光催化研究进展

光催化材料最新研究进展

1.简介

当今世界正面临着能源短缺和环境污染的严峻挑战,解决这两大问题是人类社会实现可持续发展的迫切需要。中国既是能源短缺国，又是能源消耗大国。近年来，伴随社会经济的快速发展，中国石油对外依存度不断攀升,已经严重影响国家经济健康发展和社会稳定，并威胁到国家能源安全。同时，石油等化石能源的过度消耗导致污染物大量排放，加剧了环境污染，尤其是我国近年来雾霾天气的频繁出现，严重影响了人民的生活和身体健康，开发和利用太阳能是解决这一难题的有效方法之一。

我国太阳能资源十分丰富，每年可供开发利用的太阳能约1.6×1015W，大约是2010年中国能源消耗的500倍。从长远看，太阳能的有效开发与利用对优化中国能源结构具有重大意义。然而太阳能存在能量密度低、分布不均匀、昼夜/季节变化大、不易储存等缺点。

如图1所示，光催化技术可以将太阳能转换为氢能。氢能能量密度高、清洁环保、使用方便，被认为是一种理想的能源载体。目前氢能的利用技术逐渐趋于成熟，以氢气为燃料的燃料电池已开始实用化，氢气汽车和氢气汽轮机等一些“绿色能源”产品已开始投入市场。氢利用技术的成熟提高了对制氢技术快速发展的要求。高效、低成本、大规模制氢技术的开发成为了“氢经济”时代的迫切需求。自20世纪70年代日本科学家利用TiO2光催化分解水产生氢气和氧气以来，光催化材料一直是国内外研究的热点之一。光催化太阳能制氢方法是一种成本低廉、集光转换与能量存储于一体的方法，该领域的研究越来越受到各国的广泛关注。国际上光催化材料研究竞争十分激烈。光催化材料不仅具有分解水制氢的功能,而且具有环境净化功能。利用光催化材料净化空气和水已成为当今世界引人注目的高新环境净化技术。太阳能转换效率是制约光催化技术走向实用化的关键因素之一，光催化材料的光响应范围决定了太阳能转换氢能的最大理论转化效率。光催化领域经过40余年的发展和积累，正孕育着重大突破，光催化太阳能转换效率不断提高，光催化技术正处于迈向大规模应用的关键阶段，国际竞争十分激烈。

在能源和环境问题强大需求的推动下，国际上光催化领域的研究已经从最初的实验现象发现，逐步由基础理论研究转向光催化材料的应用基础研究；由光催化材料探索逐步转向高效光催化材料体系设计。在研究手段上，已经能够从分子、原子水平上揭示光催化材料基本物性以及光催化材料的构-效关系，从飞秒时间尺度上研究光催化反应过程与反应机理。包括第一性原理与分子动力学模拟在内的现代科学计算方法，逐渐在光催化材料物性与光催化反应机理研究方面起到重要作用。以半导体物理学、材料科学和催化化学为基础的较为完整的光催化基础理论体系已经初步建立。光催化已经发展为物理、化学、能源和环境等多学科交叉领域，成为了热点研究领域之一。光催化领域最新的研究进展主要集中体现在认识光催化太阳能转换效率限制因素；揭示光催化机理与发展表征手段；设计基于新奇物理机制的光催化材料(改善光催化反应效率）阐明光催化材料构-效关系以及构建复杂、高选择性环境净化体系等方面。

2.2光解水制氢关键材料与技术

2.1 TiO2光催化

二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TiO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TiO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景。

半导体表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上，同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴（h+）随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。

2.2 ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe光催化

ZnO,CdS,WO3,Fe2O3,MoSe等材料光催化降解有机污染物的机理与TiO2的降解机理类似。主要分为三个步骤：（1）当半导体材料被能量大于或等于其禁带宽度的光照射时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子（e-），同时价带留下空穴（h+）；（2）光生电子和空穴分别被表面吸附的O2和H2O分子等捕获，最终生成羟基自由基（·ＯＨ），，该自由基通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化物种；③ ·ＯＨ氧化电位高达2.7eV，具有强氧化性，可以无选择性地进攻吸附的底物使之氧化并矿化。

2.3新型光催化材料

新型光催化材料的研发重点考虑光解水制氢对材料的两个要求：（1)有效吸收可见光；（2)满足光催化分解水的热力学要求。第一代光催化材料的研究主要围绕TiO2展开，重点研究光解水反应机制，以及如何拓宽TiO2的应用范围。由于TiO2的宽禁带结构（能带带隙宽度>3.0eV)，其仅能够吸收短波长的紫外光。科学家们在第二代光催化材料研发中，通过元素掺杂等实验，试图拓宽其光谱响应范围同时，在常规半导体材料中寻找TiO2的替代材料，如WO3，SrTiO3等。2001年，科学家首次找到了能在可见光照射下催化全光解水的材料NiO x/In1-x Ni x TaO4,，但该复合氧化物电极的量子效率只有0.660%。从此，新型光催化材料的探索进人了一个新的发展阶段，即利用能带工程调控半导体的导带和价带，将实验探索和理论模拟相结合，深人理解半导体能带的调控机制，不断提高可见光催化反应的效率[15]。除了Fe2O3、BiVO4等金属氧化物半导体材料外，近年来科学家们还开发出具有可见光响应活性的新型光解水催化材料，如Ta3N5，TaON，C3N4等。

实施能带工程改变能级结构可通过调整价带、导带位置，或连续调整能级结构来实现，通常有3个方向：掺杂金属元素以形成新的供体能级；掺杂电负性比O低的非金属元素，如

C、N等提高价带电位；用宽、窄带隙的半导体形成固溶体来减小禁带宽度。近年来，不同元素的共掺杂和固溶反应合成得到了广泛的研究和应用。值得指出的是，最近报道的Ag3PO4半导体能够吸收可见光将水氧化，反应量子效率可达90%，已接近自然光合作用初始过程的量子效率水平。

当前，研发新型光催化材料所面临的主要挑战是在新材料研发过程中如何平衡有效的可见光吸收和保持足够高的光解水氧化还原电位——减小禁带宽度有利于吸收可见光，但是电位的降低不利于氧化还原反应的进行和催化效率的提高。

2.4共催化复合体系

光催化分解水包括光电转换、电荷迁移、表面/界面反应等过程，单一组成结构的光催化材料很难同时满足各个过程的要求。因此科学家们发展了光解水制氢的第二条路径——构筑共催化复合体系。该路径的着力点是实现光生电荷的有效分离和快速迁移。

第一代共催化复合体系主要研究贵金属-半导体复合体系，如将Pt、Au等助催化剂沉积到光催化剂表面，极大地加快了H2的生成反应。合适的助催化剂可以作为氧化或还原的活性中心存在于光催化剂的表面，能够降低氧化或还原的过电位，有效提升光解水制氢效率。常见的助催化剂除了贵金属外，还有RuO2,NiO等。

在此基础上发展起来的第二代技术主要构建半导体-半导体复合纳米结构。不同半导体接触界面可形成“结”，在结的两侧由于其能带结构等性质不同，产生空间电势差（或形成内建电场）。这种空间电势差的存在有利于光生电子-空穴的分离。例如，有研究发现TiO2(anatase)/TiO2(rutile)光催化剂表面异相结可显著提高光催化活性。借鉴半导体异质结概念，在纳米CdS表面上组装纳米MoS2,所得MoS2/CdS复合光催化剂的产氢活性比单独的CdS高出30倍以上。进一步研究还发现，在CdS表面担载PD和PdS分别作为还原和氧化助催化剂，组成三元催化剂（Pt-PdS/CdS)时，仅分别需要0.30%(质量分数)和0.13%(质量分数）的担载量便可以获得93%的产氢量子效率（图3)[26]。

共催化复合体系的构建尚需解决两种不同半导体材料的牢固结合和有效耦合问题，需要深人理解复合界面的电子转移机制，阐明光生电子-空穴的激发、分离、复合及传输等在耦合反应中的规律。

2.5纳米形貌调控

光解水制氢反应与光催化材料的表面性质密切相关。表面能和表面吸附性质决定了表面/界面电子转移和能量转换，影响表面氧化还原反应的选择性、速率和过电位等。近10a来，科学家们开始关注通过调控光催化材料表面形貌，制备低维纳米结构，提高光解水制氢的效率。

