。
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光催化剂综述一、光催化剂的种类和性质光催化剂是一种能够利用光能驱动化学反应的物质，其种类繁多，性质各异。
根据不同的分类方法，光催化剂可以分为无机光催化剂和有机光催化剂；单相光催化剂和多相光催化剂等。
其中，无机光催化剂如TiO2、ZnO、CdS等具有较高的光催化活性，且耐热、稳定，被广泛应用于光催化降解有机物、光催化产氢等领域。
二、光催化剂的制备方法制备光催化剂的方法多种多样，包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、水热法、微波法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备光催化剂的方法，其优点在于制备过程简单、成本低、易于控制颗粒大小和形状。
化学气相沉积法和水热法则能够在相对较高的温度和压力下合成高质量的光催化剂。
微波法则是近年来发展起来的一种制备光催化剂的新方法，具有快速、高效、环保等优点。
三、光催化剂的应用领域光催化剂在许多领域都有广泛的应用，主要包括：1.光催化降解有机物：光催化剂能够利用光能将有机物分解为无害的小分子，适用于废水处理、空气净化等领域。
2.光催化产氢：光催化剂能够将光能转化为化学能，生成氢气，适用于清洁能源生产、有机物氢化等领域。
3.光催化合成有机物：光催化剂能够利用光能将二氧化碳等无机物转化为有机物，适用于绿色合成、二氧化碳减排等领域。
四、光催化剂的性能改进与优化为了提高光催化剂的性能，需要进行改性和优化，主要包括：1.金属离子掺杂：通过掺杂金属离子，可以改变光催化剂的能带结构，提高其光催化活性。
2.非金属元素掺杂：通过掺杂非金属元素，可以增加光催化剂的电子密度，提高其光催化活性。
3.复合光催化剂：将不同种类的光催化剂进行复合，可以产生协同效应，提高其光催化活性。
4.形貌控制：通过控制光催化剂的形貌，可以增加其比表面积，提高其光催化活性。
五、光催化剂的发展趋势与挑战随着人们对环境问题和可再生能源需求的不断增长，光催化剂的发展前景广阔。
未来，光催化剂的研究将朝着以下几个方向发展：1.新型光催化剂的开发：开发新型的光催化剂，以提高其光催化活性和稳定性。
光催化剂概述光催化剂是一种能够在光照条件下促进化学反应的催化剂。
光催化剂使用光能来激发电子，从而产生活性物种，这些活性物种能够与反应物发生相互作用，加速反应速率。
工作原理光吸收和电子激发光催化剂通常由能够吸收光的半导体材料组成，如二氧化钛（TiO2）。
当光照射到光催化剂表面时，其晶体结构中的某些电子被激发到高能态。
这些激发态的电子称为“光生载流子”。
分离和重新组合在光吸收和电子激发后，光生载流子往往会被表面的缺陷或杂质捕获，导致电子和空穴的分离。
电子和空穴的分离增加了光生载流子的寿命，并为进一步的化学反应提供了机会。
光生载流子的反应光生载流子可以与溶液中的反应物发生相互作用。
例如，光生电子可以被还原剂捕获，形成活性物种，如氢氧离子和超氧根离子。
这些活性物种能够参与氧化、还原和光降解等多种化学反应过程。
光催化剂的循环光催化剂通常是可再生的，即在反应过程中，被激发的电子和空穴会再次重新组合，并回到基态状态。
然后，光催化剂可以再次吸收光能，并重新激发电子，启动下一轮的催化反应。
应用领域光催化剂在多个领域中具有广泛的应用。
环境净化光催化剂可以用于空气和水的净化。
在空气净化中，光催化剂能够降解有害气体，如甲醛、苯和二氧化氮，从而改善室内和室外空气质量。
在水净化中，光催化剂可以分解有机污染物，杀灭细菌和病毒，净化水源。
光催化氧化光催化剂可以用于有机合成中的氧化反应。
通过光照射光催化剂，在氧气的存在下，可以将有机物氧化为醛、酮、羧酸等功能性基团，从而实现对有机物的选择性氧化。
光电池光催化剂可以用于光电池的制备。
光电池是一种能够将光能转化为电能的器件。
通过将光催化剂涂覆在半导体材料上，形成光电极，并与电解液或电子传递剂接触，光催化剂可以将光能转化为电子，从而产生电流。
抗菌材料光催化剂可以用于抗菌材料的制备。
由于光催化剂产生的活性物种具有杀灭细菌和病毒的能力，将光催化剂应用于纺织品、医疗器械、空气过滤器等材料中，可以有效抑制微生物的生长，实现抗菌效果。
碳硼烷是一种化合物，化学式为CB11H12，由碳、硼和氢元素组成。
