TiO2光催化氧化机理
TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。
如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在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中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等无害物质。
反应过程如下：
反应过程如下：
TiO2 + hv → h+ +e- (3) h+ +e- → 热能 （4）
h+ + OH- →·OH (5) h+ + H2O →·OH + H+ (6)
e- +O2 → O2- （7） O2 + H+ → HO2· (8)
2 H2O·→ O2 + H2O2 (9) H2O2 + O2 →·OH + H+ + O2 (10)
·OH + dye →···→ CO2 + H2O (11)
H+ + dye →···→ CO2 + H2O (12)
・ ５４ ・ 材料导报 ２０１１年１１月第２５卷专辑１８
可见光诱导ＴｉＯ２光催化及其机理研究进展
付文，王 丽，黄军左
（广东石油化工学院化工与环境工程学院，茂名５２５０００）
摘要 简述了二氧化钛的光催化机理。针对其禁带宽度较大，只能被小于３８７ｎｍ的紫外光所激发的缺点，综 述了近年来国内外针对纳米Ｔｉ（） 可见光催化的改性方法和改性机理研究进展，包括离子掺杂、半导体复合、表面光
敏化等方法。最后展望了提高纳米ＴｉＯｚ可见光光催化活性研究的前景。
关键词 （）ｚ可见光激发光催化机理改性
中图分类号：０６４３．１ 文献标识码：Ａ
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ＴｉＯ２ Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｃｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｉｔｓ
Ｐｈ０ｔ０ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ＦＵ Ｗｅｎ．ＷＡＮＧ Ｌｉ。ＨＵＡＮＧ Ｊｕｎｚｕｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｏｍｉｎｇ ５２５０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｎａｎｏ－Ｔｉ（）２ ｉｓ ｏｕｔｌｉｎｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｉｔｓ ｂａｎｄ ｇａｐ ｉｓ ｌａｒｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｊｕｓｔ ｂｅ
ｅｘｃｉｔｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ３８７ｎｍ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｓｈｏｒｔａｇｅ，ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉ—
ｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｅｔａｌ—ｄｏｐｅｄ，ｎｏｎｍｅｔａｌ ｄｏｐｅｄ，ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
tio2光催化效率影响因素及应用
一、TiO2光催化效率影响因素：
1.光源：紫外光、可见光等光源都可以催化TiO2光催化反应，但是光源种类不同，催化效率会有差异。
2.TiO2纳米粒子大小：TiO2纳米粒子的大小也会影响TiO2光催化效果，一般来说，TiO2纳米粒子的尺寸越小，其光催化效果越好。
3.TiO2参与反应物：反应物种类不同，其与TiO2反应的效率也会有差异。
4.TiO2浓度：TiO2的浓度也会影响光催化效率，一般来说，TiO2的浓度越高，其光催化效率也会相应提高。
5.催化剂：一些催化剂可以改善TiO2光催化反应的效率，如铜、铁等常用催化剂。
二、TiO2光催化应用：
1.无害化处理：TiO2光催化反应可以用于无害化处理废气、废水等有毒有害物质，从而净化环境。
2.水处理：TiO2光催化反应也可以用于水处理，用于去除水中的微生物、悬浮物或者重金属离子等。
3.氧化反应：TiO2光催化反应可以进行氧化反应，如降解有机物、氧化还原反应等。
4.生物活性物质的制备：TiO2光催化反应可以用于制备生物活性物质，如多巴胺、麦角甾醇等物质。
(完整)第一节 二氧化钛光催化原理
第一节 二氧化钛光催化研究现状及机理
在社会和经济快速发展的同时，人类赖以生存的环境也遭到不同程度的污染和破坏，最主要包括水体污染和空气污染.不容置疑，水体和空气的净化与保护已成为人类社会实现可持续发展亟待解决的重要问题。因此，我们亟需一种简便有效的方法来治理水体污染和大气污染。以产生氢氧自由基(·OH)为主要特点的高级氧化技术（Advanced Oxidation Technology, 亦即深度氧化技术）在环境治理中优势逐渐得以体现并迅速发展。高级氧化技术反应过程中产生大量·OH,反应速度快，适用范围广，较高的氧化电位使得·OH几乎能将所有的有机物氧化直至完全矿化，反应条件温和，可诱发链反应。
半导体光催化氧化还原技术就为高级氧化技术开辟了一条极富潜力的途径.其主要的特点是，利用半导体物质作为光催化剂以实现光能到化学能的转化，一般不需外加氧化剂.反应过程中电子的传输与得失主要通过（光照条件下）半导体与H2O或O2或OH-和有机物三者间的相互作用完成。这个过程不需要其他化学助剂,反应条件温和,而且能将有机污染物完全氧化成水和二氧化碳,不会产生二次污染。美国环保局公布了九大类114种有机物被证实可以通过半导体光催化氧化方法处理，该方法尤其适合于难以或无法生物降解的有毒有机物质。用作光催化剂的半导体大多数为金属氧化物或硫化物，如TiO2,CdS，ZrO，V2O3，WO3,ZnO，SeO2，GaP,SnO2，SiC，Fe2O3等等。其中只有TiO2由于化学性质稳定、抗光腐蚀、便宜、无毒并具有较高活性而得到了广泛的研究与应用。因此本研究采用TiO2形貌及其光催化等方面的进行研究。
1.1.1 二氧化钛的研究现状
日本学者Fujishima和Honda[1］ 于1972年在《Nature》杂志上发表了一篇论文,报道了在光辐射下TiO2可以将水分解产生氢气，引起了人们对光催化技术浓厚的兴趣。几十年来，来自化学、物理、材料等诸多领域的研究工作者，就太阳能的存储和转化、光化学合成以及光催化降解环境污染物等课题进行不断的研究，其中，环境光催化成为光催化领域中最为活跃的研究领域之一。