通常认为，高的表面能可以产生高的催化活性。比如，锐钛矿型TiO2的两种主要晶面{001}和{101}的表面自由能分别为0.90和0.44J*m-2。对电子结构的计算结果表明，{001}面上高密度的不饱和Ti5s及其特殊的电子结构，可增强TiO2的光反应活性。但是，使更多高表面能的晶面裸露在催化材料表面并保持稳定，是一个极具挑战性的课题。自从有报道使用HF作为形貌控制剂制备具有高比例{001}晶面的锐钛矿型TiO2单晶以来，晶面工程日益受到研究者的重

视。在普遍采用的湿化学方法中，通过调节溶液中的溶剂、杂质和添加剂可以控制最终晶体的形貌。目前，对于晶面控制的研究已经由最初的TiO2扩展到其他金属氧化物光催化材料。

一维纳米结构与同类块体材料相比，具有独特的电学、光学和化学属性，如，具有电荷定向迁移、光吸收增强、过电位降低等特点，因而可通过催化材料的微观结构设计来优化光催化反应。例如，近年来出现的高有序氧化物纳米管阵列光电极材料可引导电子在轴向上运动，为光生电荷转移提供便捷路径，载流子寿命相对于纳米颗粒提高至少了一个数量级。同时阵列结构可增加参与反应的活性面积，增强对光的吸收，并使电荷在尖端富集提高化学电位。最近报道的硅线析氢光阴极具有垂直对齐的阵列结构，能够显著增强光吸收和载流子收集，可以实现利用低成本、低纯度的半导体材料获得高的太阳光能量转换效率。此外，有科学家在Si纳米线上再垂直生长InGaN纳米阵列，组装成多级纳米阵列复合结构。研究发现，其在可见光照射下光解水效率大大提高，光电流是在平面Si基底上生长InGaN纳米阵列的5倍。

2.6器件化设计

在微观结构控制的基础上，可根据光解水材料的要求，结合半导体光催化剂能带结构理论设计更为复杂的光解水集成器件。集成器件化设计在未来材料利用中占有重要位置，纳米尺度范围内的光电化学多级催化结构设计为高效太阳光分解水开拓了新的发展路径。

结合日益成熟的电解水技术，设计光电催化混合结构，可以解决单一催化结构光生载流子复合率高、反应过电位高等诸多问题。同时，实现析氢、析氧反应在不同部位生成，可有效避免逆反应发生，便于气体分类收集，如图5所示。

此外，还可结合多种新型功能材料，进行复杂的器件化设计。例如，将压电陶瓷应用于水电解制氢装置中，通过用压电陶瓷在电极表面发生轻微超声震荡的方式使新生成的H2和O2快速脱离电极表面，可以降低反应过电压，达到提高能源转换效率和增加产气速度的效果。

2.7光解水反应体系

在以上发展路径的基础上，优化光解水反应体系能够进一步提高光解水制氢效率。太阳光分解水的反应系统主要可分为两种方式。第一种是直接将光催化剂均匀分散于水中，在光照条件下反应以化学计量比(2:1)析出H2和O2。虽然这种方式简单方便，但在气体析出过程中易产生严重复合，而且混合的气体不利于应用，且具有爆炸性。第二种是采用光电化学池的形式,将析氢和析氧的电极分别作为光电化学池的阴极和阳极，反应在不同部位进行，中间可使用隔膜进行隔离，不仅可有效避免逆反应发生，还便于气体收集。

光生空穴和光生电子在几个皮秒之内即能发生复合，光解水反应中往往采用添加牺牲剂的方法提高反应效率。牺牲剂的作用是不可逆地消耗光生载流子，降低界面光生载流子复合率，从而单方面增强光催化作用。牺牲剂包括电子给体和电子受体两种类型。电子给体具有还原性，可捕获光生空穴，提高析氢效率；而电子受体则对应地具有氧化性，可消耗光生电子，从而提高析氧效率。水中的常见污染物如甲醛、甲酸、糖类等均是效果良好的空穴牺牲剂，因而可在制氢的同时，对废水进行同步光降解除污，达到制氢和净化水质的双重目的。

通过模拟绿色植物光合作用过程中Z型系统（Z-scheme system)，在光解水制氢反应中采

用分级的方式构成复合体系——Z型光解水反应体系，可以提高对可见光的吸收和催化反应的效率。原理如图6所示，催化剂a、b受光激发形成电子-空穴对，催化剂a的导带位置较高，光生电子可将H+还原为H2；催化剂b的价带位置较低，光生空穴则与H2O反应产生O2；通过氧化还原电对连接两个不同的反应单元，实现体系的电荷平衡，使反应可循环往复地进行。但目前对Z型光解水制氢体系的相关研究有限，所获得效率普遍偏低。一个重要原因是系统生成相同量的H2所需的光子数是传统一段式光解水所需光子数的两倍，而且，部分能量损耗在氧化还原电对的循环反应中。近年来，Nocera等提出的由三结无定形硅太阳能电池、析氢催化剂（NiMoZn合金）和析氧催化剂（CoPi，磷酸钴析氧化合物)组成的“人工树叶”，为实现人工光合作用高效光解水提供了一种新的可能途径。其中，CoPi具有树叶光系统II中析氧化合物的结构和功能属性，可以在室温下自然水中工作。该“人工树叶”的整体太阳能燃料转化效率可以达到4.7%。

此外，地球上93%的水储存在海洋和咸水湖中，研究如何利用大量存在的海水制氢意义深远。海水与纯水最大的区别在于海水中含有许多种类的溶解性无机离子。对于光解海水制氢，其中的核心问题包括：(1)可高效反应的光解纯水制氢体系是否同样适用于光解海水；（2)海水中所含成分对反应影响如何，可否进一步提升效率。研究表明，天然海水不经淡化或纯化处理可直接用于光催化分解水制氢反应，但海水中所含成分对光解水反应存在着复杂影响。盐离子可改变光催化剂的表面带电状态及发生水合作用，不同盐离子含量、PH值及外添加物等条件对反应均有影响。要真正实现适用于实际的光解海水制氢，仍需进行大量基础研究。深入理解天然海水中各成分在不同的反应条件下的作用机制将有助于光解海水体系的设计。

光催化材料的稳定性是太阳光分解水实际利用中必须考虑的一个重要因素。在光解水过程中，一些光催化材料容易发生光腐蚀，即被光生载流子所氧化。例如，光生空穴倾向于将CdS氧化生成Cd2+和S，将Zn0氧化生成Zn2+和O2等。光腐蚀是窄禁带半导体材料面临的主要问题。这类材料，如C U2O、Ta0N等，能够响应可见光，但在光催化过程中容易生光腐蚀。近年来，科学工作者提出了多种提高光催化剂光稳定性的方法，如，将助催化剂高度分散在光阳极材料表面，与稳定性好的光催化材料复合/混合，表面覆盖稳定性好的半导体材料薄膜，等等。

3光催化领域的发展动态和面临的挑战

光催化材料研究的国内外研究现状和发展趋势主要体现在以下几个方面。

3.1光催化材料的太阳能转换效率逐步提高

构建高效的光催化反应体系的核心问题是开发高效光催化材料。近年来，光催化薄膜材料分解水制氢的太阳能转换效率逐步提升。2008年，Augustynsk报道了WO3光催化薄膜材料的饱和光电流达3mA/Cm2(按外加偏压来自太阳电池提供计算，太阳能转换效率约3.6%，接近其极限值3.9mA/cm2。2010年，Gratzel-4]小组报道了Si掺杂的F8O3薄膜光催化材料，在NaOH水溶液中AM1.5模拟太阳光照射下，其饱和光电流达到3.75mA/cm2(太阳能转换效率约4.6f)。同年,sayama等制备了BiVO4光催化薄膜材料，在1M Na2SO4水溶液中AM1.5模拟

