第十二章光催化性能评价

第十二章光催化性能评价研究方法

本章重点介绍在光催化机理、降解产物分析和性能评价研究中所涉及到的各种表征方法。光催化机理是物理化学研究所关注的领域，在本章中重点介绍了各种光电化学测量手段在光催化机理研究中的应用，除此外也介绍了光生载流子寿命以及活性物种的研究方法；对于光催化降解产物的研究一直是环境化学所关注的重要问题，在这里介绍了不同分析方法（色谱、质谱、色质联用等）在中间产物分析中的应用；光催化材料性能的表征是评价光催化材料及其制备工艺优劣的关键，不仅在理论研究中获得广泛的关注，而且随着光催化技术的迅速发展和广泛的工业化应用，光催化性能标准测试方法的建立是实现不同光催化材料和光催化材料制备工艺评价的基础。

12.1 光催化机理研究

光催化污染物的降解是一个复杂的物理化学过程，涉及到光能吸收、光生电荷分离和界面反应等环节，只有当光激发载流子（电子和空穴）被俘获并与电子给体/受体发生作用才是有效的。在研究光生电荷产生、迁移及复合相关的机理时，需要多种测试手段的相互辅助。这些检测技术如果按照检测参数可以分为：（1）光生电荷产生：吸收光谱法；（2）电荷密度与传输过程特性：电子自旋共振（ESR）、光谱电化学法、电化学I-V法、阻抗谱、表面光伏/光电流技术；（3）寿命与复合，产生辐射、声子或者能量传递给其它载流子：载流子辐射度测量、荧光光谱技术、光声/光热测量、表面能谱技术等等。对于光催化机理的研究是深入认识光催化材料性能及光催化过程的基础，但由于所涉及到的技术手段较多，不同技术涉及到的机理及表征方法各不相同，故在本章中仅介绍文献中常用的技术方法。

12.1.1 紫外－可见漫反射光谱法

在光催化研究中，半导体光催化材料高效宽谱的光吸收性能是保证光催化活性的一个必要而非充分的条件，因此对于光催化材料吸收光谱的表征是必不可少的。半导体的能带结构一般由低能价带和高能导带构成，价带和导带之间存在禁带。当半导体颗粒吸收足够的光子能量，价带电子被激发越过禁带进入空的导带，而在价带中留下一个空穴，形成电子－空穴对。这种由于电子在带间的跃迁所形成的吸收过程称为半导体的本征吸收。要发生本征吸收，光子能量必须等于或大

于禁带的宽度Eg ，即

Eg h h =≥0νν （12.1）

其中，hν0是能够引起本征吸收的最低限度光子能量，即当频率低于ν0，或波长大于λ0时，不可能产生本征吸收，吸收系数迅速下降。这种吸收系数显著下降的特征波长λ0（或特征频率ν0）称为半导体材料的本征吸收限。

在半导体材料吸收光谱中，吸光度曲线短波端陡峻地上升标志着材料本征吸收的开始，本征波长与禁带Eg 关系可以用下式表示出来：

）（nm Eg

12400=λ （12.2） 因此，根据半导体材料不同的禁带宽度可以计算出相应的本征吸收长波限。

由于固体样品存在大量的散射，所以不能直接测定样品的吸收，通常使用固体紫外-可见漫反射光谱测得漫反射谱（UV-Vis Diffuse Reflectance Spectra, DRS ），并转化为吸收光谱。利用紫外－可见漫反射光谱法可以方便的获得半导体光催化剂的带边位置，所以是光催化材料研究中的基本表征方法。 12.1.1.1 紫外－可见漫反射光谱原理

物质受光照射时，通常发生两种不同的反射现象，即镜面发射和漫反射。对于粒径较小的纳米粉体，主要发生的是漫反射。漫反射满足Kubelka-Munk 方程式：

S K R R R /)2/()1()(2

=-=∞∞F （12.3） 式中，K 为吸收系数，与吸收光谱中的吸收系数的意义相同；S 为散射系数； R ∞为无限厚样品的反射系数R 的极限值。

事实上，反射系数R 通常采用与已知的高反射系数（R ∞≈1）标准物质（如，BaSO 4和MgO ）比较来测量。如果同一系列样品的散射系数S 基本相同，则F(R)与吸收系数成正比；因而可用F(R)作为纵坐标，表示该化合物的吸收带。又因为F(R)是利用积分球的方法测量样品的反射系数得到的，所以F(R)又称为漫反射吸收系数。

利用紫外－可见漫反射光谱法（UV-vis DRS ）可以方便的获得粉末或薄膜半导体材料的能带间隙。紫外－可见光谱的积分球附件原理如图12-1所示，积分球是一个中空的完整球壳，其内壁涂白色BaSO 4漫反射层，且球内壁各点漫射

均匀。入射光照射在样品表面，反射光反射到积分球壁上，光线经积分球内壁反射至积分球中心的检测器，可以获得反射后的光强，从而可以计算获得样品在不同波长的吸收。

根据材料的紫外－可见漫反射光谱可以计算获得半导体材料的吸收带边或禁带宽度。具体求法是先对紫外－可见漫反射光谱图求导，找到一阶导数最低点，通过这个点作切线，切线与吸光度为零时所对应的横轴交点的波长即为材料的吸收带边，同时也就得到了半导体的禁带宽度。也可以根据吸收谱中的吸收系数，作出以光子能量hν为横轴，（αhν）2为纵轴的曲线，如图12-2所示。然后拟合光吸收边所得直线在横轴上的截距即为带隙能量Eg。其中hν=h·c/λ，h=6.626×10-34 J·s为普朗克常数，c=3×108 m/s为光速，λ为相对应的波长，最后把能量转化为电子伏特为单位（J

10

=）。

119-

?

