光催化研究

•光催化背景•光催化技术的优点•光催化原理•光催化降解染料和光解水•光催化技术发展前景20世纪以来，人类在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时，也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果，从上半叶震惊世界的“八大公害事件”到近年来发现的全球变暖、臭氧层破坏和生物多样性的消失；从上海爆发的“甲肝”事件到20世纪70年代末使全世界为之恐慌的“疯牛病”和“二噁英事件”，都是20世纪环境恶化的直接结果，而环境污染的潜在影响远不止于此，已严重地威胁着人类的继续繁衍和生存。光催化技术背景所以，控制污染、保护环境，实现可持续发展是全人类的迫切愿望和共同心声，在各种环境污染中，最普遍、最主要和影响最大的是化学污染，因而，有效地控制和治理各种化学污染物对构成人类生存最基本的水资源、土壤和大气环境的破坏是环境综合治理中的重点，开发能把各种化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染处理方法主要有：物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法，这些方法对环境的保护和治理起了重大作用。但是这些技术不同程度地存在着或效率低，不能彻底将污染物无害化，易产生二次污染；或使用范围窄，仅适合特定的污染物；或能耗高，不适合大规模推广等方面的缺陷因而，开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的化学污染物清除技术一直是环保技术追求的目标。光催化技术就是在这样的背景下从20世纪年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。光催化的优点：由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应，比较经济；光催化剂，自身无毒、无害、无腐蚀性，可反复使用；可将有机污染物完全矿化成无机离子，无二次污染，所以有着传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的诱人魅力，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。光催化原理光催化是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术，它是一种低温深度反应技术，光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生成电子—空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化—还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。光催化原理图光催化材料光催化所用的材料多种多样，但是最为著名和研究最为彻底的是纳米二氧化钛。光触媒在太阳光的照射下能产生羟基自由基、超氧自由基等活性物种，因而具备抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。光解水制氢与光解水制氧就是一种利用光催化原理使水分解产生氢气与氧气的过程，目前此项目还处于实验阶段。光降解染料和光解水光降解染料（降低能垒反应）：此类反应的△G0，反应过程不可逆，这类反应中在光催化剂的作用下引发生成O2-、OH·、和H+等活性基团光解水（升高能垒反应）：水分解生成H2和O2则是高能垒反应，该类反应的△G0(△G=237kJ／mol)，此类反应将光能转化为化学能。要使水分解释放出氢气，热力学要求作为光催化材料的半导体材料的导带电位比氢电极电位EH+/H2稍负，而价带电位则应比氧电极电位Eo2/H2O稍正。光解水原理光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气.光催化技术的前景发展1、能源和环境是人类在21世纪所面临的两大问题,半导体光催化材料在解决环境污染和能源短缺方面有着巨大的应用前景。2、然而传统的光催化材料,如研究较多的TiO2、ZnO和ZnS等都是宽禁带光催化剂,只能被紫外光所激发。而紫外光只占太阳光能量的大约4%,相反可见光则占太阳光能量的约46%。3、因此研究和开发可见光响应的光催化材料是目前亟待解决的关键问题。金属硫化物被认为是优良的可见光光催化剂,其合适的价带导带位置使得金属硫化物在光催化氧化和光分解水制氢等领域有着潜在的应用前景精品课件！精品课件！Thankyou