它具有独特的结构和性质，在光催化领域中可以作为一种催化剂。
碳硼烷具有高度的光稳定性和化学稳定性，是一种优秀的光催化剂。
它的催化性能主要体现在以下几个方面：
水分解催化：碳硼烷可以用作催化剂，促进水分解反应，产生氢气。
这是一种可再生的清洁能源，具有潜力应用于氢能源领域。
光催化降解有机污染物：碳硼烷可以通过吸收可见光，产生激发态的电子和空穴，并参与光氧化反应，从而降解有机污染物。
这种光催化降解有机污染物的方法具有环境友好性和高效性。
光催化CO2还原：碳硼烷还可以通过光催化反应将二氧化碳转化为有用的化学品，例如甲烷或甲酸等。
这有助于二氧化碳的减排和资源的有效利用。
需要指出的是，尽管碳硼烷在光催化中表现出良好的催化性能，但其在实际应用中仍面临一些挑战，例如催化效率的提高和光吸收范围的扩展等。
因此，对碳硼烷光催化剂的研究仍在不断进行，以进一步拓展其应用领域和提高催化效能。
光催化剂对太阳光谱吸收边范围
首先，太阳光谱是指太阳辐射的波长范围，通常从紫外线到红
外线。
光催化剂的吸收边范围指的是它能够吸收的光谱范围。
一般
来说，光催化剂对太阳光谱的吸收边范围应该尽可能广泛，以便在
太阳光的照射下实现高效的光催化反应。
其次，光催化剂的吸收边范围与其材料的能带结构有关。
一些
光催化剂能够吸收可见光甚至红外光，这主要取决于其能带结构是
否能够响应较长波长的光线。
因此，研究人员通常会设计和合成具
有特定能带结构的材料，以扩展光催化剂的吸收边范围。
此外，表面修饰和掺杂也可以影响光催化剂的吸收边范围。
通
过表面修饰或掺杂特定的材料，可以调控光催化剂的能带结构，从
而拓宽其吸收光谱的范围。
最后，光催化剂的吸收边范围对于其在水分解、有机废水处理、二氧化碳还原等方面的应用具有重要意义。
因此，科研人员一直在
努力寻找能够吸收更广泛光谱的光催化剂，以提高光催化反应的效
率和适用范围。
综上所述，光催化剂对太阳光谱的吸收边范围是一个关键的性能参数，其受材料能带结构、表面修饰和掺杂等因素的影响。
为了实现更高效的光催化反应，科研人员需要综合考虑这些因素，并不断探索新的光催化剂材料和调控方法。
光催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力，从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。
通常情况下，光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为二氧化碳和水。
因此光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，对室内空气质量的改善已得到国际学术界的认可。
光催化的原理是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体，利用它们产生的电子和空穴来参加氧化—还原反应。
当能量大于或等于能隙的
光照射到半导体纳米粒子上时，其价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子—空穴对。
由于纳米材料中存在大量的缺陷和悬键，这些缺陷和悬键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。
这些被俘获的电子和空穴分别扩散到微粒的表面，从而产生了强烈的氧化还原势。
光催化剂在工业催化上的应用概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将介绍光催化剂在工业催化上的应用，并对其进行概述和详细解释说明。
随着环境污染和能源危机的日益严重，人们对清洁生产和高效能源转换的需求不断增长。
光催化剂作为一种环保、高效的催化材料，在工业领域中得到了广泛关注和应用。
1.2 文章结构文章主要分为五个部分：引言、光催化剂在工业催化上的应用、光催化剂在不同行业中的应用、光催化剂的优势和挑战以及结论和展望。
1.3 目的本文旨在全面介绍光催化剂在工业催化过程中的应用情况，并通过对其定义、原理以及解决方案进行阐述，使读者了解光催化剂的基本概念与作用机制。
同时，我们还会探讨光催化剂在环境保护行业、化学合成行业以及能源领域等不同领域中的具体应用案例。
此外，文章还会详细分析光催化剂在工业催化中的优势与挑战，以及对未来的展望。