太阳光照射下的饱和光电流为1.5mA/cm2(太阳能转换效率约1.8%)。2011年，邹志刚课题组通过掺杂和表面修饰获得BiVO4光催化薄膜材料的太阳能转换为氢能的效率可以达到4.1f，是BiVO4材料里的最高值。可见，利用光催化薄膜材料分解水制氢最有希望率先获得应用。在太阳能分解水制氢领域，我国学者作出了很多高水平的研究工作。西安交通大学的郭烈锦教授采用超声喷雾热裂解方法制备了BiVO4光催化薄膜材料，发现W掺杂可以提升其光电化学性能，他们还研究了WO/BiVO4纳米异质结构光催化薄膜材料，在AM1.5模拟太阳光照射下的饱和电流为 1.6mA/cm2(太阳能转换效率约 1.9%)。上海交通大学蔡伟民教授研究发现Co3O4修饰的BiVO4光催化薄膜材料，量子转换效率提高了4倍，在1Vvs.Ag/AgCl电极电势下，400光辐照下的量子转换效率达到7%左右。上海交通大学的上官文峰教授?开发了B=WOc光催化材料，实现了可见光分解水制氢。邹志刚课题组系统研究了具有可见光响应的BiFeO3-Fe2O3、BiVO4(SrTiO3)1d(LaT2N)等半导体光催化材料分解水制氢的性能；利用低成本方法制备Si，T共掺杂-F8O3光催化薄膜材料，太阳能转换为氢能的效率可以达到3.3%。这些工作表明在这一研究领域我国学者在国际上处于先进水平。

3.2光催化机理认识逐步深入、表征手段快速发展

对光催化机理的认识有助于开发高效光催化材料，提高光催化性能。2005年，日本大阪大学MajimaT小组将单分子荧光显微观察手段引入光催化领域，对光催化材料表面的反应活性位分布进行直接观测。时间分辨原位红外光谱具有原位实时监控和利用红外光谱精确分析物质结构的优点，能够实时跟踪反应物在不同条件的化学变化。2007年，中国科学院大连化学物理研究所李灿教授课题组将这一技术运用于光催化反应机理研究，获得了光生电子的衰减动力学信息、光生电子寿命以及反应物对光生空穴的捕获行为。2008年，英国帝国理工学院Dunnt教授等利用瞬态吸收光谱确定了TiO2光催化材料中光生电子-空穴复合、迁移、以及与水的氧化-还原反应的时间尺度。从时间尺度上来看，水氧化反应是光催化分解水反应的主要速率控制步骤。水氧化反应是多空穴参与过程且受光生空穴的界面传输控制，因此长寿命光生空穴的浓度将决定某些中间物种的形成与累积过程。2008年，李灿教授课题组将紫外拉曼光谱表征手段引入TiO2相变研究过程，揭示了TiO2表面相的形成、演变及其对光催化性能的影响规律。利用原位衰减全反射表面增强红外光谱可以方便地获得表面分子振动信息。2009年，日本东京大学教授用该技术监测吸附在贵金属表面的CO的振动频率，获得了贵金属助催化剂与光催化材料之间费米能级的匹配信息。先进的表征手段不断地引入，有助于深入认识光催化反应。

3.3改善光催化反应效率的手段趋于明确化

半导体光催化材料的光生电子-空穴复合是限制光催化反应效率的重要因素。电子-空穴复合主要包括体相复合和表面复合，因此减小体相和表面复合是提高光催化反应效率的重要手段。邹志刚课题组提出了通过降低载流子的有效质量来提高载流子的迁移能力的方法,制备了Mo掺杂BiVO4多孔氧化物薄膜材料，以Mo部分取代V，有效地降低了光生空穴有效质量，提高了其扩散长度，有效地减少了光生载流子的体相复合。2011年，邹志刚课题组发现在In0.2Ga0.8N和Mo掺杂BiVO4的光催化薄膜材料制备中会出现表面偏析相，成为光生电子和空

穴的复合中心。通过利用电化学腐蚀减少表面偏析相，可以有效减少光生电子-空穴的表面复合,显高光催化材料的子换效率。此外，助催化剂修饰也是有效减少表面光生电子-空穴复合的有效手段。近年来，国外有几个研究组将钴磷配合物助催化剂用于修饰BiVO4、Fe2O3和WO3等光催化薄膜材料，均能显著提高光催化分解水的反应效率。

3.4基于新奇物理机制的光催化材料逐渐兴起

近年来，光催化材料种类不断拓展。2008年，福州大学付贤智教授课题组研究发现了二维共轭大键结构的FC3N4聚合物半导体光催化材料。与无机半导体光催化材料不同，FC3N4具有简单的晶体结构，其导、价带分别由C2p和N2p轨道构成，光生电子-空穴是通过（(键传输，开辟了光催化材料研究的新方向。由于聚合物的种类丰富，功能易调节，组成元素来源丰富，成本低廉，因此这一类材料引起了人们的广泛关注。

近期，研究人员们将贵金属纳米颗粒与半导体光催化材料复合，利用贵金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应，有效地拓展了光催化材料的光吸收范围。2008年，山东大学黄柏标教授研究组开发了一系列Ag@AgZ(Z=Cl，Br，I)等离子体增强效应的光催化材料,显可光光催化降解有机污染物的性能。日本的Torimot合成了复合体系的等离子体光催化材料CdS@SiO2//Au@SiO2，发现该体系的光催化产氢效率很大程度上取决于CdS和Au纳米颗粒间的距离，这是由于金属颗粒的表面等离子体共振效应与其周围介质有很大关系。美国加州大学的Dun等利用Au/Ag核壳纳米棒制备出等离子增强的PtO-Si/Ag光电二极管光催化材料，光谱特性研究表明光催化性能的增强很大程度上取决于Au/Ag核壳纳米棒的等离子体吸收光谱，进一步说明了等离子体增强在光催化中的作用。利用新奇物理机制拓光响应和高光催化性能引起人们的广泛关注。

3.5光催化材料构-效关系逐渐被重视

随着光催化研究工作的推进，人们发现控制光催化材料的形貌、尺寸以及晶面等微结构参数，能够有效调控光催化材料的性能。2002年，Jtrng等采用有机模板法制备了双层TiO2纳米管。2007年，武汉理工大学余家国教授制备了具有分级纳米孔结构的TiO2。2008年,Awaga 等利用模板法制备了TiO2空心球。这些纳米管、空心球结构、分级结构等特殊结构的光催化材料均具有较大的比表面积，显示了比普通颗粒更好的光催化性能。

选择性暴露晶面成为提高光催化材料反应活性的另一个有效途径。近期，关于晶体各向异性和活性面的研究已向多种半导体材料扩展，并取得了重要进展。2008年，Yag等发现F 能够有效稳定TiO2的高活性20013晶面。此后，研究人员在高活性晶面TiO2的可控制备方面开展了一系列的研究工作。2010年，Lou等利用溶剂热法合成了近100(001)面暴露的锐钛矿TiO2。同年，Ye等利用水热法通过控制溶液的pH值合成了（001)面暴露的BiVO4，显示出了较高的光催化氧化水性能。2011年，邹志刚课题组研究发现，通过调控Zn不同晶面暴露可以实现光催化反应的选择性。这些研究结果，进一步表明光催化材料微结构调控是改善光催化材料性能的有效手段之一。

3.6光催化环境净化向复杂体系和高选择性方向发展

与光催化分解水反应类似，有机污染物光催化降解反应过程是一个典型的界面反应，并

且污染物分子的吸附构型和分子反应机理是紧密相关的。最近几年，人们在对高毒性、高稳定性的有机污染物的矿化、光催化降解的选择性等方面的研究取得了一定的进。

中国科学院化学研究所赵进才教授研究组在光催化选择性氧化、降解界面反应方面取得了明显的进展，该课题组在简单染料分子敏化TiO2反应体系内，成功地实现了选择性氧化醇类化合物为醛类化合物，提出了染料受光激发产生电子注入TiO2的导带，还原O2为超氧，处于激发态的染料自由基促进TEMPO氧化为TEMPO+，利用TEMPO+选择性地氧化醇类化合物为醛类化合物这一反应途径。后续，他们进一步实现了不需要染料敏化,在TiO2光催化反应体系中氧化醇类化合物为醛类化合物的反应途径。

4结语

可以预见，通过太阳光的直接作用高效分解水制备洁净的氢气，将从根本上解决能源问题，并彻底改善能源利用过程对环境的破坏，实现人类的终极能源梦想。要实现利用太阳光作为唯一能量来源自发高效地进行光解水制氢反应，仍面临着巨大挑战。科学家们从光催化材料研发、共催化复合体系构筑、纳米形貌调控、器件化以及构筑新型制氢体系等多个方面开展研究，重点突破，努力提高光解水制氢效率。综合对比不同路径，光催化材料的纳米形貌调控和集成器件化设计能够结合其他路径的优点，是未来太阳光催化分解水技术的重要研究方向。同时，只有深入理解光解水反应机理，探明光催化材料的光吸收、光生电荷激发、迁移、界面转移及氧化还原反应机制，才能从根本上找到优化材料设计及提高制氢效率的新方法。

