半导体光催化

基本信息

中文名光催化原理外文名Photocatalytic principle 研发人员浙江理工大学王晟教授优点操作简单、能耗低、无二次污染目录1原理介绍2应用原因3优点

折叠编辑本段原理介绍光催化是藤岛昭教授在1967年的一次试验中，对放入水中的氧化钛单晶进行紫外灯照射，结果发现水被分解成了氧和氢而发现的。通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质，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。光催化剂的种类其实很多，包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2)，硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，另外还有部分银盐，卟啉一等也有催化效应，但他们基本都有一个缺点-----存在损耗，即反应前和反应后其本身会出现消耗，而且它们大部分对人体都有一定的毒性。所以，目前所知的最有应用价值的光催化材料，就是TiO2.如何解释光催化这个反应呢，其实，从宏

观看，可以把它理解成光合作用的逆反应。众所周知，最初的地球环境不适合生物生存，后来光合细菌和植物开始用光合作用，用叶绿素作为催化剂，将无机物转化为有机物，它们花了近30亿年才结束了地球的恶劣环境，创造了地球生物发展的温床。而我们的光催化反应则将这个反应反过来了，即催化剂在光的作用下，将有机物转化成了无机物，这对补完自然界的物质循环过程具有巨大的意义。(大氧化事件与真菌)那么，光催化的微观反应是什么样的呢?通俗的说，二氧化钛粒子本身是很稳定的存在，但是它吸收了紫外光的能量以后，就开始变得"兴奋"起来，把自己身上的电子到处乱扔，于是，它抛出的电子和自身空出的"电位"就变成了撕扯有机物大分子的"刀"，而当能量减弱以后，二氧化钛粒子就需要"歇会"了，它扔出去的电子也全部跑了回来，和空出的电位结合，于是，二氧化钛粒子在不消耗自己的情况下，将有机物降解了，这个过程很复杂，但最终的产物是二氧化碳和水。折叠编辑本段应用原因限制光催化应用的原因:1.光腐蚀2.光催化剂本身的吸光率和评价中使用光源的波长与强度3.光催化反应中电子空穴再结合的防止4.氧化反应开始后的后续反应难以控制5.比表面积不足通俗的说，光催化剂分解有机物没有选择性，所以，负载催化剂的材料本身也会遭到分解，一旦催化粒子脱落，材料就失效了;第二，催化剂粒子的团聚现象比较严重，导致比表面积太小，催化效果太弱，而由此又导致氧化反应不彻底，反而容易产生其他有害物质。第三，光催化反应对光源的选择性很强，只能在紫外光作用下反应，这也在一定程度上限制了催化效率。折叠编辑本段优点优点:操作简单、能耗低、无二次污染、效率高。1.直接用空气中的氧气做氧化剂，反应条件温和(常温 常压) 2.可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，净化效果彻底。 3.半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。光催化净化技术具有室温深度氧，二次污染小，运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，所以光催化特别合适室内挥发有机物的净化，在深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。 常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物，如Tio2, ZnO,CdS,WO3等，其中Tio2的综合性能最好，应用最广。自1972年Fujishima和Honda发现在受辐照的Tio2上可以持续发生水的氧化还原反应，并产生H2以来，人们对这一催化反应过程进行了大量研究。结果表明，Tio2具有良好的抗光腐蚀性和催化活性，而且性能稳定，价廉易得，无毒无害，是目前公认的最佳光催化剂。该项技术不仅在废水净化处理方面具有巨大潜力，在空气净化方面同样具有广阔的应用前景。

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