通过本文的阅读，读者将深入了解光催化剂在工业催化中的重要作用，并为相关领域的研究和实践提供参考依据。
2. 光催化剂在工业催化上的应用2.1 定义和原理光催化剂是一种能够利用光能激发电子转移的材料，其通过光照下的电荷分离和利用吸附表面的活性位点进行反应的方式，在工业催化领域具有广泛应用。
其原理基于半导体材料（如二氧化钛）能够吸收可见光或紫外光，并将其中部分电子氧化或还原，形成活性中间体，从而促使催化反应发生。
2.2 工业催化过程中的问题传统工业催化剂在某些情况下存在一些问题。
首先，由于高温、高压等条件限制，一些反应无法有效进行。
其次，一些废水和废气处理涉及有毒有害物质，传统催化剂对这些物质具有较低的选择性和活性。
此外，在某些反应过程中，传统催化剂需要大量能源供给，造成了资源浪费以及环境污染。
2.3 光催化剂解决方案光催化剂作为一种新型的工业催化材料被广泛应用，可以解决传统催化剂存在的问题。
首先，由于光照条件下反应活性较高，一些传统上无法进行的反应可以在室温下通过光催化剂来实现。
其次，光催化剂能够更加选择性地催化废水和废气中的有毒有害物质，提高处理效率并减少对环境的负面影响。
光催化降解mb
光催化降解MB是指利用光催化剂在光照条件下对甲基蓝（MB）进行降解的过程。
光催化剂通常是一种半导体材料，如二氧化钛（TiO2）或二氧化锌（ZnO）。
当光照射到这些半导体表面时，产生的光生电子和光生空穴可以与水或氧气中的氧化物发生反应，生成强氧化剂，如羟基自由基（•OH），从而降解有机污染物。
对于MB 来说，其分子结构中含有苯环和杂环结构，这些结构对光催化降解具有较高的反应活性。
光催化降解MB的反应可以通过以下步骤进行描述：
1. 光照射到光催化剂表面，激发光生电子和光生空穴的产生。
2. 光生电子可以与吸附在光催化剂表面的氧化物（如氧气或水）发生反应，生成羟基自由基（•OH）或超氧自由基（•O2-）等强氧化剂。
3. 强氧化剂可以与MB分子结构中的双键、芳香环等结构发生氧化反应，将MB分解成较小的分子。
4. 经过一系列反应，MB逐渐被降解成无害的物质，如水和二氧化碳。
光催化降解MB具有高效、无需添加外部化学试剂、操作简便等优点。
然而，光催化降解的效果受到光照强度、光催化剂的种类和性质、反应条件等因素的影响。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的光催化剂和优化反应条件，以提高降解效率。
化学反应中的光催化与光敏剂的作用机理近年来，光催化和光敏剂的应用在化学反应领域引起了广泛的关注。
光催化是一种利用光能促使化学反应发生的方法，而光敏剂则是一种能够吸收光能并将其转化为化学能的物质。
本文将探讨光催化和光敏剂在化学反应中的作用机理。
一、光催化反应机理光催化反应是指在光照条件下，光催化剂能够吸收光能并将其转化为活性物种，从而促进化学反应的进行。
光催化剂通常是金属氧化物，如二氧化钛（TiO2）等。
光催化反应的机理主要包括光吸收、载流子的产生与传输以及反应物的吸附与催化活化等步骤。
首先，光催化剂吸收光能，产生激发态的电子。
接着，这些激发态的电子与光催化剂表面的氧分子发生反应，生成活性氧物种，如羟基自由基（·OH）。
然后，这些活性物种与反应物进行接触，催化其发生化学反应。
以二氧化钛为例，其能带结构使其能够有效地吸收紫外光。
当二氧化钛吸收光能后，电子从价带跃迁至导带，产生电子-空穴对。
其中，电子在导带中传输，形成自由电子；而空穴在价带中进行跃迁，形成自由空穴。
这些自由电子和自由空穴可以参与后续的化学反应过程，如氧化还原反应等。
光催化剂中的自由电子和自由空穴在界面上发生反应，形成活性氧物种。
例如，自由电子与氧分子反应生成超氧阴离子（O2·-），而自由空穴与水分子反应生成羟基自由基（·OH）。
这些活性氧物种具有较强的氧化性和还原性，可以催化有机物的降解以及其他化学反应的进行。
二、光敏剂在化学反应中的作用机理光敏剂是一种能够吸收特定波长光能并发生光化学反应的物质。
它通过光能的吸收，激发分子内部的电子，从而改变分子的化学性质。
光敏剂在化学反应中的作用机理主要包括激发和反应两个部分。
首先，光敏剂吸收特定波长的光能，使得其内部的电子跃迁至激发态。
这些激发态的电子具有较高的能量和活性，在发生光化学反应时起到关键的作用。
激发态的光敏剂可以参与一系列的光化学反应。
例如，它可以与其他分子进行光诱导的电子转移反应，将电子转移给反应物，从而使得反应发生。
