纳米二氧化钛的光催化特性及研究应用

发布时间：2014-11-06 08:45:30

《纳米材料光催化应用》

高科技的飞速发展对高效性能材料的要求越来越高，纳米尺寸的合成会为开发高性能新材料和对现有材料的性能的改善提供一条新途径。纳米二氧化钛是近年来发展起来的一种新型高性能材料，其粒径尺寸在1~100nm，表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大而使其具有块状材料所不具备的量子尺寸效应、体积效应和宏观隧道效应。与常规材料相比，纳米二氧化钛（JR05）具有比表大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等独特的性能，同时还具有光化学性质稳定、催化效率高、氧化能力强、无毒、价格便宜等优点，在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷、催化剂及环保领域应用广泛。纳米二氧化钛的开发和利用就已受到人们的广泛关注。

一、光催化

1、光催化的定义

光催化是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光催化是利用自然界存在的光能转换称为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。

2、光催化材料种类

可用作光催化剂化合物，大多是具有半导体性质的，如ZnO、WO3、CdS、Fe2O3、TiO2等，然而ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn（OH）2；WO3对人体的眼睛、皮肤有刺激性，低毒，会危害人们的健康；CdS金属硫化物在水溶液中不稳定，会发生光腐蚀，且有毒；Fe2O3铁的氧化物也会发生光腐蚀；TiO2因其氧化能力强，化学性质稳定，无毒且与人体相容性好，成为世界上当红的纳米光触媒材料。

3、光催化的发展

●1972年，日本的Fujishima在半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这一新的领域。

●1976年，J.H.cary报道了TiO2水体系在光照条件下可以非选择性的氧化各类有机物，使之彻底氧化为水（H2O）和二氧化碳（CO2）。

●从70年代末开始，利用半导体光催化氧化剂处理各类废水研究有大量的报道，光催化技术再环保、卫生保健、有机合成等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际上催活跃的研究领域之一。

4、光催化反应机理

当半导体TiO2纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴，导带电子具有强还原性，价带空穴具有氧化性，空穴与TiO2粒子表面的OH-反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由基可以把许多难解的有机物氧化为水（H2O）和二氧化碳（CO2）等无机物。

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