602

.1

eV

图12-1 漫反射积分球结构示意图

图12-2 半导体材料禁带宽度作图法计算

12.1.1.2 紫外－可见漫反射光谱法在光催化材料研究中的应用

通过紫外-可见漫反射光谱可以方便的获得半导体材料的吸收带边，而材料制备工艺对于其吸收带边有明显的影响。水热合成的Bi 2WO 6纳米片与固态合成的Bi 2WO 6样品的紫外－可见漫反射吸收光谱如图12-3所示[1]。由图可见，样品都有明显的吸收带边，其吸收带边位置可以由吸收带边上升的拐点来确定，而拐点则通过其导数谱来确定，相应地可以计算出其光吸收阈值的大小，从而也可以确定其禁带宽度。当入射光的光子能量高于半导体的带宽时，将导致本征跃迁。通常在吸收边附近，吸收系数α同入射光子能量E 的关系为：

n )E g 0-=E （αα （12.4）

式中，指数n 为2时，表示为间接跃迁形式；指数为1/2时，表示为直接跃迁形式。Bi 2WO 6纳米片的吸收边要小于固态合成Bi 2WO 6的吸收边，这种蓝移趋势可以从量子尺寸效应加以解释。一般认为当纳米材料的粒径小于10 nm 时才表现出显著的量子尺寸效应，且粒径越小，其带隙越宽，量子尺寸效应越明显。

图 12-3 Bi 2WO 6纳米片与固态合成的Bi 2WO 6样品的紫外－可见漫反射吸收光谱

图12-4给出了不同C 60修饰量的ZnO/C 60的紫外－可见漫反射光谱。对ZnO 粉体来说，只在400 nm 以下出现吸收峰，这与ZnO 的带隙宽度是一致的。对C 60修饰后的ZnO 样品，则从200～750 nm 均有吸收。从图中可以看出，C 60吸附在ZnO 表面后，催化剂在400～750 nm 范围内出现了宽的吸收带。随着C 60负载量的增加，400～750 nm 范围内的吸收逐渐增强，在C 60负载量为2 %时为最大，2.5 %时吸收值有所下降，如图12-4内嵌图所示。负载量从0到2 %吸光

度的线性增加表明C60在TiO2表面可能形成单分子层化学吸附；当负载量超过2 %，单层吸附达到饱和，C60趋向于在TiO2表面聚集成簇，此时的吸光度有所下降。C60的分子直径是0.71 nm，ZnO的比表面积是57.3 m2 g-1，理论估算表明当C60的负载量约为11 %时，在ZnO粒子表面能形成致密的单分子层覆盖，考虑到C60仅能占据ZnO表面的活性位点以及C60分子间斥力，认为形成致密单分子层所需的C60的量要远小于11 %。综合紫外－可见漫反射结果，当负载量为2 %时，C60在ZnO颗粒表面形成了相对致密的单分子层，负载量为2.5 %时，可能由于C60分子间发生聚集导致吸光度下降，C60的修饰并没有影响到ZnO在紫外区的吸收。因此，ZnO/C60的紫外区吸收由ZnO造成，可见光区的吸收由C60导致。在可见光区域有吸收，使该催化剂利用可见光成为可能。催化活性表征也表明负载C60量为1.5 %的ZnO的活性最高，C60负载量的进一步增加反而降低了负载ZnO的光催化活性。[2]

图12-4经不同含量C60修饰后ZnO/C60催化剂的紫外－可见漫反射光谱12.1.2 荧光光谱：缺陷结构与寿命

晶体的主要特征是其中原子的规则排列，但实际晶体中原子的排列总是或多或少地偏离了严格的周期性。晶体中的原子作微振动时破坏了周期性，因而在晶体中传播的电子波或光电波会受到散射，这就意味着晶体的电学性质或光学性质发生了变化。在热起伏过程中，晶体的某些原子振动剧烈，脱离了格点而跑到表面上，在内部留下了空格点，即空位；或者那脱离格点的原子进入了晶格中的间隙位置，形成间隙原子。另一方面，外来的杂质原子进入晶体后，可以处在间隙

位置上，成为间隙式的杂质，也可以占据空位而成为取代原子。这些在一个或几个晶格常数的线度范围内引起晶格周期性的破坏，统称为晶体中的点缺陷。晶体中的缺陷影响着晶体的力学、电学、热学、光学等等方面的性质。荧光光谱(Photoluminescence Spectroscopy) 是研究半导体纳米材料的电子结构和光学性能的有效方法，特别是对于一些缺陷的判断，并且能获得光生载流子的迁移、捕获和复合等信息[3]。

12.1.2.1稳态荧光光谱及时间分辨荧光光谱仪

稳态荧光谱仪一般由激发光源、单色器、试样池、光检测器及读数装置等部件组成。荧光光谱仪的光源主要有弧光灯、固态发光二极管光源以及激光光源。弧光灯通常具有较宽的连续输出波长范围，在稳态荧光光谱仪上的应用最多，通常对于分子荧光检测以及光致发光材料的检测都具有较好的信号。但是对于荧光信号较弱的半导体固体材料，由于弧光灯光源经单色器分光后，其光强较弱相应发射谱信号也较弱，这时很难探测到微弱的荧光信号。但是利用激光光源强度大，单色性好的特点，可以大大提高荧光测定的灵敏度和检测限，以激光为光源的荧光检测技术被称为激光诱导荧光谱（Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy, LIF 谱）。但是由于激光光源波长单一，因此实际测试中需选取合适的激发波长进行相应的检测。

在光催化及光伏材料研究中，对于光诱导电荷分离及其迁移过程的深入认识是一个非常关键的科学问题。通过研究半导体光催化材料的荧光衰减动力学信息，对于理解纳米尺度电荷及能量的传输过程都异常重要。通过时间分辨荧光光谱（Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy）的测量能够直接获得荧光衰减曲线（荧光强度－时间曲线），从而获得瞬态相关的物理机制，如图12-5所示。通过对于原始衰变数据的合理拟合，可以定性判断在光激发过程中特定的物理机制。

为了获得荧光寿命，除了测量荧光衰减曲线还必须测量仪器响应函数（即激发脉冲）。因为灯或激光脉冲的时间宽度是有限的，这会使样品本征的荧光反应产生畸变。在典型的实验中，要测量两条曲线：仪器响应函数和荧光衰减曲线。然后把仪器响应函数与模型函数（单指数函数或双指数函数）的卷积与实验衰减结果比较。通过这一迭代数值过程直到与实验衰减曲线一致。

图12-5 实验激光曲线，衰减曲线（点状函数）和最佳数值拟合曲线。真正的

指数函数代表了衰减模型。

12.1.2.2 荧光光谱法在光催化材料研究中的应用

12.1.2.2.1半导体光催化剂缺陷能级的研究

图12-6 N、F共掺的TiO2材料的荧光光谱图

（a）不同热处理温度；（b）900 oC处理后样品的荧光光谱分峰拟合光谱在掺杂态TiO2材料中，通过研究其荧光光谱可以获得其中的缺陷结构及相应的缺陷能级。例如在N、F共掺的TiO2材料中，经不同热处理温度获得的荧光光谱如图12-6（a）所示。实验中，以He-Cd激光器（325 nm）为激发光源。对于

每个N、F共掺样品存在一个由五个峰形成的宽带的荧光发射[4]。图12-6（b）为900 oC处理后样品荧光光谱分峰拟合后的光谱。其中，在465 nm的峰1为带有两个捕获电子的氧空位，例如F心。在525 nm处的峰2归因于带有一个捕获电子的氧空位，例如F+心。根据Franck-Condon理论，在627 nm处的峰3是空位附近离子晶格极化造成的，其发射中心对应于Ti3+离子。峰4归因于掺杂的N 原子，因为对于原始P25及800 oC处理样品不存在这个峰。