光催化技术展示了巨大的潜在应用前景，也面临着艰巨的挑战，如何实现光催化材料带隙与太阳光谱匹配、如何实现光催化材料的导价带位置与反应物电极电位匹配、如何降低电子-空穴复合提高量子效率、如何提高光催化材料的稳定性等问题仍是这一领域必须要解决的关键科学问题。

“我相信总有一天可以用水来作燃料，组成水的氢和氧可以单独或和在一起来使用，这将为热和光提供无限的来源，所供给光和热的强度是煤炭所无法达到的，水将是未来的煤炭。”1870年，吉尔斯?费恩在科幻小说《神秘岛》中写下了这段看似“梦呓”般的预言。光催化技术在国际上被喻为“梦”的技术，它的实现将会给人类社会带来一个崭新的变革。

2021年半导体光催化制氢的进展

《能源材料》课程论文 欧阳光明（2021.03.07） 题目：半导体光催化水解制氢的进展 指导教师：毛景 学生姓名：朱永坤学号： 20130800830 专业：建筑结构及功能材料 院（系）：材料科学与工程 2016年 6月 8 日关键词：半导体；光催化；太阳能；电解水；制氢； 改性。 引言： 在上课过程中老师讲到的新能源汽车当中的氢燃料池 汽车让我对氢能的开发利用产生了浓厚的兴趣，就想着 写一篇关于氢能方面的文章。结合老师上课过程提到的 太阳能制氢，就定位在了半导体光催化制氢这个主题 了。 目前，氢气在氢燃料电池汽车当中得到了广泛的应 用，氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根 据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车。 氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排 放，且一次加氢续驶里程长，加氢时间短，相当于汽油 车，一直以来被作为新能源汽车技术路线之一。 但是，到目前为止，氢燃料电池汽车，并没有得到大 范围的普及，因为一些技术条件的短板暂时限制了它的应 用。其中最大的问题就是氢气来源问题，世界上很多国家

的氢燃料的生产并不是以水为原料，而是以天然气作为生 产原料，先前讲到了，如果要电解水取得氢气，那需要很 大的能量消耗，而且要生产出能量值与普通汽油燃料相当 的氢燃料，我们就需要大量的水资源，水同样也是我们这 个星球稀缺的资源。同时，氢气的储存和运输过程又要耗 费很大的能量，所以到目前为止，要驱动一辆氢燃料电池 汽车，所需能耗太大，还不能达到节能环保的目的。麻省 理工学院的一些能源专家则提出，氢燃料电池车真正要 “跑起来”，至少还需要15年的时间。 那么，如何低能耗，效率高地制备氢气成为了氢燃料 汽车的一个瓶颈，目前制备氢气有也有很多方法，包括热 化学法制氢，光电化学分解法制氢，光催化法制氢，人工 光合作用制氢，生物制氢等，在这里重点介绍一下光催化 制氢的一些新的研究和进展。 摘要: 氢能具有高效、清洁、无污染、易于产生、便于输运 和可再生等特点,是最理想的能源载体。因此，氢能将会成 为未来化石能源的主要替代能源之一，利用可再生能源制 取氢气是未来能源发展的必然趋势。 利用太阳能直接从水中获得的氢气,氢气又可作为能源燃料,燃烧产物是水,它以最清洁环保的形态回到自然生态循环中,这是一种完全的可持续开发的能源利用的途径。 背景: 光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。 利用太阳能分解水制氢或将太阳能直接转化为化学能逐渐成为能源领域的研究热点之一。近年来,太阳能利用的研究、特别是利用

含钼催化剂研究进展

含钼催化剂研究新进展 摘要含钼催化剂广泛用于多种化工生产过程，在含钼精细化学品的研究与开 发中占有重要地位。简要介绍了我国近年来一些含钼催化剂的研究进展和有关文献1前言 催化是现代十分重要的化工技术，据统计，发达国家近三分之一的国民经济总 产值来自催化技术。含钼催化剂在催化领域占有重要地位，广泛用于石油加工和化 工生产，如合成气制造、基本有机合成和精细化工产品等的的生产。因此，长期以 来国内外对含钼催化剂的创新和改进不断进行。这也引起我国钼业界的广泛关注， 逐渐成为我国钼深加工领域的一个新的发展方向。现仅就我国近年来含钼催化剂的 一些新进展作简要介绍。 2烷烃的化学加工催化剂 2.1烷烃芳构化催化剂 四烷无氧脱氢芳构化，为甲烷活化和转化的一个新的研究热点。王林胜等在1 993年首次报道一种以HZSM－5分子筛为载体的含钼催化剂使甲烷于无氧条件下高选择性地转化为苯。该催化剂是甲烷芳构化反应的典型催化剂。此后，对这种催化剂 的研究活跃。舒玉瑛等用机械混合、机械混合后焙烧、机械混合后微波处理等方法 制备这种催化剂，并考察了其对甲烷芳构化反应的催化性能。结果表明：机械混合 法、固相反应法和微波处理法制备的Mo/HZSM-5催化剂，比一般浸渍法能明显提高 芳烃的选择性和减少积碳生成；在不同制法的Mo/HZSM-5催化剂上，Mo物种落位不同，机械混合法、固相反应法和微波处理法能使Mo物种较多地落位于分子筛外表面 ，这对甲烷芳构化反应有利，并明显减少积碳的生成。 王军威等用浸渍法、机械混合法和水热法制备了Mo/HZSM-5催化剂，并考察了 钼含量和反应时间对丙烷芳构化反应的影响，深入研究了Mo物种对HZSM-5分子筛结构和酸性的作用。 最近，田丙伦等报道了对Mo/MCM-22催化剂用于甲烷无氧芳构化的研究结果。MCM－22为晶粒呈片状、含两种孔道结构的高硅沸石分子筛。同Mo/HZSM-5催化剂相比，Mo/MCM-22催化剂稳定性更好，苯产物的选择性较高 。用浸渍法制备的Mo担载量为6%的Mo/MCM-22催化剂性能最佳。此外，还研究了添加钴对Mo/MCM-22催化反应性能和催化剂积碳性质的影响。 2.2烷烃选择氧化催化剂 甲基丙烯酸（MAA）是重要的有机化工原料，当前主要用烯烃为原料生产。然而，饱和烃较烯烃来源广泛，更经济易得，故近年来由异丁烷氧化制MAA已成研究 与开发的新方向。采用一般热表面催化法由异丁烷选择氧化制取MAA主要存在的问 题是MAA选择性低，浓度反应产物（COx）高达40%。激光促进表面反应法是很有应用前景的光催化合成新技术。最近，陶跃武等分别采用在铋钼复合氧化物、钒钼复 合氧化物表面上激光促进异丁烷选择氧化制MAA，取得选择性达到90%和无COx产生的良好结果。

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研 究进展 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展自上世纪末以来, 纳米科学和技术有了长足的进展，其中纳米材料的一个重要特性是，将体系的尺寸减小到一个特定的范围(如 1~100 nm)时，在不添加任何其他组分的情况下，纳米体系的电子结构会发生变化。量子力学已经证明，大量原子组成的固体材料的价电子为连续的“能带”，当这类体相材料在某一方向上被缩小，特别是缩小到纳米尺度时，电子在该方向的运动就受到空间的束缚和限域，这种限域效应将会改变电子运动特性、导致体系电子结构特别是价电子结构的改变，从而可能会产生量子突变。这种体系尺寸对电子特性的调变为催化剂的催化特性进行调控提供了一种很好的途径[1]。. 近几年，部分研究团队在利用纳米材料的限域效应对催化剂的改性以及催化过程的研究等方面开展了创新性的研究工作，并且大量具有影响力的研究报道和文章被发表出来，其中中国科学院大连化学物理所包信和院士团队在这方面的工作开展的较早也很突出。该团队在铂金属颗粒表面加载了过渡金属氧化物，制备出了具有界面限域效应的TMO/Pt非均相逆催化剂（Oxide-on-Metal Inverse Catalysts），利用界面限域效应对催化体系结构和电子特性的影响作用，改善了在催化过程（特别是在催化氧化反应）中传统非均相催化剂容易出现的催化活性中心的失活以及催化功能的失效等问题[2]。 图1两种金属催化体系的结构示意图 (A)传统的氧化物作为载体的金属催化体系(Oxide supported metal system) 和 (B)过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系(oxide-on-metal system)