光催化剂的概念光催化剂是一类能够利用光能催化化学反应的物质。
光催化剂通常是一种半导体材料，其表面具有特殊的结构和组成，能够在光照下吸收光能并将其转化为化学能。
这种化学能可以用于促进一系列重要的化学反应，包括水的分解、有机物的氧化和还原、空气污染物的降解等。
光催化剂具有清洁、可持续、高效、低成本等优点，被广泛应用于环境保护、能源转换和有机合成等领域。
光催化剂最早可以追溯到20世纪70年代，当时日本学者福岛研究团队发现了钛酸铋（Bi2Ti2O7）对甲基橙的光氧化分解作用。
这个发现引起了人们对光催化剂的广泛关注，并促使了后续研究的开展。
随着科学技术的进步，越来越多的光催化剂被发现和合成，它们的催化性能也在不断改善。
今天，光催化剂已经成为一种具有重要应用前景的新型催化剂。
光催化剂的性能主要取决于其晶体结构和表面特性。
典型的光催化剂材料包括二氧化钛（TiO2）、二氧化锌（ZnO）、半导体量子点等。
这些材料的表面通常被改造成多孔结构或纳米结构，以增加其表面积和催化反应的活性。
此外，光催化剂的带隙能也是影响其催化性能的重要因素。
带隙能较小的催化剂能够吸收可见光，具有更高的光催化活性。
光催化剂的工作原理涉及光的吸收、电荷分离和化学反应三个步骤。
首先，当光照射到光催化剂表面时，光子被吸收并激发物质中的电子。
这些激发的电子通过与空穴发生催化剂内的电荷转移而分离。
然后，这些分离的电子和空穴在催化剂表面进行一系列的化学反应，例如与水或有机物分子发生氧化还原反应。
最后，产生的活性物种参与到化学反应中，促进产物的生成。
需要注意的是，在光催化反应过程中，光催化剂通常不直接参与化学反应，而是作为催化剂参与到反应中。
作为一种具有潜力的催化技术，光催化剂在环境保护领域得到了广泛应用。
例如，通过光催化剂可以将水分解产生的氢气用作清洁燃料，代替传统的化石燃料。
此外，光催化剂还可以用于降解有机污染物，如苯酚、甲苯、邻苯二甲酸等，将其转化为无害物质。
光催化剂的应用领域及发展趋势光催化技术是一种新型、经济、环保的处理污染物的方法，其原理是利用光催化剂吸收太阳或其它光源辐射的光能，促使光催化剂表面发生化学反应。
在反应中，光催化剂吸收光线发生电子跃迁，产生氧化剂和还原剂，在其中某些条件下，氧化还原剂能分解并去除污染物。
光催化剂的应用领域目前，光催化剂的应用领域非常广泛，包括环境保护、水处理、空气治理、食品安全、医疗卫生、建筑材料等方面。
光催化技术在环境保护中的应用越来越重要。
有些有害物质，如苯等，难以通过传统的污染物处理方法去除，而利用光催化剂则可以较为有效地去除。
在水处理方面，光催化技术可以去除污染物，如有机物、重金属离子等，从而减少对水体环境的污染。
光催化技术还被广泛应用于废气治理中，可以去除废气中的臭味、有毒有害的气体和挥发性有机物等。
在食品安全方面，阳光和氧气是食品变质的主要原因，而光催化剂可通过崭新的材料与灯组合之后抑制细菌、病毒生长和食材变质。
光催化技术在医疗卫生领域的应用也很广泛，如可用于污染室内、空气净化、接种室、病房、手术室等。
光催化剂的发展趋势伴随着对环境污染物治理需求的不断增多，光催化剂研究领域也在不断拓展和深入。
未来的开发和应用，其中立体结构、内部孔道等特殊设计的光催化剂将会成为研究热点。
光催化剂在实际应用中，特征催化时间越短、效果越佳、同时还能保持高稳定性，将成为发展趋势。
光催化技术中光催化剂的光吸收效率也是一个很重要的因素。
现在的研究重点之一是如何将光催化剂的光吸收率提高，因为只有吸收更多的光才能更好的反应。
除此之外，光催化剂的可控制备也是一项重要研究领域。
通过改变催化剂的结构、形态等特性，可以使其在反应中获得更高的效率和更好的稳定性，从而提高光催化剂的应用价值。
结论光催化技术是一种十分重要的污染物处理技术，其应用领域非常广泛。
未来的研究和应用将主要集中在优化当前的光催化剂，提高催化效率和光吸收率，提高稳定性等方面。
只有这样，才能更好地回应解决当前和未来环境污染的问题。
主流有机光催化剂介绍光催化技术是一种利用光照射下催化剂产生的电子-空穴对来促进化学反应的方法。
有机光催化剂是一类能够吸收并利用可见光的有机化合物，其在光照下可以催化各种有机反应，包括氧化、还原、羧化、取代等反应。
主流有机光催化剂是指在当前研究中得到广泛应用和认可的有机光催化剂。
有机光催化剂的分类有机光催化剂可以根据其化学结构和反应机制进行分类。