在深入探讨相关结果的基础上，可以建立N－F共掺TiO2材料其价带和导带间存在的相关能级结构模型，如12-7图所示。在图中给出了不同荧光峰对应的激发电子转化途径。通过对于荧光光谱的分析可以获得材料内缺陷态信息及其相应的能级状态。

图12-7 N－F共掺TiO2材料的能级结构模型

通常当发光光谱对应带隙能量时，发光峰越强，表明能量损耗的复合作用越强，光催化活性越低。但很多时候发光峰还对应复杂的表面态能级和激子复合，因此对于发光光谱的结果需要综合分析。在对掺杂Zn2+离子的TiO2纳米颗粒的研究中发现，样品光催化活性与其荧光信号强度顺序一致，即荧光信号越强，活性越高，文献认为这是由于光致发光信号主要源于表面氧空位，而在光催化反应中，表面氧空位有利于氧化反应的进行[5]。

12.1.2.2.2电荷分离及迁移的动力学过程研究

当所有被激发分子处于相同的化学环境中时，荧光衰减的动力学过程通常遵循荧光衰减定律，即荧光强度随时间以单指数形式衰减。但是实际上，大多数情况下激发分子所处的环境并不相同，可能被各种参数影响，例如荧光的淬灭、能量的传输过程等。因此，在多数情况下，衰减方程是以多指数甚至是非指数形式出现。

在CdSe 量子点与Au 纳米颗粒杂化体系中，通过比较CdSe 量子点、CdSe 量子点与Au 纳米颗粒混合体系以及CdSe 量子点与Au 纳米颗粒杂化体系中时间分辨荧光光谱（图12-8）的探讨，发现体系中存在三种不同的衰减通道，其中最快速过程对应于电子由CdSe 量子点向金纳米颗粒的迁移。且在这一过程中CdSe 表面形成的空穴被溶液带走，然而在Au 纳米颗粒表面的电子则非常缓慢的释放于溶液中，因此可以在氧化-还原反应中充当还原剂。基于亚甲基蓝的光催化反应模型发现在Au 纳米颗粒上的电子可以保持100分钟以上[6]。

图12-8 CdSe 量子点、CdSe 量子点与Au 纳米颗粒混合体系以及CdSe 量子点与

Au 纳米颗粒杂化体系的时间分辨荧光光谱图

∑-+=)/exp()(I i i pl t B A t τ （12.5） 其中，i τ是寿命项，i B 为指前放大系数，A 为附加的背景参数。典型的拟合结果如表12-1所示。

表12-1 荧光寿命τ，淬灭效率Q q 和。。。参数k Au

1τ(ns);

C 1 2τ(ns); C 2

3τ(ns); C 3 **-τ (ns) Q q K Au (ns -1) CdSe 33.5(2) 9.6(1)

28.6 53% 47%

Mixed 23.3(2) 4.1(1)

14.6 49% 0.034 Au/CdSe 17% 83%

Au/CdSe 16.5(7) 3.75(8)

0.76(2) 5.1 82% 0.161 NH

2% 28% 70% %100/3,2,1????? ?

?=∑=*i i i i B B C ，C i 是单独衰减部分的相对浓度；

∑∑==-**=

3,2,13,2,12/i i i i i i B B τττ，-

τ是每个样品的平均寿命。

对于CdSe 量子点与Au 纳米颗粒杂化结构其平均寿命为5.1 ns ，远小于CdSe 量子点的28.6 ns 和Au/CdSe 混合物的14.6 ns 。CdSe 量子点表现为双指数衰减特征，可以把33.5 ns 和9.6 ns 衰减寿命归因于表面态及内核激发发射两种寿命分离造成。而CdSe 量子点的表面缺陷和Au 纳米颗粒与CdSe 间状态都会影响CdSe

荧光衰减的寿命。对于机械混合的Au纳米颗粒/CdSe量子点体系，两种状态的寿命分别变为23.3 ns和4.1 ns；但对Au纳米颗粒与CdSe量子点紧密结合形成杂化结构时，其荧光寿命进一步缩短，变为16.5 ns和3.8 ns。

12.1.3 表面光电压谱

许多半导体材料的特性都和半导体的表面性质有着密切的关系。在某些情况下，往往不是半导体的体相效应，而是其表面与界面效应支配着半导体材料的特性。研究半导体表面现象，利用各种技术研究表面光生电荷在构成其材料中的传输特性，这在半导体材料性能研究中具有极其重要的意义。特别是，光生电荷的研究与光催化机理解释具有密切的相关性，是理解光催化过程及其机理的重要手段[[7]]。

12.1.3.1 表面光电压原理

表面光电压是固体表面的光生伏特效应，是光致电子跃迁的结果。表面光电压的研究始于20世纪40年代末诺贝尔获奖者Brattain和Bardeen的工作，之后这一效应作为光谱检测技术应用于半导体材料的特征参数和表面特性研究上，这种光谱技术被称为表面光电压技术（Surface Photovoltaic Technique，SPV）或表面光电压谱（Surface Photovoltage Spectroscopy，简称SPS）。[8,9]表面光电压技术是一种研究半导体特征参数的极佳途径，这种方法是通过对材料光致表面电压的改变进行分析来获得相关信息的。1973年，表面光电压研究获得重大突破，美国麻省理工学院Gatos教授领导的研究小组在用低于禁带宽度能量的光照CdS 表面时历史性的第一次获得入射光波长与表面光电压的谱图，并以此来确定表面态的能级，从而形成了表面光电压谱这一新的研究测试手段。[10,11] SPS作为一种光谱技术具有许多优点：[7]第一，它是一种作用光谱，可以在不污染样品、不破坏样品形貌的条件下直接进行测试，也可测定那些在透射光谱仪上难以测试的光学不透明样品；第二，SPS所检测的信息主要反映的是样品表层（一般是几十纳米）的性质，因此受基底的影响较弱，这一点对于光敏材料表面的性质及界面电子过程研究显然很重要；第三，由于SPS的原理是基于检测由入射光诱导的表面电荷的变化，因而其具有较高的灵敏度,大约是108 q/cm2（或者说每107个表面原子或离子有一个单位电荷），高于XPS或Auger电子能谱等

标准光谱或能谱几个数量级。表面光电压谱可以给出诸如表面能带弯曲，表面和体相电子与空穴复合，表面态分布等信息，是在光辅助下对电子与空穴分离及传输行为研究的有力手段，是评价光催化材料活性的一个十分有效的方法。