纳米催化剂

纳米催化剂

纳米催化剂进展 中国地质大学，材化学院，武汉430000 摘要：简要介绍了纳米催化剂的基本性质、其相对于其他催化剂的优势，并较详细地介绍了纳米催化剂类型、部分应用以及相对应类型催化剂例子的介绍，以及常见的制备方法及其表征手段，最后介绍了部分国内和国外纳米催化剂的应用，并对其发展方向进行一定的预测。 关键词：纳米催化剂应用制备催化活性进展 近年来, 纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域, 其中最典型的 实例就是纳米催化剂(nanocatalysts—NCs)的出现及与其相关研究的蓬勃发展。NCs具有比表面积大、表面活性高等特点, 显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外, NCs还表现出优良的电催化、磁催化等性能,已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。本文主要就近年来NCs 的研究进展进行了综述。 1.纳米催化剂的性质 1.1表面效应 通常所用的参数是颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等，有研究表明，当微粒粒径由10nm减小到1nm时, 表面原子数将从20%增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大, 使表面原子稳定性降低, 极易结合其它原子来降低表面张力。此外,Perez等认为NCs的表面效应取决于其特殊的16种表面位置, 这些位置对外来吸附质的作用不同, 从而产生不同的吸附态, 显示出不同的催化活性。 1.2体积效应 体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时, 晶态材 料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小, 使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 1.3量子尺寸效应 当纳米颗粒尺寸下降到一定值时, 费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级, 此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化

光催化材料的研究与进展

光催化材料的研究与进展 洛阳理工学院吴华光B08010319 摘要： 光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保新技术．它在去除空气中有害物质,废水中有机污染物的光催化降解,废水中重金属污染物的降解，饮用水的深度的处理，除臭，杀菌防霉等方面都有重要作用，但是作为新功能材料，它也面临着很多局限性：催化效率不高，催化剂产量不高，有些催化剂中含有有害重金属离子可能存在污染现象。但是我们也应当看到他巨大的发展潜力和市场利用价值，作为处理环境污染的一种方式，它以零二次污染，能源消耗为零，自发进行无需监控等优势必将居于污染控制的鳌头。本文介绍了一些关于光催化研究的制备与发展方向的思考，光催化正在以TiO 2 ，ZnO为主导多种非重金属离子掺杂，趋于多样化的制备方法方向发展。 关键字：光催化催化效率 正文： 光催化(Photocatalysis)是一种在催化剂存在下的光化学反应，是光化学与催化剂的有机结合，因此光和催化剂是光催化的必要条件。“光催化”定义为:通过催化剂对光的吸收而进行的催化反应(a catalytic reaction involving light absorption by a catalyst or a substrate)。氧化钛(TiO 2 )具有稳定的结构、优良的光催化性能及无毒等特点，是近年研究最多的光催化剂， 但是，TiO 2 具有大的禁带宽度，其值为3．2 eV，只能吸收波长A≤387 11111的紫外光，不能有效地利用太阳能，光催化或能量转换效率偏低，使它的应用受到限制。因此，研制新型光催化剂、提高光催化剂的催化活性仍是重要的研究课题]1[。复合掺杂不同半导体，利用不同半导体导带和价带能级的差异分离光生载流子，降低复合几率，提高量子效率，成为提高光催化材料性能的有效方法5]-[2。 与一元氧化物如TiO 2 和ZnO等光催化剂相比，复合氧化物光催化剂，如 ZnO- SnO 2TiO 2 -SnO 2 和WO3- TiO 2 等体系具有吸收波长更长和光催化效率更 高等特点因而成为研究热点. 一、常用的光催化剂的制备方法 （一）水热合成法。 热合成反应是在特制的密封容器中（能够产生一定的压力），以水溶液作为反应介质，通过对反应体系加热或接近其临界温度而产生高压，从而进行材料的合成与制备的一种有效方法。 （二）溶剂热合成法 溶剂热合成技术是在水热法的基础上，以有机溶剂代替水作为介质，采用类似水热合成的原理制备纳米材料，极大的扩展水热法的应用范围。 （三）溶胶-凝胶法

光催化材料研究进展概要

光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷[1]。光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO2、ZnO、CdS、WO 3、Fe 2 O 3等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许多研究者看好[2]。 1.1 TiO 2光催化概述 1.1.1 TiO 2的结构性质 二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、

金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景[3]。 1.1.2TiO2光催化反应机理 半导休表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上，同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴（h+）随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO2催化剂的局限及改性途径 作为光催化剂,虽然二氧化钛具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸收的光的波长主要集中在紫外区,

金属催化剂的研究进展

金属催化剂的研究进展 1前言 催化技术作为现代化学工业的基础，正日益广泛和深入地渗透于石油炼制、化学、高分子材料、医药等工业以及环境保护产业中，起着举足轻重的作用。长期以来，工业上使用的传统催化剂往往存在着活性低、选择性差等缺点，同时常需要高温、高压等苛刻的反应条件，且能耗大，效率低，不少还对环境造成污染。为此人们在不断努力探索和研究新的高效的环境友好的绿色催化剂[1]。本文重点讲解金属催化剂的作用机理，以及金属催化剂在甲醇气相羰基化合成碳酸二甲酯的应用、茂金属催化剂的应用以及金属催化剂在乙烯环氧化合成环氧乙烷的应用。 2金属催化剂的作用机理 2.1 金属催化剂的吸附作用 众所周知，吸附是非均相催化过程中重要的环节，过渡金属能吸附O2、C2H4、C2H2、CO、H2、CO2、N2等气体，强化学吸附能力与过渡金属的特性有关，是因为过渡金属最外层电子层中都具有d空轨道或不成对d电子，容易与气体分子形成化学吸附键，吸附活化能较小，能吸附大部分气体，需主要的是d轨道半充满或者全充满，较稳定，不易与气体分子形成化学吸附键。由此可知，过渡金属的外层电子结构和d轨道对气体的化学吸附起决定作用，有空穴的d轨道的金属对气体有较强的化学吸附能力，而没有d轨道的金属对气体几乎没有化学吸附能力，由多相催化理论，不能与反应物气体分子形成化学吸附的金属不能作催化剂的活性组分。 催化反应中，金属催化剂先吸附一种或多种反应物分子，从而使后者能够在金属表面上发生化学反应，金属催化剂对某一种反应活性的高低与反应物吸附在催化剂表面后生成的中间物的相对稳定性有关，一般情况下，处于中等强度的化学吸附态的分子会有最大的催化活性，因为太弱的吸附使反应物分子的化学键不能松弛或断裂，不易参与反应；而太强的吸附则会生成稳定的中间化合物将催化剂表面覆盖而不利于脱附[2]。 2.2 金属-载体间的相互作用 我们课题组研究的是甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯，使用的是负载型