以下是几种常见的有机光催化剂分类方法：单线态光催化剂和三线态光催化剂•单线态光催化剂：在光照下，单线态光催化剂能够直接转移电子或质子来催化反应。
例如，卡宾化合物和光敏染料就属于单线态光催化剂。
•三线态光催化剂：在光照下，三线态光催化剂通过在激发态上转移电子或质子来催化反应。
常见的三线态光催化剂包括酮和芳香烃。
有机染料光催化剂和半导体光催化剂•有机染料光催化剂：有机染料光催化剂是一类含有共轭结构的有机化合物，它们能够吸收可见光并转移电子。
有机染料光催化剂在有机反应中表现出较高的催化活性和选择性。
•半导体光催化剂：半导体光催化剂是一类具有光电化学性能的半导体材料，如二氧化钛和氧化锌。
它们能够吸收可见光并形成电子-空穴对，从而催化光解水、光催化还原和光催化氧化等反应。
其他分类方法除了上述分类方法，有机光催化剂还可以根据功能团、元素组成和催化反应类型进行分类。
不同的分类方法有助于理解和研究有机光催化剂的特性和应用。
主流有机光催化剂介绍主流有机光催化剂是指在光催化领域具有广泛应用和较高研究活性的有机光催化剂。
以下是几种主流有机光催化剂的介绍：唑咪盐类光催化剂唑咪盐类光催化剂是一类含有唑咪环结构的离子化合物，常见的有催化剂包括DBU/9-Mesityl-10-methylacridinium（DBU：1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene），它们在吸收可见光后能够产生活性态的阳离子，从而催化各种有机反应，如C—H键官能团化和光氧化等反应。
光催化剂概述第一篇通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。
催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。
光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。
典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。
总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。
世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。
在早期，也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。
二氧化钛是一种半导体，分别具有锐钛矿(Anatase)，金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。
二氧化钛是氧化物半导体的一种，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。
具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。
从而在材料价带形成光生空穴[Hole+]，在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大，光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合，从而从宏观上我们无法观察到光子激发的效果。
有机光催化剂
1有机光催化剂简介
有机光催化剂是一种以有机材料为基础的安全、高效、可循环使用的能源。
它具有较强的吸收太阳光能的特性，可将太阳光的能量转化为化学能，从而使反应发生变化。
2有机光催化剂的优势
（1）有机光催化剂具有较好的稳定性，可以长时间稳定发挥作用。
（2）有机光催化剂具有很强的抗蒸发性能，在高温高湿的环境下仍然保持其有效性。
（3）有机光催化剂有较高的临界能量，即激发能，这意味着它的光催化效率会非常高。
（4）有机光催化剂有较宽的吸收范围，可以有效地吸收紫外线和可见光。
3有机光催化剂的应用
有机光催化剂的应用非常广泛，它可以用于太阳能光伏、空气净化、水净化、去除水中有毒有害物质等。
这种新型能源技术不仅具有绿色环保、节能减排、高性能响应、低成本等优势，同时也有助于降低社会能源的三废排放，从而改善气候环境。
4结语