那表面光电压是如何产生的呢？当两个具有不同功函数的材料接触时，由于它们的化学势不同，在界面附近会发生相互作用，电子会从费米能级高的物体向费米能级低的物体转移。n型半导体的费米能级比金属的费米能级高，因此当二者接触时，半导体中的电子向金属运动，直至达到平衡状态，从而在半导体表面形成电子耗尽层，使得表面能带向上弯曲。相反的，p型半导体的费米能级比金属的费米能级低，当二者接触时，金属中的电子向半导体运动，半导体表面形成空穴耗尽层，使得表面能带向下弯曲。在光照条件下，半导体将在其表面附近产生非平衡的载流子（电子或空穴），非平衡载流子在表面和体相内重新分布，并中和部分表面电荷，从而使半导体表面静电荷发生变化。为了保持体系电中性，表面空间电荷区的电荷会发生重新分布，相应的表面势发生改变。这个表面势垒的改变量即为表面光电压，它的数值取决于被测样品表面静电荷的变化。

能够产生表面光电压的光致电子跃迁主要有三种[12]：带－带跃迁、亚带隙跃迁及表面吸附质向半导体的光致电荷注入。当入射光的能量大于或等于半导体的能隙宽度时，半导体吸收光子，电子从半导体价带向导带跃迁产生电子－空穴对，在表面势的作用下，电子－空穴对发生分离，空间电荷重新分布，最终结果使得表面电荷减少，能带弯曲变小，产生表面光电压。而当入射光能量小于半导体能隙宽度时，将产生电子从价带向表面态的跃迁或从表面态向导带的跃迁，这种跃迁也会使表面电荷发生改变，引起表面能带弯曲的变化，也可以产生表面光电压。另外一种表面光电压的产生过程与表面吸附质有关，由于吸附在半导体表面的物质能够吸收光子并与半导体进行直接或间接电荷交换，也能引起半导体空间电荷层电荷的变化，从而引起表面势垒的变化，即产生表面光电压。

12.1.3.2表面光电压谱的测量原理及方法

图12-9表面光电压检测装置

（a）（b）

图12-10 表面光电压谱仪框图（a）及光电压池结构示意图（b）

表面光电压谱与普通的透射或漫反射光谱不同，它是作用光谱，是利用调制光激发而产生光伏信号。因此，所检测的信号包括两方面信息：一个是常见的光电压强度谱，它正比于样品的吸收光谱；另一个是相位角谱。SPV 信号的实质是对样品施加在强度信号上的正弦调制光脉冲，将会导致一个相同频率调制的，而且是正弦波的表面电势的变化。影响表面电势值的是少数载流子平均扩散距离内的光生电子或空穴，即SPV在比少数载流子平均寿命更长的时间后才出现极值。因此，在入射光脉冲和SPV的极值之间有一个时间延迟，也即相位差。可以通过研究样品的SPV 响应相位角来判断固体材料的导电类型、表面态得失电子性质和固体表面的酸碱性质。

表面光电压检测装置主要由光源、单色器、斩波器与锁相放大器、光电压池以及信号采集软件构成，如图12-9所示。一般采用氙灯作为光源，其在紫外及可见光谱范围光强都比较强。氙灯发射的光经透镜系统处理获得平行出射光，并进入光栅单色仪。经由光栅单色仪可以获得具有较高分辨率的单色光，并经过外

部光路引入光电压池。

光电压池是光电转换器件，它的结构对光电响应及信噪比有较大影响。为了获得更好的信噪比，必须采用较好的电磁屏蔽。本实验中采用铜质的屏蔽箱。光电压池结构如图12-10右图所示，为三明治（ITO/样品/ITO）构造。所用的ITO 电极在300~330 nm有明显地吸收。

由于表面光电压信号非常微弱，并且十分容易受到外界电磁信号干扰，因此表面光电压通常基于锁相放大器进行测量。利用斩波器对入射光信号进行调制，通过锁相放大器获得与斩波器具有相同频率的叠加在较大噪音背景下的微弱光电压信号。这一测试系统即使有用的信号被淹没在噪声信号里面，并且噪声信号比有用的信号大很多，只要知道所采集信号的频率值，就能准确地测量出这个信号的幅值。

除此外，电场诱导的表面光电压谱（Electron-Field-Introduced SPS, EFISPS）是在SPS的基础上，研究在外电场作用下纳米粒子表面光生电子和空穴的迁移及空间电荷层变化的一种作用光谱，也具有非常多的应用。

12.1.2.3表面光电压谱在光催化材料研究中的应用

在半导体的表征中，表面光电压谱是一种非常有用的技术，它主要给出在光照条件下载流子的分离和传输行为。表面光电压的信号越高就表明光生载流子的分离速度越快。因此，材料的光催化性能可以通过表面光电压谱进行预测。

图12-11 Si片及Si纳米线与TiO2复合的光电压谱图

在Si片及Si纳米线阵列表面生长获得不同厚度的TiO2层，其表面光电压谱如图12-11 所示。对于Si纳米线阵列结构其光电压谱中存在两个峰，380 nm附近的峰对应于TiO2的带边吸收，在可见光区域的峰对应于p型Si纳米线的吸收。

并且随着TiO2膜厚度的增加，可以看到其紫外区域的峰增高，而其可见光区的光电压信号强度降低。这是因为随着TiO2层的增厚对于紫外光的吸收增加，并且表面TiO2颗粒会反射可见光，造成可见光区光电压信号的降低。而对于p型硅/TiO2复合材料，只有当TiO2层最薄时才表现出可见光区的光电压信号，当TiO2层厚度增加时存在一个最佳的TiO2层厚度，这时在紫外光区可以获得最大的光电压信号，这说明最佳的TiO2层厚度是由载流子扩散长度所决定的。从光催化活性来看，p型Si纳米线阵列/TiO2的活性要远大于p型Si/TiO2的活性。[13]

12.1.4表面光电流

表面光电压谱技术虽然能够获得光催化剂重要的物理及化学性能，但是这种方法所得到的信息同光催化剂在反应中的具体行为之间仍然具有一定的差异，有可能没有完全真实地反映光催化剂在降解污染物过程中所表现出的催化性能。因此，需要一种能直接针对光催化反应体系进行动态测量的手段。但对于悬浮体系很难实现反应过程的动态测量，而对于催化剂电极体系则可以实现反应过程的动态检测，从而为光电催化甚至光催化的动力学及其机理提供有用的信息。

当光照射半导体电极时会在电路中产生电流，这是由于光电效应的原因，这个电流是由电极发射出来的电子产生的，所以叫做光电流。当入射光的能量大于半导体的能隙宽度时，电子由价带向导带跃迁产生空穴－电子对，光生电子沿导线向另一电极迁移产生电流，并且光电流的强度与入射光的强度成正比。可见，产生的光电流强度与入射光的强度及半导体本身性质紧密相关，可用光电流谱研究光诱导下光催化剂电子与空穴分离和迁移过程。

