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浅析光催化剂的工作原理及应用

发布时间:2022-03-17      点击次数:420
       光催化剂是改变化学反应速率的化学物质,其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。
  工作原理:
  光催化剂大多是n型半导体材料(当前以为TiO2使用Z广泛)都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带和导带之间存在一个禁带。
  由于半导体的光吸收闻值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长闻值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阀值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(l+)。
  此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至Z终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。
  光催化剂应用:
  1、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。
  2、在有机合成方面
  有学者利用TiO2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。
  3、在能源方面的应用
  H2被誉为是Z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年有学者报道利用TiO2光催化水制的氢气以来在世界范围内引起轰动。
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