有机光催化剂是以有机材料为基础的高效、可循环使用的新型可再生能源，具有良好的稳定性、抗蒸发性能和高临界能量等特点，可以用于太阳能光伏、空气净化、水净化、去除水中污染物等领域，为改善气候环境和减少污染物的排放作出了重要的贡献。
光催化剂, 在紫外光或可见光的照射下能够裂解水来获取氢能[ 1], 也能够应用于太阳能电池把太阳能转换为化学能[ 2], 还能够将有机污染物降解为无机小分子H2O和CO2 等[3, 4], 显示出巨大的应用潜力。
为了得到高光催化活性、高稳定性的半导体光催化剂人开展了大量的研究和开发, 其中最有代表性的半导体光催化剂是纳米二氧化钛光催化剂[ 3) 6]。
为了提高量子产率和太阳能利用率,研究者对二氧化钛光催化剂进行了改性, 如采用贵金属阳离子和非金属元素( 阴离子) 进行掺杂[ 7) 9],以及制备二氧化钛与其他氧化物的复合物等。
研究工作已取得了一些可喜的成绩, 但还是无法满足实际应用的需要。
研究光催化剂的另一条思路是寻找新型光催化剂。
最近开发出很多新型光催化剂, 如层状化合物[ 10) 13]与构筑型新型化合物[ 14]等。
其中Bi 基化合物因具有特殊的层状结构和适当大小的禁带宽度而引人注目。
早期研究中, Bi 元素作为金属离子对二氧化钛进行掺杂改性[ 15, 16]; 后来发现许多Bi 基化合物都具有光催化性能, 如氧化铋[ 17]、卤氧化铋、铋酸盐[ 18, 19]、钨酸铋[ 20]、钼酸铋[ 21]及其他一些比较复杂的Bi 基化合物[22, 23]。
其中最有代表性的是氧化铋系列化合物, 它们因具有较高的光催化活性和稳定性, 越来越受到人们的关注。
本文对氧化铋化合物光催化剂的研究工作进行了总结和分析。
3.2.1 氨水沉淀法制备的Bi2O3纳米粒子的光催化活性图 3.3、图 3.4 和图 3.5 示出分别用氨水沉淀法制备的Bi2O3纳米粒子光催化苯、甲苯、二甲苯所得的浓度随时间的变化关系。
由图可见，在Bi2O3纳米粒子光催化下，苯、甲苯、二甲苯浓度均随反应时间的增加而降低，同时指出Bi2纳米粒子对三种污染物的光催化活性均随Bi2O3的焙烧温度的升高而增大。
三种污染物的光催化降解的速率顺序为：二甲苯>甲苯>苯。
光催化剂研究进展李少坤（化学院11级材料化学3班，20110480）【摘要】：本文主要介绍了近几年工业上光催化剂的最新研究进展，主要涉及到纳米TiO2光催化剂的改性进展，光催化制氢用纳米结构光催化剂的研究进展以及新型光催化剂ZrW2O7(OH)2(H2O)2的光解水产氢产氧性能等。
【关键词】：纳米TiO2；光催化剂；水分解；改性自从1972年Fujishima A 等发现TiO2单晶电极可以实现光分解水以来，多相光催化反应一直是催化领域的一个极其重要的研究课题，光催化分解水制氢，光催化还原CO2制备有机物、光降解有机污染物等重要光催化过程向人们展示了诱人的应用前景。
30多年来，光催化研究无论是在理论上还是在应用研究方面都取得了重要的进展。
一、纳米TiO2光催化剂的改性进展1.纳米TiO2光催化的反应机理纳米TiO2多相光催化过程是指TiO2材料吸收外界辐射光能,激发产生导带电子(e-)和价带空穴(h+),进而与吸附在催化剂表面上的物质发生一系列化学反应的过程。
如锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2 eV,它具有较强的光活性,当它吸收了波长小于或等于387.5 nm的光子后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+,在电场的作用下,电子与空穴发生分离,迁移到粒子表面的不同位置。
分布在表面的h+可以将吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基。
·OH自由基的氧化能力是水体系中存在的氧化剂中最强的,可破坏有机物中C—C键、C—H键、C—N键、C—O键、O—H键和N—H键,因而能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物,将其最终降解为CO2、H2O等无害物质[1, 2]。
2、纳米TiO2光催化剂的改性纳米二氧化钛的改性方法很多,近年来,人们主要从以下两个方面入手,提高TiO2光催化剂的光谱响应范围和光催化效率。
的禁带宽度,增加其吸收波长。