目前，常用的方法是首先将光催化剂做成多孔膜电极，以Pt电极作为对电极，组成电解池，在单色光照射下，检测产生的光电流。在光催化剂薄膜上的光诱导电子分离效果如图12-12所示。图中所示利用光催化剂溶胶制作的薄膜，颗粒之间是紧密结合在一起的，并且具有多晶半导体膜的光电化学特性。在有紫外光照射的条件下，光致空穴向颗粒/溶液界面上移动，而光致电子则移向ITO/ Photocatalyst电极[14]。

图12-12光诱导电子分离效果图

下面以TiO2为例简单介绍光电流谱在光催化研究中的应用。紫外光的照射是TiO2产生光电流的基本条件，在没有紫外光，只有偏电压的情况下，电子的迁移速度很慢，或者基本不迁移。K. Vinodgopal等人认为在无光照时有微弱的电流是因为电子在这些粒子上的聚集而表现出来的阴极电流[15]。因此可以认为只有在紫外光照的条件下，TiO2颗粒薄膜上才能产生较多的光致电子，并得到有效引导，使之容易分离。

在实验中，使用ITO/TiO2薄膜电极作为阳极，输入的阳极偏电压在光催化的条件下可以将电子通过外电路流向导电玻璃阴极，将空穴转移到催化剂表面。这样就可以大大降低电子与空穴的复合几率，从而提高光子效率，也就是说，在ITO/TiO2电极上施加偏电压是在原有光电压的基础上在薄膜上又提供了一个电势差，从而进一步使电子和空穴有效分离，减弱电子和空穴的复合，使之向不同的方向移动。如果使用ITO/TiO2薄膜电极作为阴极，那么外加偏电压不但不能促进光催化的进行，反而会使光降解的效率降低[16]。

Wang Y Q等[17]将自己合成的二氧化钛镀在一片透明的导电FTO玻璃（掺有氟的SnO2, 50 Ωsq-1）上，做成一支电极，以饱和甘汞电极为参比电极，以铂电极为对电极构成一个带有石英窗的三电极系统，电解液为0.1 mol L-1的SCN-（pH 4.0）。以200 W氙灯激发电极，并记录二氧化钛被激发时所产生的电流信号，得到光电流谱。发现掺杂5 %的Eu、La 、Pr、Sm、0.5 %Nd 的光电流均比纯二氧化钛高，这说明掺杂提高了光生电子与空穴的分离效率，对罗丹明B的降解实验也说明掺杂提高了二氧化钛的光催化活性。

图12-13 ITO/ZnO/C60膜在紫外光照射前后的光电流响应曲线采用光电流测试可以了解对ZnO进行改性修饰后，光催化体系中载流子的复合及分离，从而深入研究光催化剂的改性。ITO/ZnO和ITO/ZnO/C60薄膜的表面光电流谱如图12-13所示，随着偏压的增加两种膜的光电流也明显增加，在相同的偏压下，C60修饰的ZnO的光电流要比未修饰时大。C60修饰ZnO薄膜光电流的增加意味着较高的光诱导电荷分离效率，这与C60分子与ZnO的相互作用相关，这一点在光催化活性表征实验中得到了证明，C60的修饰可以明显提高TiO2的光催化活性。当ITO/ZnO膜在紫外光照射条件下长时间照射，如图12-14（A）所示，随着照射时间的延长，其光电流明显的降低；而对于经C60修饰后的薄膜体系，在紫外光长期照射后其光电流并没有明显的降低。这是由于C60单分子层修饰起到了稳定ZnO纳米结构的作用，从而抑制了ZnO的光腐蚀。[2]在光催化过程中，电子在光催化剂中的迁移是决定光催化效率的关键因素，通过测量光电流大小就可以了解光催化过程中电子的转移情况。图12-14给出了不同水热反应温度条件下制备的BaTa2O6纳米棒在紫外条件下溶液中光催化剂产生的光电流大小比较。可以发现270 ℃时制备的BaTa2O6纳米棒在溶液中产生的光电流最大，而290 ℃的BaTa2O6纳米棒光电流值最小，只有270 ℃样品的三分之一。还发现产生光电流的大小顺序和光催化活性的大小顺序一致，这就说明光电流的大小与光催化活性成正相关，因此在相同实验条件下测得的光电流大小能够直接反映催化剂的活性高低。光致电子和空穴的产生是光催化反应的决速步骤，它们在溶液中的速率决定了光催化活性。由上面的分析可知，水热反应温度为270 ℃时，具有较高光生载流子的分离效率；而经过270 ℃制备的样品具有较为丰富的表面态和较低的表面缺陷、氧空位含量。这有利于光生电子分离，

并传递给吸附在催化剂表面的O 2，生成O 2-自由基，从而加速有机物的分解。[18] 050010001500200025003000

0.0000

0.0001

0.0002

0.00030.00040.0005

a, 2500C,48h b, 2600C,48h c, 2700C,48h d, 2800C,48h e, 2900C,48h I / A c m -2Time/ sec

a e c

b d

图 12-14 不同水热反应温度BaTa 2O 6纳米棒紫外光条件下的光电流

由于Bi 2WO 6多孔薄膜是直接制备于ITO 导电玻璃上，因此可以直接进行光电流测试来研究Bi 2WO 6多孔薄膜在光电转换方面的优势。光电流的测试是在三电极体系中完成，分别以甘汞电极、铂丝为参比电极及对电极。电解质采用0.5 mol/L Na 2SO 4溶液。图12-15是Bi 2WO 6多孔薄膜和Bi 2WO 6无孔薄膜电极的I-V 响应曲线。可以看到，随着光源的开关，两个电极都表现出很快的光电流响应。当偏压超过两个电极的开路电压（V op =-0.1 V ）时，可以产生阳极电流，并且阳极电流随着偏压的增大在平稳增加。可以明显的看到在整个电压范围内，Bi 2WO 6多孔薄膜的光电流响应值要远大于Bi 2WO 6无孔薄膜的光电流。需要特别指出的是，对于两个薄膜电极，都可以看到在电压-0.1到0.1 V 范围内，光电流随偏压的增大呈现近似线性的增加。可以计算出在这一区域光电流增加的斜率，发现Bi 2WO 6多孔薄膜的光电流增大斜率是无孔薄膜的5倍。实际上，这个斜率值对应于工作电极材料与电解质之间的接触电阻的倒数，斜率越大则说明工作电极与电解质之间的接触电阻越小。可见，Bi 2WO 6多孔薄膜与电解质溶液之间的接触电阻是无孔薄膜的1/5。多孔结构降低了薄膜与电解质之间的接触电阻。光电流增加的斜率值是与薄膜材料本身的织构密切相关的。在多孔薄膜中，有更多区域直接与电解质接触，因此，结构中更多区域将受到半导体与电解质界面的肖特基