纳米光催化剂研究现状与展望

年月纳米光催化剂研究现状与展望 马成乡 太原学院山西太原030032 摘要：随着水污染环境问题的日益严重，纳米光催化剂的研究也逐渐的开展起来。本文在分析影响纳米光催化剂性能因素的基础上，探讨了纳米光催化剂的研究现状，并对该材料的发展进行了相关探讨。 关键词：纳米光催化剂；影响因素；研究现状 随着我们国家经济的不断发展，生态环境的污染呈现出不断恶化的趋势，各种环境污染事件开始被社会媒体广泛的暴露出来。在种类比较多的环境污染物中，有机物的比例占到了50%以上。其中天然有机物对环境水体的污染比较小，大多数人工有机物对水体环境的污染程度较大。光催化技术与其他治理环境污染的技术相比，并不需要进行二次净化处理，而且这种纳米光催化剂可以循环使用。 一、影响纳米光催化剂的因素研究 影响纳米光催化剂的性能的因素主要体现在以下几个方面：1.催化剂的晶体结构：通常用作光催化剂的TiO 2具有两种晶体结构，分别为锐钦矿型和金红石型。有的研究结构表明，如果在锐钦矿型的晶体上进行金红石型晶体的生产，能够有效的促进锐钦矿型晶体多污染物的吸收。2.纳米催化剂粒径的影响：催化剂粒径的大小对其催化性能具有着比较重要的影响。很多研究结果表明，随着催化剂粒径的降低，光谱能够响应的范围也就越来越广。尤其当光催化剂离子达到纳米级别时，将会具有更高的氧化还原能力。但是随着纳米粒径的进一步减小，光的载流子在表面符合的概率会进一步增加，也就意味着光催化剂性能的下降。3.比表面积的影响：在反应物质比较充足的情况下，表面积越大，催化剂的活性也就越高；另外催化剂表面的活性中心是并不稳定的。 在反应体系与催化剂的反应条件方面主要影响因素表现在以下几个方面：1.反应的温度：一般来说温度对于光子的表面迁移和吸附以及解吸并不会产生比较明显的影响，所以在某种程度上问对对光催化反应的影响比较小。光催化剂在光的作用下进行各类有机物的催化反应过程时，反应速率与温度比较符合阿伦尼乌斯方程的描述。2.溶液PH 值得影响：溶液的PH 值对半导体的能带分布和表面的性质具有较高的影响。徐成杰等人在研究TiO2在降解有机物的过程中发现，当溶液的PH 值为7时，其降解的效率达到最低。3.光强度的影响：当环境中光的强度较低时，降解速率与光照强度程线性关系；中等光照强度，两者呈现平方根线性关系；当进一步增加光照强度时，催化速率的增加并不明显。 二、纳米光催化的掺杂改性以及复合半导体纳米催化剂的研究 当前纳米的光催化性能研究主要集中在TiO 2的光催化剂掺杂改性研究。在很多学者的研究之中，为了进一步减少自由电子与空穴相互复合的概率，可以在二氧化钛中掺杂少量的稀土离子。非金属离子的掺杂可以使得辐射光谱的范围进一步增强，进而可以提高可见光的利用效率。最近十年以来，双组份甚至是多组分掺杂已经成为纳米光催化剂TiO 2改性研究的热点。美国华盛顿大学的S AKATania 等学者采用溶胶凝胶法制备了La-N-TiO 2光催化剂，ES R 实验研究表明，这种经过掺杂改性的催化剂在500-678nm 光源的照耀下，对于乙醛的降解具有优异的效果。 最近几年以来半导体复合光催化剂的研究引起了学者的广泛注意。从本质上来说，半导体复合就是指一种物质粒子对另外一种物质粒子的修饰。目前的研究结果表明复合半导体比单一半导体具有更好的光催化效果。Tang 等人制备了CaIn 2O 4复合半导体，在亚甲基蓝120min 的脱色实验内，其脱色率可以达到96%。T ony 等人研制除了Fe 2O 3-S nO 2、CuO-SnO 2等类型的复合纳米半导体光催化剂。 三、展望 纳米光催化剂对当前环境问题的解决提供了比较合理的方案，但是目前环境中的光催化剂研究还停留在实验室阶段，并没有得到广泛的应用。目前影响纳米光催化性能的因素主要包括了催化剂的晶体结构、比表面积、反应温度、PH 值等因素；其次对纳米光催化的掺杂改性以及复合半导体纳米催化剂的研究现状进行了一定的分析，指出在以后的污水处理方面，应该设计比较简单的工艺组合反应来处理废水中的污染物，使得纳米光催化剂能够真正的从实验室走向社会。 参考文献： [1]GuoX.,Yang J.,Deng Y.et.al Hydrothermal synthesis and photoluminescence of hierarchic al lead tungstate superstructures re f f ects of reaction temperature and surf actanats[J].European Journalof Inorganic Chemistry,2013,2010(11):1736-1742. [2]SeguraPA,Frane oisM,Ga gnonC,etal.Reviewof theoeeurreneeo f anti-inf eetivesin contaminatedwastew atersandnatUr alanddrinkingw a ters[J].EnvironHealthpersP,2012,117(5):675-684. 管理创新 2014129

光催化材料研究进展

. 光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅[1]。光催化适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO 、ZnO、CdS、2 WO 、Fe O 等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许332[2]。多研究者看好1.1 TiO光催化概述 21.1.1 TiO的结构性质 2二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、2金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO中,锐钛矿和金红石的工2业用

途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密资料Word . 度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见 光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在[3]。光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景 1.1.2TiO光催化反应机理2半导休表面多相光催化的基本原理:用 能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上，同时在价-+）随后h(e,.)—空穴（带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、 与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态 的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复 合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO催化剂的局限及改性途径2作为光催化剂,虽然二氧化钛 具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大 规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不 高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸 收的光的波长主要集中在紫外区,而在照射到地球表面的太阳光中,

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备， 表征及其光催化性能的研究

第一章绪论 自18世纪60年代的第一次工业革命到现在以来，科学技术迅猛发展、日新月异。工业革命（第一次科技革命）以瓦特的蒸汽机的发明为标志，宣告了人类社会由原来的火器时代，进入到了蒸汽时代。第二次科技革命发生在19世纪70年代，在这个时期，自然科学取得了飞速的进展，由于资本主义制度的逐渐形成和完善，资本主义国家为了生存和发展，开始了大量的对世界资源进行掠夺。两次工业革命对然建立了世界的初步两极格局，但是两次科技革命的功劳还是不容忽视的，它们推动了传统的农业，手工业向现代化工业以及机器化工业的飞速发展，并且带给了人类社会巨大的物质财富，在资本主义国家逐利的对外扩张过程中，不可否认的是它们的争斗促进了人类文明的进步和繁荣。但是，当资本家们在大力发展社会生产力，提高生活水平的同时，对环境也造成了严重的破坏，至今，已严重威胁着我们所处在的的生存环境。 特别是在进入20世纪50年代之后的第三次科技革命；随着工业现代化进程的加快，人类向所生存的环境排放了大量的生产废水、废气，它们其中含有大量的有毒污染物如医用药品、农药、工业染料、表面活性剂和含有重金属离子的溶液等，含有上述物质的这些废水给人类的健康和生存环境带来巨大的威胁。而且在上述这些污染物中，用传统的处理方法很难将其完全消灭和降解。废水中的很多有机化合物能使水中的厌氧微生物发生异变，从而产生明显的毒害作用；所以必须创造出一些其它的非生物的降解技术来除去这些有机化合物[1-3]。因此，开发一种简便、有效、快捷、无害的方法来治理水体污染和大气污染是当前社会一个亟待解决的问题。并且，社会现代化的发展需要消耗大量的能源，据专家分析，传统的化石能源已经不能继续维持人类社会的长期发展，而且传统的化石能源的使用是当前引发严重环境问题的万恶之源。所以，环境问题和能源问题是21世纪可持续发展战略的两大亟待解决的严重问题。 1.1研究背景与意义

半导体光催化制氢的进展.

《能源材料》课程论文 题目：半导体光催化水解制氢的进展 指导教师：毛景 学生姓名：朱永坤学号：20130800830 专业：建筑结构及功能材料 院（系）：材料科学与工程 2016年6月8 日

关键词：半导体；光催化；太阳能；电解水；制氢；改性。 引言： 在上课过程中老师讲到的新能源汽车当中的氢燃料池汽车让我对氢能的开发利用产生了浓厚的兴趣，就想着写一篇关于氢能方面的文章。结合老师上课过程提到的太阳能制氢，就定位在了半导体光催化制氢这个主题了。 目前，氢气在氢燃料电池汽车当中得到了广泛的应用，氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车。 氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排放，且一次加氢续驶里程长，加氢时间短，相当于汽油车，一直以来被作为新能源汽车技术路线之一。 但是，到目前为止，氢燃料电池汽车，并没有得到大范围的普及，因为一些技术条件的短板暂时限制了它的应用。其中最大的问题就是氢气来源问题，世界上很多国家的氢燃料的生产并不是以水为原料，而是以天然气作为生产原料，先前讲到了，如果要电解水取得氢气，那需要很大的能量消耗，而且要生产出能量值与普通汽油燃料相当的氢燃料，我们就需要大量的水资源，水同样也是我们这个星球稀缺的资源。同时，氢气的储存和运输过程又要耗费很大的能量，所以到目前为止，要驱动一辆氢燃料电池汽车，所需能耗太大，还不能达到节能环保的目的。麻省理工学院的一些能源专家则提出，氢燃料电池车真正要“跑起来”，至少还需要15年的时间。 那么，如何低能耗，效率高地制备氢气成为了氢燃料汽车的一个瓶颈，目前制备氢气有也有很多方法，包括热化学法制氢，光电化学分解法制氢，光催化法制氢，人工光合作用制氢，生物制氢等，在这里重点介绍一下光催化制氢的一

