光催化剂是什么？关于光催化剂的详细介绍 |
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预计阅读时间: 9分钟 大家好，欢迎来到淘模板网创业服务平台，以下是小编给大家带来的内容分享。 是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。日常生活中，也能有效地降解空气中有毒有害气体如甲醛等，高效净化空气；同时，能够有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。 光催化剂的发展历程和成果发展历程（1）1972年fujishima关于水在二氧化钛电极上光催化分解为氢和氧的发现，标志着多相光催化时代的开始。70年代随着世界范围内能源危机的爆发，以太阳能转化和利用光催化制氢为目的的研究课题，因其在开发新能源、改变能源结构及保护生态环境方面所具有的深远意义而成为光催化应用研究领域的热点。（2）该方面的研究在80年代达到了高峰。但由于普通的光催化活性较低，因此该方面的研究一直没有突破性的进展。（3）90年代后，由于全球性的环境污染问题日益严重以及纳米制备技术的高速发展，以纳米光催化剂为重点的环境光催化研究成为材料科学、催化化学以及环境科学等研究领域的热点之一。世界许多国家，尤其是日本、美国、加拿大、法国等发达国家均投入了大量的资金和研究力量从事光催化功能材料及相应技术的研究开发，涉及光催化消除环境污染物的研究报道日益增多。许多公司与大学合作研制开发出包括水质净化器、空气净化器、室内保洁装饰材料、食品和花卉保鲜膜、自清洁和抗雾膜玻璃等光催化产品：以日本为例，与推广应用光催化技术有关的公司已有近千家，年产值愈500亿日元。从1997底开始，日本松下、三洋等几个大公司的光催化空气净化器陆续上市。我国光催化剂发展最近几年，由于国际上光催化分解水研究的复苏，特别是环境光催化的崛起，我国许多高等院校、中科院研究所、部委及军队研究院所都开展了光催化研究工作。催化化学，光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等诸多学科的科研入员都纷纷加入到光催化研究队伍。我国的光催化研究整体土已经进入快速发展期，已成为国际光催化领域的一支重要研究力量，加上我国对环境保护、能源开发的巨大需求和市场背景，进一步加大对光催化基础和应用研究的支持力度，促进光催化学科的发展是十分必要的。最新研究进展近年来，光催化的基础与应用研究发展非常迅速，特别是在可见光诱导的新型光催化剂的研究、提高光催化过程效率的研究和光催化功能材料的研究等方面都取得了重要进展。（1）可见光诱导的光催化剂研究方面取得重大突破：采用固相合成、过渡金属离子和非金属离子掺杂、金属有机络合物、表而敏化、半导体复合等多种方法，制备出了一系列新型非二氧化钛系或氧化钛基可见光光催化材料，这些材料在可见光的照射下，能将分解为和,或能有效降解空气、水中的有机和无机污染物。（2）多相光催化过程效率偏低的问题取得了重要进展：采用离子掺杂、半导体复合、纳米晶粒制备、超强酸化等方法，提高光生载流子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合，在一定程度上改善了光催化剂的量子效率。（3）光催化材料超亲水性的发现：开辟了光催化研究和应用的新领域，利用光催化膜的超亲水性和强氧化性等特性，研制开发出一系列光催化功能材料，如光催化自清洁抗雾玻璃、光催化自清洁抗菌陶瓷和光催化环保涂料等。 这些功能材料已开始在建筑材料领域应用。与之相应的光催化膜功能材料的基础研究也有大量的文献报道。（4）超分散性及可见光活性实现突破：河南工业大学李道荣教授开发出了超分散性及可见光活性纳米二氧化钛光催化剂，这种氮掺杂纳米二氧化钛光催化剂具有较强的可见光活性，在室内光作用下即可分解污染物。这种产品用于涂料中，解决了在涂料中的纳米产品易团聚、活性被掩盖的世界性难题。二氧化钛的催化机理光催化技术就是半导体光催化剂首先吸收光子能量，当光子能量大于半导体的禁带宽度时，就会产生光生电子空穴对。如图所示，其中会发生光生载流子的体相和表面的迁移与复合过程。我们主要利用迁移到催化剂表面的光生电子和空穴来驱动氧化还原反应的反应。其中价带上的电子就会被激发跃迁到导带底上，空穴留在了价带顶上。价带上的空穴具有氧化性，能够与氧气和水反应产生超氧负离子和羟基自由基等活性物种。空穴、羟基自由基和超氧负离子具有强氧化性可以氧化有机污染物为水和二氧化碳达到净化环境的目的。而导带上的电子具有还原性，可以模拟人工光合作用将二氧化碳还原成含碳有机物或者co等燃料，也可以分解水产生氢能。