结的影响，导致在多孔结构中光生载流子在肖特基空间电荷层的漂移成为决定因素。[19]

另一方面，由于在多孔结构中，光生电荷从产生的地方迁移到半导体电解质界面被有效利用的距离更近，因此相对于无孔薄膜，光生电荷的传输效率更高，这将提高光生电荷的分离，有效降低了光生载流子的复合。

图12-15 Bi 2WO 6多孔薄膜及无孔薄膜I-V 曲线

12.1.5交流阻抗谱[20]

12.1.5.1 交流阻抗谱的原理

交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号的电化学测量方法。由于当一个电极系统的电位或流经电极系统的电流变化时，对应流过电极系统的电流或电极系统的电位也相应变化，这种情况正如一个电路受到电压或电流扰动信号作用时有相应的电流或电压响应一样。当用角频率为ω的振幅足够小的正弦波信号对一个稳定的电极系统进行扰动时，相应的电极电位就作出角频率为ω的电压信号，此时电极系统的频率函数，就是电化学阻抗。在一系列不同角频率下测得的一组这种与频率相应的函数值就是电极系统的电化学阻抗谱。

电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy ，EIS ）也可以称为交流阻抗谱（AC Impedance ），它是常用的一种电化学测试技术，是研究电极过程动力学、电极表面现象以及测定固体电解质电导率的重要工具。在电化学阻抗谱测试中以小振幅的电信号对体系进行扰动，一方面可避免对体系产生大的影响，另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线形关系，这就使得测量结果的数学处理变得简单。同时它又是一种频率域的测量方法，通过在很宽的频率范围内测量阻抗来研究电极系统，因而得到比其他常规的电化学方法更多的动力学

P h o t o c u r r e n t / A c m -2Potential / V

光氧催化使用说明书(1)

光氧催化有机废气净化器 使 用 说 明 书

一、产品概述 本产品采用高能高臭氧UV紫外线光束、氧化反应催化板、高能离子发生器的工艺来降解恶臭气体（有机废气），改变恶臭气体如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，通过高能紫外线光束照射、催化剂的氧化反应、正氧离子的氧化反应，降解转变成低分子化合物，如CO2、H2O等。 二、产品用途 本系列有机废气净化器产品主要适用于：各类工业喷涂、印刷、印花、丝印挥发性有机废气；各类恶臭气体的除臭净化处理。 各种工厂、废水处理站、医院、垃圾中转站等场所的有机废气除臭、杀菌的净化处理； 三、工作原理 1、利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧),众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。恶臭气体利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对恶臭气体进行协同分解氧化反应，使恶臭气体物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。 2、催化板（二氧化钛）在受到紫外线光照射时生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基，攻击有机物，达到降解有机物的作用。二氧化钛属于非溶出型材料，在彻底分解有机污染物和杀灭菌的同时，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的杀菌、降解污染物效果。

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比 H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负，才能产生H2，价带顶必须比O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正，才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（3.2eV）略大于金红石（3.1eV），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空穴的捕获

影响纳米材料光催化性能的因素教学文案

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负，才能产生H2，价带顶必须比 O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正，才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（3.2eV）略大于金红石（3.1eV），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空

Tio2的光催化性能研究

TiO2的光催化性能研究 摘要：主要介绍二氧化钛的光催化原理，基本途径，以及光催化剂的结构特性和影响因素，还讲述了关于二氧化钛的光催化应用。 关键字：二氧化钛光催化光催化剂 二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。 1 TiO2的基本性质 1.1结晶特征及物理常数 物性：金红石型锐钛型 结晶系：四方晶系四方晶系 相对密度：3.9~4.2 3.8~4.1 折射率： 2.76 2.55 莫氏硬度：6-7 5.5-6 电容率：114 31 熔点：1858 高温时转变为金红石型 晶格常数：A轴0.458,c轴0.795 A轴0.378,c轴0.949 线膨胀系数：25℃/℃ a轴：7.19X10-6 2.88？10-6 c轴：9.94X10-6 6.44？10-6 热导率： 1.809？10-3 吸油度：16～48 18～30 着色强度：1650~1900 1200~1300 颗粒大小：0.2~0.3 0.3 功函数：5.58eV

2TiO2的光催化作用 2.1光催化作用原理 二氧化钛是一种N型半导体材料，锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV，由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式： λg (nm)=1240/Eg(eV) 可知：当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时，价带中的电子就会发生跃迁，形成电子-空穴对，光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。除了上述变化途径外，光激发产生的电子、空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子、空穴俘获剂，储备的能量在几个毫秒内就会通过复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制，随后的氧化还原反应就会发生。在水溶液中，光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧，氧俘获电子形成O2-；OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂，空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有高度活性的?OH自由基，活泼的?OH 自由基可以将许多难以降解的有机物氧化为CO2和H2O。其反应机理如下： TiO2 + hv → h+ + e- h+ + e- →热量 H2O → H+ + OH- h+ + OH- → HO? h+ + H2O + O2- → HO?+ H+ + O2- h+ + H2O → HO?+ H+ e- + O2→ O2- O2- + H+ → HO2? 2HO2?→ O2 + H2O2 H2O2 + O2- → HO?+ OH- + O2 H2O2 + hv → 2HO? 从上述光催化作用原理分析可知道，光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映出光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响，相互制约。

UV光氧催化废气处理设施使用说明书

光氧催化废气净化器使用说明书 目录 1. 设备说明 1.1、技术原理 1.2、性能参数 1.3、技术特点 1.4、技术优势 1.5、适用范围 2. 操作使用说明 2.1注意事项 3. 电气系统维护 4. 安全、操作、维护保养注意事项 5. 常见故障与排除方法 6. 安装说明 1. 设备说明 1.1技术原理 本产品利用特制的高能高臭氧 UV 紫外线光束照射废气，裂解工业废气如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物 H2S 、 VOC 类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，降解转变成低分子化合物，如 CO2 、 H2O 等。利用高能高臭氧 UV 紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。 UV ＋ O2→O-+O ＊ ( 活性氧 )O+O2→ O3( 臭氧 ), 众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对工业废气及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。工业废气利用排风设备