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展 田蒙奎1 ,2 ,上官文峰2 ,欧阳自远1 ,王世杰1 (1. 中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002 ; 2. 上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心,上海200030) 摘要: 自从Fujishima2Honda 效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的学能———氢能。近一二十年来,光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料。本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性,阐述了该课题的意和今后的研究方向。关键词: 光解水;氢能;半导体光催化剂中图分号: X13 文献标识码:A文章编号:100129731 (2005) 1021489204 1 引言 在能源危机和环境问题的双重压力下,氢能因其燃烧值高、储量丰富、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源,因而氢能的开发成了能源领域的研究热点。自从Fujishima 和Honda 于1972 年发现了TiO2 光电化学能分解水产生H2 和O2 以来[1 ] ,科学研究者实现太阳能光解水制氢一直在作不懈的努力。普遍接受的光解水制氢原理是:半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时,电子从最高电子占据分子轨道( HOMO ,即价带) 受激跃迁至最低电子占据分子轨道(LUMO ,即导带) ,从而在价带留下了光生空穴( h + ) , 导带中引入了光生电子(e - ) 。光生空穴和光生电子分别具有氧化和还

原能力。要实现太阳能光解水制氢和氧,光生电子的还原能力必须能还原H2O 产生H2 ,而光生空穴的氧化能力必须能氧化H2O 产生O2 ,即半导体光催化剂的导带底要在H2O/ H2 电位( E0 = 0V ,p H = 0) 的上面(导带位置越高,电位越负,还原能力越强) ;而价带顶在O2 / H2O 电位( ENHE = + 1. 23V ,p H = 0) 的下面(价带位置越低,电位越正,氧化能力越强) 。近一二十年来, TiO2 以外的光催化剂的相继发现,特别是能响应可见光的光催化材料的出现,使得光解水制氢研究进入了非常活跃时期。本文就近期太阳能光解水制氢研究进展中的半导体光催化材料作一综述。 2 简单半导体氧化物,硫化物系光催化剂目前广泛研究的简单化合物半导体材料的能带结构如图1 所示： 图1 部分半导体材料的能带结构示意图 Fig 1 Schematic diagram of band st ructure for some semiconductor s TiO2 光催化剂由于光照不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、来源丰富等优点而被广为利用。具有代表性的

光催化研究发展综述性报告

光催化研究发展综述性报告 本人申请攻读动力工程与工程热物理专业博士学位，由于对后续能源与新能源技术专业太阳能分解水制氢方向有浓厚的兴趣，通过对相关文献的阅读和参加相关报告，对太阳能光催化分解水制氢有了详细的了解，对其发展简述如下： 1.前言 当今人类社会面临能源和环境两大问题[1-2]。能源的短缺和环境的污染严重制约着人类社会的发展。一方面，社会的高速发展使得人类对于能源的需求越来越大，而我们目前所用的能源还是以传统的化石燃料为主，但是因为化石燃料的不可再生性，或者说是形成的时间周期太长，使得其必有枯竭的一天。据估计，按照目前的开采水平和消耗量，石油还能够维持四十年左右，煤炭最多也就是两百年，而天然气还可以维持大概六十多年。另一方面，化石燃料的燃烧，引起严重的环境污染和对环境的危害，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等等，对人类的生存产生了严重的威胁。 研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展已经成为各国都十分关注的一个话题。就像美国，在2009年提出的7870亿美元的巨额经济刺激计划中，把发展新能源定位于抢占未来发展制高点的重要战略产业，并提出在未来的三年的时间里，国内可再生能源产量要增加一倍。而我国人口众多，常规能源储备远低于世界平均水平，而且近几十年来，环境污染也是日益严峻。这使得寻找一种清洁可持续的替代能源变得更加迫切。而我国幅员辽阔，拥有极为丰富的太阳能资源，开发潜力巨大，从长远发展来看完全可以满足国家可持续发展的需求。但太阳能能量密度低、分散性强、不稳定、不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效低成本大规模利用的有效手段。但是考虑到占地表约3/4的水域和植物的光合作用，我们是不是可以利用太阳能分解水，制取氢气,而氢气又是是一种无色无臭无味无毒的清洁燃料，

合成甲醇催化剂研究进展

化学反应工程论文 合成甲醇催化剂的研究进展 摘要：了解甲醇工业的发展现状及前景。从催化剂组成、种类、各组分功能及失活方式对甲醇催化剂进行探究，同时探索甲醇合成的新方法和新工艺，并对甲醇合成催化剂的动力学研究进行总结。 关键词：甲醇合成、催化剂种类、失活、三相床、生物质秸秆、动力学 1.1甲醇工业发展现状 能源问题已经成为制约我国国民经济发展的战略问题。从国家安全角度看，能源资源的稳定供应始终是一个国家特别是依赖进口的国家关注的重点，是国家安全的核心内容。随着中国工业化、城市化进程的加快以及居民消费结构的升级，石油、天然气等清洁高效能源在未来中国能源消费结构中将会占据越来越重要的地位。目前中国石油消费严重依赖进口，石油资源已经和国家安全紧密联系起来，并成为中国能源安全战略的核心o 在我国能源探明储量中，煤炭占94％，石油占5．4％，天然气占0．6％，这种“富煤贫油少气”的能源结构特点，决定了我国能源生产与消费以煤为主的格局将长期占主导地位。国民经济的持续发展，对能源产品尤其是清洁能源的需求持续增长。结合我国以煤为主的能源结构现状，大力发展煤基能源化工成为我国解决能源问题的主要途径。以煤气化为核心的多联产系统则是针对我国面临的能源需求增长、液体燃料短缺、环境污染严重等一系列问题，提出的一条解决我国能源领域可持续发展的重要途径煤经气化后成为合成气，净化以后可用于生产化工原料、液体燃料(合成油、甲醇、二甲醚)和电力。多联产系统所生产的液体燃料，尤其是甲醇和二甲醚可作为煤基车用替代燃料，可以部分缓解我国石油的短缺。同时，甲醇还可以用来生产烯烃和丙烯，以煤化工产品“替代”一部分传统的石油化工产品，对减少石油的消耗量具有重要意义。 甲醇是一种重要的化工原料，又是一种潜在的车用燃料和燃料电池的燃料，因此合成甲醇的研究和探索在国际上一直受到重视。特别是近年来，随着能源危机的出现、C1化学的兴起，作为C1化学重要物质的甲醇，它的应用得到不断的开发，用量猛增，甲醇工业得到了迅猛发展，在世界基础有机化工原料中，甲醇用量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。 1.2甲醇发展前景 甲醇作为一种基础化工原料，在化工、医药、轻纺等领域有着广泛的用途。主要用于制造甲醛、氯甲烷、醋酸、甲胺、甲基丙烯酸甲酯、甲酸甲酯(MF)、二甲醚(DME)、碳酸二甲酯(DMC)、对苯二甲酸二甲酯(DMT)、甲基叔丁基醚(MTBE)等一系列有机化工产品。随着甲醇深加工产品的不断增加和化学应用领域的不断开拓，甲醇在许多领域有着广阔的应用前景：