其中空穴氧化反应产生活性物种和二氧化碳还原反应以及分解水产氢都需要得到一定的电位。因此选择好能带结构合适的半导体光催化剂也很重要。光催化剂的特点(1)光催化氧化适合在常温下将废臭气体完全氧化成无毒无害的物质，适合处理高浓度、气量大、稳定性强的有毒有害气体的废气处理。(2)有效净化彻底：通过光催化氧化可直接将空气中的废臭气体完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染。(3)绿色能源：光催化氧化利用人工紫外线灯管产生的真空波紫外光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗，利用空气中的氧作为氧化剂，有效地降解有毒有害废臭气体成为光催化节约能源的特点。(4)氧化性强：半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如、化炭、苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是自由基和超氧离子自由基，其氧化性高于常见的臭氧氧化、双氧水、次氯酸等。(5)广谱性：光催化氧化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，只要经过一定时间的反应可达到完全净化。(6)寿命长：在理论上，光催化剂的寿命是无限长的，无需更换。光催化剂材料1、表面负载贵金属的纳米光催化材料，如在纳米氧化物、、、cuo、nio、zno等表面负载贵金属;2、表面耦合型纳米半导体光催化剂，例如、、等;3、钙钛矿型氧化物结构的光催化剂，如、等构成的光催化剂;4、担载型光催化剂在吸附性载体(如氧化硅、沸石、氧化铝、活性炭)表面负载zno等光催化剂;5、纳米金属氧化物，如、、cuo、、zno等;应用领域在环境治理方面的应用(1)水中无机金属离子的还原：水溶液中金属离子很难除去，往往伴有二次污染，利用光催化剂还原不仅节约能源,而且还避免了二次污染。sclafani等利用二氧化钛的光催化反应将4价的金属pt逐步还原成具有催化作用的单质金属微粒。其他金属如pd、ag、au等都可以得到单质金属微粒。可以将有毒物质 汞、镉、铅及其氧化物等降解为无毒物质;(2)水中无机非金属离子的降解：frank等研究了利用二氧化钛将有毒物质cn-降解为无毒物质。(3)城市汽车尾气中的有害成分、、，no等光催化降解。(4)除室内有毒气体:新装修的房子往往苯、二甲苯、甲醛等超标,可以用光催化除去例。在有机合成方面tada等人利用微粒使纯1.3.5.7-四甲基环四氧硅烷开环聚合，在催化剂表面生成聚甲基氧硅烷。这为光催化剂在有机合成方面开了先河。近些年来,光催化有机合成迅猛发展，尤其是光催化选择性氧化还原体系在有机合成，涉及到醇氧化、苯氧化、烯胫环氧化和含硝基的芳香族及二氧化碳的还原。在能源方面的应用氢气被誉为是最清洁的能源，而且能量高,是非常有前景的一种燃料。目前，已经可以利用光解水制得。自1972年日本学者fujishima首次报道利用二氧化钛光催化水制的氢气以来在世界范围内引起轰动。如能提高光催化的转化率，可以解决人类社会的能源危机，另外二氧化钛的光催化特性在太阳能电池方面也有广泛的应用前景。在医疗卫生方面的应用纳米二氧化钛催化剂具有很好的抑制或杀灭细菌、真菌、病毒和癌细胞等作用。kikuchi等人研究了二氧化钛对大肠杆菌的作用，证实了有杀菌作用。另外，研究发现二氧化钛在紫外光照射下可以杀死肿瘤细胞。他们展开一系列研究，发现使用极化二氧化钛微电极，可以选择性杀死肿瘤细胞。光催化研究领域的重大科技问题目前以二氧化钛为基础的半导体光催化存在一些关键科学技术难题，使其 广泛的工业应用受到极大制约，而这些问题的解决有赖于深入系统的基础研究。最突出的问题在于:(1)量子效率低(~4%)难以处理量大且浓度高的废气和废水，难以实现光催化分解水制氢的产业化。(2)太阳能利用率低由于tio2半导体的能带结构决定了其只能吸收利用紫外光或 太阳光中的紫外线部分(太阳光中紫外辐射仅占5 %)。(3)多相光催化反应机理尚不十分明确以半导体能带理论为基础的光催化理论难以解释许多实验现象，使得改进和开发新型高效光催化剂的研究工作盲目性大。(4)光催化应用中的技术难题如在液相反应体系中光催化剂的负载技术和分离回收技术，在气相反应体系中光催化剂的成膜技术及光催化剂活性稳定性问题。 .mre100 { display:none; }以上就是小编分享的内容了，感谢您的耐心阅读，希望能给您带来收获，有什么问题，可以直接留言哦。 |
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