图 ! 纳米 "#

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光催化机理示意图

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光 吸 收 阈 值 :?=与 禁 带 宽 度 :@

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=存 在 如 下 关 系A?

:

+B=C!%DEF

G

’

:

*

H=

IJK

>在电 场 的 作 用 下 电 子 与 空 穴

发 生 分 离 并 迁 移 到 粒 子 表 面 的 不 同 位 置L与吸附在其
表面的 $M

;

L

M

%

$和 $

%

等发生一系列的反应产生高活

性 的 $M

N

L$

;
%

L并 与 *

;

和 )

<

一 起 使 吸 附 在 "#

$

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粒 子

表 面 的 有 机污 染物及 部 分无 机 污 染 物 发 生 氧 化 还 原 反

应L最终分解为 O$

%

L

M

%

$等无害物质>其机理可用图 !

表示

IPK

>其过程可描述如下

IQK

A

*

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8"#

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<热能或

光能L)

<

<R8R

N <

L

*

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<S8S

N ;

>

在 光 致 电 子 和 空 穴 参 与 光 催 化 反 应 的 同 时L也 存

在 着 二 者 复 合 的 可 能 性L如果没有适当的电子和空穴
俘获剂存在L储备的能量在几个纳秒之内就会通过复合而消耗掉L光催化反应就会终止>而在光
催 化 体 系 中L$M

;

L水 分 子 及 有 机 物 本 身 均 可 充 当 光 致 空 穴 的 俘 获 剂A)

<

< $M

;

8 $M

N

L)

<

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M

%

$8$M

N

<M

<

L

)

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<T*

78T*

7

N <

>

光致电子的俘获剂就是吸附于 "#

$

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粒子表面上的氧>它既可抑制电子与空穴的复合L同时

也 是氧化 剂L可以氧化已羟基化的反应产物L是表面羟基的另一来源A*

;

<$

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8$

N ;
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L$

N ;
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<M

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N

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N

<$

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8O$

%

<M

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$<其他

产物LU

V<

<V*

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8U

E

>

顺 磁共 振研究证明

IWK

L在 "#

$

%

粒子表 面 存 在着 大 量的 M$

N

L是 光 催 化 反 应 的 主 要 氧 化 剂>

因其无选择性L所以在光催化反应中起着决定性的作用>

近年来人们在研究 "#

$

%

光催化反应机理的同时L也开始关注光催化反应的动力学研究>一

般认为L物质在催化剂界面上的光解速率遵循传统的 X-+’BY#

,

Z

M#

+5

)*

.

[//7方程式

I!EK

A

;7IT*

7KF

7\

C;7I$]KF7\

C^

7

_

T*

7

_

$]

L

式中A^

7

为光解速率常数L_

T*

7

为吸附于界面上的还原剂的量L_

$]

为吸附于界面上的氧化剂的量>

吸附于界面上的物质越多反应速率越快L在缺乏适当的吸附物时L光致电子空穴对将迅速复合>
戴智 铭

I!!K

等研究了三氯乙烯在 "#

$

%

光 催化 剂上 的 光催 化反 应的动 力 学 过 程L提出光解速率与

紫外光强度和三氯乙烯的浓度有关L在实验条件下只有当催化剂表面光强在 E‘ab%‘EUcF3B

%

和三氯乙烯浓度小于 %a‘EEdB/.

F

X时L反应动力学才完全符合 XZ

M 动力学方程式A

e

CE‘EDWfg

F:!<E‘!EJ

g

=>

h 纳米 "#

$

h

的制备方法

"#

$

%

粉 体 根 据 其 晶 体 结 构 可 分 为 f种A金红石型 :TY1#

.

*=i锐 钛 矿 型 :S+-

1

-

5

*=和 无 定 型

"#

$

%

>随着温度的升高无定型会向锐钛矿型进而向金红石型转变>不同的制备方法其转变温度

不同>实验表明锐钛矿型 "#

$

%

具有优良的光催化功能

I!%K

L所以用于光催化反应的 "#

$

%

大都制

备成锐钛矿型>

制备纳米 "#

$

%

的方法有近 !a种之多

I!fK

L包括物理法i化学法和物理化学法等L归纳起来可

分为 %类A即气相法和液相法>气相法根据反应类型可分为钛盐的氧化i醇钛盐的直接热裂解和
气 溶 胶 气 相 水 解 等>气相法因产量低i成本高i实验条件不易控制等较少采用>目前制备纳米

J

%

河 北 科 技 大 学 学 报

%EE!年

万方数据