银基光催化材料的研究进展

14 近些年来，随着可持续发展战略的推行，我国的科学技术水平也飞速提升，在国民生活质量得到全面改善的同时，环境不断恶化、资源大大短缺等问题也日益严峻。导致环境恶化的污染物主要为工业生产中排放的废渣、废气、废水等物质，它们成分大都比较复杂，基本为不同类型的有机物，若直接处理难度非常大。在实际生产过程中，如果对污染物的深度处理操作不能在短时间内完成，则必定会导致该企业的运营成本提高。如今，水资源的污染是世界各国普遍存在且急需解决的重大问题之一。许多对人体和动植物有毒害作用的污染物质很难被土壤、水体等环境自我降解去除，同时，它们在水资源和土壤等环境中存在范围很广、时间很长，对人类健康存在很大的威胁。对于这些难降解的有毒有害污物若继续沿用传统的物理、化学、生物等工艺进行处理已收效甚微，因此，为了提高污水处理效率及循环利用率，开展经济而有效的水体中难降解有机污染物控制技术的研究课题迫在眉睫。 1?光催化降解技术 光催化降解技术被认为是当前在处理工业污水、环境污物等方面最有效且最具有应用前景的一种技术。光催化降解技术与传统的降解方法不同之处在于它主要是利用太阳全光或其中的可见光来降解空气和水体中的有机污物，其降解过程绿色环保，不易产生二次污染，同时操作过程简单易懂、成本较低，因此，该处理方法被认为是在处理废水方面最有研究价值的技术之一。 2?传统光催化材料 目前应用最广泛的光催化剂是TiO 2纳米材料，其具有优秀的光稳定性和光催化活性。但TiO 2纳米材料只能受太阳光光谱中含量仅为4 %的紫外光照射，才能表现出其优异的催化活性，这严重阻碍了TiO 2纳米材料在光催化方面的实际应用[1]。因此，为了拓宽纳米材料在光催化领域的应用范围，有必要合成一些能充分利用太阳光光谱中含量为43%的可见光的新型纳米光催化剂，如WO 3，CdS，Bi 2O 3，Cu 2O 等，它们均可利用 太阳光处理环境中难以去除的有机污物。在大量的新型纳米光催化剂中，银基纳米复合材料展现出许多优异的特性，特别是在对太阳光中的可见光吸收方面，绝大部分银基纳米复合物都具有较宽的可见光的吸收范围。所以，近些年银基纳米化合物已成为可见光催化领域中的重要研究材料。 3?银基纳米光催化材料 银基催化剂，如AgSbO 3、AgVO 3、Ag 3PO 4、AgX （X=Br，I）、Ag 2CO 3、Ag 2O、AgNbO 3、AgMO 2（M=Al，Ga，In等）[2]、等均具有很强的可见光光催化活性。它们的光催化降解能力远远高于传统的可见光光催化剂，如P25，N-TiO 2等，有些甚至达到它们的20倍左右。早在2003年，叶金花教授就致力于研究AgInW 2O 8纳米化合物对有机污物的光催化降解作用[3]。在此后的近十年时间里，其课题组对AgIn 5S 8、AgMO 2（M=Al，Ga，In 等）、Ag 2ZnGeO 4、Ag 2O、β-AgAl1-xGaxO 2等一系列含银纳米材料进行了广泛而深入地研究。上述的银基多金属氧化物的价带顶均由O2p和Ag4d的电子轨道杂化形成，而导带底均由其它的金属离子和Ag5s的最外层s电子轨道或d电子轨道杂化形成，它们的带隙较窄，能够很好地吸收太阳中的可见光部分。除此之外，上述的银基多金属氧化物的空穴氧化能力很强，且价带电势位置较正，所以它们可受太阳光中的可见光的激发，高效地降解有机污染物，且其效果远远超过传统的TiO 2纳米光催化剂。到了2010年，该课题组还发表了磷酸银纳米光催化剂在可见光照射下光解水分子产生氧，同时能高效地降解RhB等有机污物，其中磷酸银纳米材料的量子效率超过90%[4]。同时，其他外国学者们也对AgSbO 3、AgGaO 2等一系列银基纳米复合物的可见光光催化性能进行了广而深地研究。在中国，国家生态环境研究中心的胡春课题组正长期研究含银纳米复合材料在可见光照射下的光催化性能。他们的研究说明了AgVO 3、AgX （X=Br，I）等银基纳米复合材料均具有很强的可见光光催化降解性能。南京大学的邹志刚教授课题组也对 银基光催化材料的研究进展 陈颖 广州工程技术职业学院 广东 广州 510075 摘要：纳米半导体材料光催化技术在处理环境污染方面具有潜在的应用研究价值，是当今环保领域的重要研究热点。银基光催化纳米材料由于其在可见光催化降解环境污物中的突出表现已逐步发展成为当今催化领域的重要课题之一。 关键词：光催化技术 银基?纳米 Research?Progress?of?Silver-based?Photocatalytic?Materials? Chen?Ying? Guangzhou Vocational College of Engineering and Technology ，Guangzhou 510075 Abstract：Semiconductor?photocatalytic?technology?has?potential?application?value?in?environmental?treatment，and?it?is?an?important?and hot?research?topic?in?the?environmental?protection?field.?Ag-based?catalytic?materials?have?wide?application?prospects?in?photoelectricity?and?catalysis?etc?due?to?their?excellent?photocatalytic?activity，promising?high?photo-response?performance. Keywords：photocatalytic?activity；Ag-based；Nano （下转第13页）

光催化氧化反应的研究进展

杨 尧（浙江大学材料与化学工程学院，浙江杭州３１００２７） 摘要：概述了光催化氧化技术降解废水废气的原理，影响因素，提高光催化剂活性的途 径，以及光催化技术在有机合成中的应用。制备高效的催化剂，解决太阳光的利用问题，开发光催化反应器将是今后研究的重点。 关键词：光催化氧化；光催化反应器 以太阳能化学转化和储存为主要背景的半导体光催化特性的研究始于１９１７年，１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ在Ｎａｔｕｒｅ杂志发表关于ＴｉＯ２电极分解水的论文标志着光催化新时代的开始。１９７７年Ｂａｒｄ提出利用半导体光催化反应处理工业废水中的有害物质以后，在半导体微粒悬浮体系中进行光催化消除污染物的研究日趋活跃起来。光催化过程采用半导体材料作为光催化剂，在常温常压下进行，如果利用太阳光作光源，则可大大降低污水处理费用。更主要的是，光催化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质如ＣＯ２、Ｈ２Ｏ及各种相应的无机离子而实现无害化，为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。 科学技术的进步和对光催化技术广泛而深入的研究，使光催化技术得到迅速发展。除了利用半导体材料来进行光催化氧化降解废水、废气以外，也有不少研究机构利用该技术为有机合成提供了一条新途径。 １光催化氧化处理废水、废气的研究现状 １．１ＴｉＯ２光催化氧化处理废水、 废气的原理１９７６年Ｇａｒｅｙ等首先应用二氧化钛光催化降解水中的氯代联苯并取得成功。三十多年来，ＴｉＯ２光催化氧化技术迅速发展，研究者已利用ＴｉＯ２催化降解了水和空气中几千种不同的有毒化合物，其中包括许多难解有机化合物，如有机氯化物、农药、氯酚类、染料类以及近年来倍受人们关注的环境荷尔蒙 类物质。因此，可以说ＴｉＯ２光催化技术是国内外的研究前沿和开发热点。 ＴｉＯ２是一种多晶形的化合物，目前研究最多的 是锐钛矿型ＴｉＯ２。它是一种Ｎ型半导体材料，它的光催化活性高，反应速率快，对有机物的降解无选择性且能使之完全矿化。它的能带结构一般由填满电子的低能价带和空的高能导带构成，它们之间由禁带分开，其禁带宽度为３．２ｅＶ，根据λｇ（ｎｍ）＝ｌ２４０／Ｅｇ（ｅＶ）可知，其激发波长为３８７．５ｎｍ。当吸收了波长小于或等于３８７．５ｎｍ的光子后，价带电子被激发，越过禁带进入导带，形成带负电的高活性电子ｅ－，同时在价带上产生带正电的空穴ｈ＋。在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表现的不同位置。热力学理论表明，电子具有还原性，空穴具有氧化性。吸附在 ＴｉＯ２表面的氧俘获电子形成Ｏ２－，分布在表面的ｈ＋可 以将吸附在ＴｉＯ２表面ＯＨ－和Ｈ２Ｏ分子氧化成?ＯＨ自由基，而?ＯＨ自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物，并将其最终降解为ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等无害物质。由于?ＯＨ自由基对反应物几乎无选择性，因而在光催化氧化中起着决定性的作用。 １．２影响光催化氧化的因素 以ＴｉＯ２为例，ＴｉＯ２的粒径小，光生电子和空穴 从ＴｉＯ２体内扩散到表面的时间短，它们在ＴｉＯ２体内的复合几率减小，到达表面的电子和空穴数量多，因此光催化活性高。 此外，粒径小，比表面积大，有助于氧气及被降解有机物在ＴｉＯ２表面的预先吸附，则反应速率快，光催化效率必然增大。当颗粒大小为１～１０ｎｍ时，出 收稿日期：２００７－０１－１８ 作者简介：杨尧（１９８３￣），男，浙江大学材料与化学工程学院化工所研究生，应用化学专业。主要从事精细有机化工产品的合成与研究。 光催化氧化反应的研究进展 文章编号：１００６－４１８４（２００７）０５－００１７－０５