输入到本净化设备后，净化设备运用高能 UV 紫外线光束及臭氧对工业废气进行协同分解氧化反应，使工业废气物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。利用高能 UV 光束裂解工业废气中细菌的分子键，破坏细菌的核酸（ DNA ），再通过臭氧进行氧化反应，彻底达到净化及杀灭细菌的目的．从净化空气效率考虑，我们选择了 -C 波段紫外线和臭氧发结合电晕电流较高化装置采用脉冲电晕放吸附技术相结合的原理对有害气体进行消除，其中-C 波段紫外线主要用来去除硫化氢、氨、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、乙酸乙酯、乙烷、丙酮、尿烷、树脂、等气体的分解和裂变，是有机物变为无机化合物。 净化装置由初滤单元、 -C 波段紫外线装置，降解收集，臭氧发生器及过滤单元等设备和部件组成。 该装置采用五级净化方式，装置的工艺流程如图 1 所示。 1.2性能参数 1、处理风量：2000-100000 m3 /h 2、有机废气净化效率：≥95%； 3、设备阻力：≤300Pa; 4、电源电压： 220 V 50HZ 5、电功率：1200w-60000w 6、备噪声：≤45Db 1.3技术特点 1 ．无毒无任何副作用。完全超越了传统的臭氧等空气净化器，能在有人在场的环境中持续灭菌、除尘，对人体无毒副作用。能广譜地截获杀灭空气中的各类细菌，测试证明对军团菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、黑色变种芽孢及自然菌杀灭率达 99.9 ％以上，有效去除可吸入颗粒，达到 1-10 万级洁净度。 2 ．消除污染有害气体异味，初级电子在电场中获得加速，撞击空气中的氧分子。当能量超过氧分子的电离电位时氧分子迅速离子化。失去电子的氧分子变成正极性氧离子（ O2+ ），而释放的电子又与

UV光氧催化设备保养使用规范标准[详]

UV光氧催化设备保养使用规范 紫外线灯须知： 1、设备使用中请勿开启正面紫外线检修门，本机集中装配90支185nm波长的紫外线灯，3m范围将对皮肤和眼睛造成伤害，发光时更不可以触摸，会直接烧伤皮肤。 2、镇流器启辉，输出的电压较高，运行时温度＞60°，请勿触摸。 3、紫外线电离能力极强，运行中务必保证良好通风。 4、高温、潮湿导致空气绝缘性能下降，紫外线电离速度、能力提高，可能出现热击穿。 5、空气能见度下降，影响光通量，将导致处理效率下降 6、紫外线光管表面结垢，将直接导致净化效率。 7、镇流器、灯架配置若干冷却风机，风机必须良好工作，否则直接影响紫外线灯寿命。 过滤装置： 过滤材料采用活性炭纤维，厚度2mm，过滤装置应该根据运行的实际情况，制订清洗时间表，定期清洗，2-3个月后，采用开水浸洗，一般使用寿命1年。 安全、操作、维护保养注意事项： 1、用户应定期检查、保养设备。 2、每隔2个月或视用户现状而定，定期清理粉（灰）尘一次，打开设备电源箱对高压模块表面清洁粉尘，然后安装复原。 3、没个2个月或视用户现状而定，定期更换二氧化钛催化板一次。

4、在进行维护保养时，严禁带电操作；设备检修前必须断电检修，并在电控柜前挂警示牌“维修中请勿送电”。 5、设备的日常维护应由接受过培训并能胜任的维保人员进行日常维护保养。 6、设备的检修应由设备厂商专业的技术人员或授权的专业技术人员进行检修。 7、按设备运行时间定时更换UV灯管和光触媒板。（UV光触媒裂解型，UV灯管5000-8000小时、光触媒5000-8000小时），确保损坏部件及时更换。 8、应指定专人进行产品的维护保养，维护保养按本公司按本工地说明书进行； 9、光氧净化器里面的UV紫外线灯管开启时，不要直视，若要观察灯管使用情况请购买相关防护眼镜； 10、要确保传输的过程顺利。进入光解废气净化器的管段应该光滑，并且要有一段直管，确保废气进入设备的时候能够形成稳定的恒流，使用的传输管道最好是用金属软管连接，以确保产生最小的震动效果。 11、应该在风机的前段装设风量控制装置，采用风机变频器或者空气控制阀来调节风量，因为想让光氧废气净化器的处理优势发挥到最大，进入设备的风量应该是稳定的，而且风量要平稳过渡，如果风量时大时小，不仅废气处理效果不佳，而且对除臭设备也会造成一定的影响。 12、要确保留出设备的检修以及维护空间。设备应该在顶部装设防雨措施，设备长时间的运转肯定会有损坏，如果不留出检修的空间，到时候就得把设备全部拆开，而这个工作量还是比较大的。 13、净化器通过法兰与排风风管连接，所有连接应密封、防止漏风。

催化剂活性的测定实验思考题

催化剂活性的测定实验思考题 1.为什么氮气的流速要始终控制不变? 答：（1）当氮气的流速为0.1L/min左右时，催化剂的活性较高；（2）V（CO+H2）是通过测有无催化剂时气体的流量差来测定的，因此氮气的流速应始终保持不变。 2.冰盐冷却器的作用是什么？是否盐加得越多越好? 答：（1）冰盐冷却器的作用是将未反应的甲醇蒸气冷凝从而将其截留在捕集器内，使之不影响V（CO+H2）的测量。（2）盐并非加得越多越好。如果盐加的过多，会使冷却器内温度过低，从而使经过的N2、CO及H2温度太低，从而低于湿式流量计上温度计测得的温度，在用理想气体状态方程是会存在一定误差。 3.试评论本实验评价催化剂的方法有什么优缺点。 答：优点： （1）原理巧妙，运用理想气体状态方程及道尔顿分压定律，仅通过测量有无催化剂气体流量的变化便可间接求得甲醇的进入量及反应量；（2）操作简单，只涉及一些基础的操作，如钢瓶、毛细管流量计及湿式流量计的使用等；（3）可以比较不同温度下催化剂的活性；ZnO 可重复利用。 缺点： （1）实验设备较复杂；（2）反应温度较高，存在一定危险性；（3）350℃与420℃催化剂活性差别不大，比较效果不明显；（3）将体系压强近似为大气压，存在一定误差。 4. 毛细管流速计与湿式流量计两者有何异同。 答：相同点：都能通过测量以表征待测气体的流速。 不同点：（1）毛细管流速计与待测气体“并联”，它根据气体在U型管进出口的压力不同而设计，通过U型管两端液面差来显示气体流速大小；湿式流量计待测气体“串联，它是通过直接测量一定时间内通过流量计的气体体积来表征气体流速大小，通过表盘上指针表征转速大小；（2）毛细管流速计只能表示气体瞬时流速大小，而湿式流量计可以准确测量气体在一段时间内的总流量。