主要采用的其一是通过掺杂等手段降低TiO2方法有: 1)掺杂过渡金属:金属离子掺杂可在半导体表面引入缺陷位置或改变结晶度,成为电子或空穴的陷阱而延长寿命;2)表面光敏化:将光活性化合物化学吸附或物理吸附于催化剂表面从而扩大激发波长范围,增加光催化反应的效率; 3)表面螯合及衍生作用:含硫化合物、OH-和乙二胺四乙酸(EDTA)等螯合剂能影响一些半导体的能带位置,使导带移向更负的位置。
其二是加入电子俘获剂,使光生电子和空穴有效分离,降低e-和h+的复合速率,主要采用的方法有: 1)贵金属沉积:TiO2表面沉积适量的贵金属,有利于光生电子和空穴的有效分离以及降低还原反应(质子的还原、溶解氧的还原)的超电压,大大提高了催化剂的活性,研究最多的为Pt的沉积,其次Ag、Pd和Nb等金属的掺杂也能降低TiO2的带隙能; 2)复合半导体:不同金属离子的配位及电负性不同而产生过剩电荷,TiO2与半导体复合后增加半导体吸收质子或电子的能力,从而提高催化剂的活性。
在二元复合半导体中,两种半导体之间的能级差能使电荷有效分离; 3)电子捕获剂:加入O2、H2O2和过硫酸盐等电子捕获剂,可以捕获光生电子,降低e-与h+的复合几率,从而提高光催化效率[3]。
2.1、掺杂过渡金属改性纳米TiO2通过掺杂金属或其氧化物一方面可以降低带隙能,改变吸收频带达到可见光区,另一方面金属元素可以成为光生电子-空穴对的浅势捕获陷阱,降低电子与空穴的复合速率,进而提高其光催化性能。
Lee等使用摩尔分数均为1.0×10-2的不同溶液,由水热法合成颗粒尺过渡金属(Ni2+、Cr3+、Fe3+、Nb3+和V5+)氯化物的TiOCl2寸为30 nm的金属掺杂锐钛型TiO2。
通过对以上各种TiO2光催化性能的检测,发现纯的TiO2表现出在紫外光区的最大吸收,而分别掺杂Cr3+、Fe3+和Ni2+的试样均表现出在可见光区对光子的较高吸收;对气相苯的降解研究表明,分别掺杂Cr3+、Fe3+和Ni2+后在可见光下的光解速率也较快。
Dana等对TiO2掺杂Cr、Mn和Co的试样利用UV-VIS、FT-IR、near-IR和EPR等方法进行了研究,结果表明通过金属掺杂可以显著改善在可见光区的吸收情况。
Colmenares等[4]对掺杂不同过渡金属元素(Ag、Fe、Pd、Pt、Zn和Zr)使用溶胶-凝胶法(Sol-gel method)制备的TiO2进行了研究。
研究表明分别掺杂Pd、Pt和Ag后相比于纯TiO2对2-丙醇的光致氧化过程的摩尔转化率有提高,而掺杂Fe和Zr后则对该过程不利。
Terence等对聚苯乙烯的光降解进行研究,掺杂少量Cr或Mn离子会造成光解率的下降,而掺杂V特别是Mo 或W离子会提高聚苯乙烯的光解率,以上金属离子掺杂TiO2的光敏性均低于Degussa P25型TiO2。
Hikmet研究了Sn4+掺杂的TiO2性能,试验结果表明,TiO2-Sn4+相比于未掺杂的TiO2在紫外光和可见光下具有更高的光催化活性,相比于未掺杂的TiO2薄膜TiO2-Sn4+可以重复使用且光催化活性逐渐提高。
Kim 等[5]采用机械熔炼法制备金红石型和锐钛型Ni掺杂TiO2纳米颗粒,并对过渡金属掺杂TiO2的晶格结构机制和光催化活性与晶格结构之间关系进行了研究,结果表明金红石型Ni掺杂TiO2具有更高的光催化活性。
2.2、利用表面光敏化改性纳米TiO2有机染料光敏化是半导体表面修饰开展得最早、最活跃的研究领域。
将光活性化合物化学吸附或物理吸附于光催化剂表面,从而扩大激发波长范围,增加光催化反应的效率。
Rika等研究了使用有机染料香豆素、甲基橙对TiO2进行表面光敏化,覆盖香豆素染料的TiO2薄膜的最大吸收波长可提高到480 nm。
Peng等[6]对不同的Ru(II)配合物染料光敏化Pt/P25进行了研究,发现Ru2(bpy)4L1-PF6因其具有较大的共轭体系、宽的可见光频率范围和3个Ru(II)-bipyridyl染料分子间因“天线效应”而表现出最佳的光敏化效果,并且还表现出比较大的稳定性和比较高的H2效率。
Moon等对使用酸性红( C10H7N NC10H3(SO3Na)2OH )活化TiO2进行了研究,并指出pH值的大小对提高TiO2在可见光下的光催化活性有重要影响,染料光敏化的光催化剂可用于在可见光下降解苯酚。
Hirano等开展了Ru(bpy)32+、Ru(bpym)3和卟吩诱导H2释放的研究,高浓度的Ru(bpy)32+可被吸附用作TiO2的光敏剂。
