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)
目录
摘要……………………………………………………………………………………1
关键词……………………………………………………………………………........1
1前言………………………………………………………………………………….2
1.1 TiO2概况 ....................................................................................................... 3
1.1.1 TiO2简介 ............................................................................................. 3
1.1.2 TiO2相关研究背景及意义 ................................................................. 4
1.2Sio2 的概述........................................................................................................ 4
1.2.1简介......................................................................................................... 4
2 溶胶-凝胶法制备TiO2粉体………………………………………………………5
2.1 溶胶-凝胶法制备TiO2粉体机理 .................................................................. 5
2.2 实验部分 ........................................................................................................ 5
TiO2纳米粒子的制备及光催化性能研究
一、实验目的
1. 了解TiO2纳米多相光催化剂的催化原理及其应用;
2. 掌握纳米金属氧化物粒子粉体的制备方法；
3. 掌握多相光催化反应的催化活性评价方法；
4. 了解分析催化剂结构及性能之间关系的方法。
二、仪器与药品
四氯化钛(TiCl4)、钛酸四丁酯［Ti(0Bu)4］、罗丹明B
盐酸、硝酸、无水乙醇、去离子水、
磁力搅拌器、烘箱、控温马弗炉、低速离心机、分光光度计
烧杯、离心试管、容量瓶、移液管 三、实验原理
1. TiO2纳米粒子的制备反应原理
本实验采用有机和无机两种钛盐前体来制备 TiO2纳米粒子
(1) .以钛酸四丁酯Ti(0Bu)4为前体通过溶胶-凝胶法制备TiO2纳米粒子
以钛醇盐Ti(OR)4 ( R为-C2H5, -C3H7, -C4H9等烷基)为原料，在有机介质中通过水
解、缩合反应得到溶胶，进一步缩聚制得凝胶，凝胶经陈化、干燥、煅烧得到纳米TiO2, 其化学反应方程式如下：
水解：Ti(OR) 4 + nH20 - Ti(OR)(4-n) (0H)n + nROH
缩聚：2Ti(OR)(4-n)(OH)n - ［Ti(OR)(4-n)(。册母。+ 出0
制备过程中各反应物的配比、搅拌速度及煅烧温度对所得TiO2纳米粒子的结构和性 质都有影响。
⑵.以四氯化钛(TiCl4)为前体水解制备TiO2纳米粒子
由于Ti离子的电荷/半径比大，具有很强的极化能力，在水溶液中极易发生水解。 发生的化学反应方程式如下：
TiCl4 + 2H2O >TiO2 + 4HCl
制备过程中各反应物的配比、反应温度、搅拌速度、溶液 pH值及煅烧温度对所得
TiO2纳米粒子的结构和性质都有影响。
2. TiO2光催化原理
根据固体能带理论，如图1所示，TiO2半导体的能带结构是由一个充满电子的低能 价带(valenee band, VB.)和空的高能导带(conduction band, C.B.)构成。价带和导带之间的 不连续区域称为禁带(禁带宽度Eg)。Ti02(锐钛矿)的Eg=3.2 eV,相当于387 nm光子的 能量。当 TiO2受到波长小于387 nm的紫外光照射时，处于价带的电子就可以从价带激 发到导带(e-)，同时在价带产生带正电荷的空穴(h+)。
纳米二氧化钛光催化氧化机理的研究进展
摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的光催化剂，在降解污染物方面得到了广泛应用。由于对二氧化钛进行改性可以有效地提高其光催化活性，使得对其改性也成为研究的热点.本文系统地阐述了纳米二氧化钛的光催化反应机理，光催化活性的影响因素，掺杂改性方法。
关键词：纳米二氧化钛；光催化氧化；催化技术改进
能源枯竭、环境污染已成为人类急需解决的两大难题，研究开发经济有效、不污染环境的能源成为全球性的战略目标。光催化技术作为太阳能的化学转化及储存以及在环境污染处理方面的应用正蓬勃发展起来。在众多半导体光催化剂(TiO2、WO2、ZnS、SnO3、SrTiO3、ZnO等)中，TiO2以其化学稳定性高、耐光腐蚀且具有较大的禁带宽度(Eq=3.2 eV)，氧化还原电位高，光催化反应驱动力大，光催化活性高且无毒、低成本等优点，已成为目前光催化研究领域中最活跃的方向之一。
1、光催化反应机理
半导体具有特殊的电子结构，价带充满、导带空闲和禁带较宽。作为半导体材料如TiO2、ZnO等，其能带是不连续的，价带和导带之间存在一个禁带，其禁带宽度(带隙能，Eg)为数个电子伏特。当用光子能量大于或等于禁带宽度的光照射半导体材料时，其价电子被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴，即产生所谓电子一空穴对。在光催化的过程中，空穴具有极强的获取电子的能力(TiO2价带上空穴氧化还原电位为＋2.7ev)，能将水中的OH－和H：O分子转化为氧化能力和反应活性极强的羟基自由基?OH，而吸附在TiO2，表面的物质或溶剂中的游离氧则俘获电子形成?O等活性极强的自由基，这些自由基都具有很强的化学活性，能与各种无机、有机污染物反应生成无毒无害的CO、HO和无机物等。
光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是捕获和复合两个相互竞争的过程对光催化反应来说，光生空穴的捕获并与给体或受体发生作用才是有效的，如果没有适当的电子或空穴捕获剂，分离的电子和空穴可在半导体粒子内部或表面复合并放出热能，选用适当的表面空位或捕获剂捕获空位或电子，可使复合过程受抑制，如果将有关电子受体或给体(捕获剂)预先吸附在催化剂表面，界面电子传递和被捕获过程就会更有效，更具有竞争力。由电子、空穴的电荷分离机理可知，为提高TiO2的光催化效率需着重考虑以下两点：提高光