Iliev经研究发现,使用酞青染料改性TiO2可以在可见光下对苯酚进行光致氧化并且矿化程度也比较高,这种高光催化活性被解释为一个电子转移被从TiO2颗粒上酞青染料的导带激发迁移至TiO2导带上,从而在二氧化钛导带上形成的额外的超氧自由基,扩大了TiO2激发波长的范围,提高了光致氧化过程的量子产率。
2.3 贵金属沉积改性纳米TiO2的表面性质,进而改贵金属修饰TiO2,通过改变体系中的电子分布,影响TiO2善其光催化活性。
贵金属沉积方法主要采用浸渍还原法和光还原法[7]。
最常用的淀积贵金属是P,t其次是Pd、Ag、Au和Ru等。
这些贵金属的沉积普遍地提高了半导体的光催化活性,包括水的分解、有机物的氧化以及重金属的氧化等。
Sasaki 等使用脉冲激光沉积法制备了Pt/TiO2纳米复合薄膜,经过测试发现在Pt与TiO2接触面还存在介于两者的其他能级,导致该复合薄膜的光学能带隙小于纯TiO2薄膜。
Hou等对Pt/TiO2纳米复合薄膜制备方法的研究发现,采用电子束沉积法相比于一般的光学沉积法所得薄膜在紫外光和可见光照射下对溶液中甲基橙的降解具有更高的光催化效率。
Malagutti等采用聚合物前体法制备Ag/TiO2纳米复合薄膜,考察了沉积在TiO2上的不同Ag含量和层数对光催化活性的影响。
结果表明, 0.25% (质量分数)的Ag沉积就可以表现出薄膜光催化效率的提高,且薄膜光催化效率的提高仅与Ag沉积厚度有关。
以上这些都是由于电子从TiO2转移到Ag从而减少了电子-空穴的再结合,同时增加了薄膜厚度造成的。
二、光催化制氢用纳米结构光催化剂的研究进展光催化水解制氢是实现氢经济效应最有前景的方式。
然而,实践证明,寻找一种满足光催化制氢所有要求(化学稳定性、耐腐蚀、捕获可见光和合适的带边)的理想的光催化剂很困难。
幸运的是,纳米科学和纳米技术推动了现存光催化剂的改性及新替代材料的发现和发展[8]。
光催化剂通常包括金属氧化物、金属硫化物、氮化物、氧硫化物和氮硫化物及其复合物。
在大多数情况下,光催化剂中带有最高氧化状态的金属阳离子有d0或d10的电子组态,而氧、硫和氮显示它们的最负价态。
导带底部由金属阳离子的d和sp轨道组成,而金属氧化物的价带由O 2p轨道组成[9]。
金属硫氧化物和氮氧化物的价带分别由S 3p(和O 2p)和N 2p(和O 2p)形成。
一些碱(锂、钠、钾、铷、铯)、碱土(镁、钙、锶、钡)和过渡金属离子(钇、镧、钆)可以构建层状钙钛矿和立方焦绿石化合物的晶体结构,但这些化合物的能带结构不利于光催化剂光催化活性的产生[10]。
1、金属氧化物二氧化钛纳米晶体由于具有稳定、耐腐蚀、无毒、丰富和便宜等优异的材料属性,一直以来都得到了广泛的研究和发展[11-12]。
二氧化钛在自然界中以3种不同的晶相存在,按含量高低分别为金红石相、锐钛相和板钛矿相。
此外还有TiO2(B)、TiO2(H)和TiO2(R) 3种合成晶相,一些高压多晶相物也有被报道。
另外,纳米结构二氧化钛的存在形态也是各式各样,有纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米结构薄膜或涂层、纳米管和介孔纳米结构等。
TiO2优异的材料属性很大程度上取决于它的晶体结构、形态、颗粒尺寸。
因此,设计和探索合成TiO2纳米材料的新方法,从而控制TiO2晶相、形态和尺寸,对于获得具有理想物理和化学性质的材料有着重要的研究和应用意义。
除了二氧化钛,其它一些传统的金属氧化物(以ZnO,α-Fe2O3和WO3最为典型)也被广泛地研究,因为它们均有各自独特的优势。
但是,它们在光催化制氢中都有自己的内在缺陷。
ZnO在带隙照射下,容易被光生空穴光腐蚀。
WO3是一种在可见光照射下制氧稳定的光催化剂,然而由于氢导带水平低,没有观察到有氢气的产生。
α-Fe2O3也有同WO3同样的问题,并且其在酸性溶液中不很稳定。
2 纳米复合材料和Z型系统由于半导体基复合材料在光催化方面具有扩大光响应范围的性能优势,而复合材料的纳米化可以增大材料的比表面积、增加活性位置及改善光催化反应的动力学条件,有助于光催化活性的提高。
近年来,纳米复合材料的研究及使用日益受到重视[13-14].通过对层状复合物（如H2Ti409，H4Nb6017，K2Ti3.9Nb0.109，HnbWO6，HtiNbO5和HtiTaO5等）进行层间插入纳米粒子(如TiO2,CdS,Cd0. 8Zn0. 2S和Fe2O3)形成纳米复合材料目前已有报道。