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

光氧催化使用说明书

光氧催化（除臭）有机废气净化器 使 用 说 明 书 永昌 环保 1367 3803 577

一、产品概述 本产品采用高能高臭氧UV紫外线光束、氧化反应催化板、高能离子发生器的工艺来降解恶臭气体（有机废气），改变恶臭气体如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，通过高能紫外线光束照射、催化剂的氧化反应、正氧离子的氧化反应，降解转变成低分子化合物，如CO2、H2O等。 二、产品用途 本系列有机废气净化器产品主要适用于：各类工业喷涂、印刷、印花、丝印挥发性有机废气；各类恶臭气体的除臭净化处理。 各种工厂、废水处理站、医院、垃圾中转站等场所的有机 废气除臭、杀菌的净化处理； 三、工作原理 1、利用高能高臭氧 UV 紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧),众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。恶臭气体利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对恶臭气体进行协同分解氧化反应，使恶臭气体物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。 2、催化板（二氧化钛）在受到紫外线光照射时生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基，攻击有机物，达到降解有机物的作用。二氧化钛属于非溶出型材料，在彻底分解有机污染物和杀灭菌的同时，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的杀菌、降解污染物效果。

催化剂评定指标

催化裂化催化剂的主要理化指标及其意义 一、化学指标 催化剂的化学组成表示催化剂中的主要成分及杂质的含量，通常包括： Al2O3、Na2O、Fe2O3、、灼烧减量五个主要指标，有时还包括Re2O3。 1、Al2O3含量：催化剂中Al2O3含量表示催化剂中Al2O3的总含量，是催化剂的主要化学成分。 2、Na2O含量：Na2O含量表示催化剂中含有的Na2O杂质含量。在催化裂化过程中，特别是在掺炼钒含量较高的渣油情况下， 3、Fe2O3含量：Fe2O3含量表示催化剂中含有的Fe2O3杂质含量。Fe2O3在高温下会分解并沉积在催化剂上，积累到一定程度就会引起催化剂中毒，其结果一是使催化剂活性降低。 4、SO42-含量：SO42-含量表示催化剂中含有的SO42-杂质含量。SO42-可与具有捕钒作用的金属氧化物（如氧化铝等）反应生成稳定的硫酸盐，从而使其失去捕钒能力。所以，在掺炼渣油的情况下，SO42-的危害性较大。 5、灼烧减量：灼烧减量是指催化剂中所含水份、铵盐及炭粒等挥发组份的含量。生产中控制其减量≤13%。 6、Re2O3含量：Re2O3含量是表示催化剂性能的指标之一。稀土通常来自催化剂中的分子筛，有时在催化剂制造工艺中也引入稀土离子达到改善性能的目的。通常Re2O3含量越高，催化剂活性越高，但焦炭产率也偏高。 对于平衡催化剂，有时还需知道其中的金属含量，如Ni、V、Na等，以便了解催化剂的污染程度。 二、物理性质 物理性质表示催化剂的外形、结构、密度、粒度等性能。通常包括：比表面积、孔体积、表观松密度、磨损指数、筛分组成五个主要项目。下面分别加以简述： 1、比表面积 催化剂的比表面积是内表面积和外表面积的总和。内表面积是指催化剂微孔内部的表面积，外表面积是指催化剂微孔外部的表面积，通常内表面积远远大于外表面积。单位重量的催化剂具有的表面积叫比表面积。

第二节 二氧化钛光催化影响因素

第二节TiO2光催化影响因素 目前主要针对TiO 2 进行增加表面缺陷结构、减小颗粒大小增大比表面、贵金 属表面沉积、过渡金属离子掺杂、半导体复合、表面光敏化、以及改变TiO 2 形貌和晶型等方法来提高其量子效率以及扩展其光谱响应范围。研制具有高量子产率，能被太阳光谱中的可见光激发的高效半导体光催化剂，探索适合的光催化剂负载技术，是当前解决光催化技术中难题的重点和热点。 表面缺陷结构 通过俘获载流子可以明显压制光生电子与空穴的再结合。在制备胶体和多晶光催化是和制备化学催化剂一样，一般很难制得理想的半导体晶格。在制备过程中，无论是半导体表面还是体内都会出现一些不规则结构，这种不规结构和表面电子态密切相关，可是后者在能量上不同于半导体主体能带上的。这样的电子态就会起到俘获载流子的阱的作用，从而有助于压制电子和空穴的再结合[7]。 颗粒大小与比表面积 研究表明，溶液中催化剂粒子颗粒越小，单位质量的粒子数就越多，体系的比表面积大，越有利于光催化反应在表面进行,因而反应速率和效率也越高。催化剂粒径的尺寸和比表面积的一一对应直接影响着二氧化钛光催化活性的高低。粒径越小，单位质量的粒子数目越多，比表面积也就越大。比表面积的大小是决定反应物的吸附量和活性点多少的重要因素。比表面积越大，吸附反应物的能力就越强，单位面积上的活性点也就越多，发生反应的几率也随之增大，从而提高其光催化活性。当粒子大小与第一激子的德布罗意半径大小相当，即在1-10 nm 时，量子尺寸效应就会变得明显，成为量子化粒子，导带和价带变成分立的能级，能隙变宽，生成光生电子和空穴能量更高，具有更高的氧化、还原能力，而粒径减小，可以减小电子和空穴的复合几率，提到光产率。再者，粒径尺寸的量子化使得光生电子和空穴获得更大的迁移速率，并伴随着比表面积的加大，也有利于提高光催化反应效率。 贵金属沉积的影响 电中性的并相互分开的贵金属的Fermi能级小于TiO 2 的费米（Fermi）能级， 即贵金属内部与TiO 2相应的能级上，电子密度小于TiO 2 导带的电子密度，因此 当两种材料连接在一起时，载流子重新分布，电子就会不断地从TiO 2 向贵金属

NiCr-LDHs的制备及光催化性能研究

化学工程学院 新产品开发训练报告 2014-12 课题名称： CoCr-LDHs的制备及光催化性能研究 课题类型：论文 班级：应化 1102 姓名：周柳 学号： 1112083076 指导教师：薛莉 （使用说明：设计/论文请选一使用，左侧装订）

第一部分文献综述 1.1 水滑石的定义及研究背景 层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）[1]。 水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物(LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。 LDHs的发展已经历了一百多年的历史，但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。1842年，Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。[2]后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。在二十世纪初，人们发现了LDH对氢加成反应具有催化作用，并由此开始了对LDH结构的研究。1942年，Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH，并提出了双层结构模型的设想。1966年，Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。1969年，Allmann等通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构。[3，4]七八十年代时，Miyata等对其结构进行了详细研究，并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。在此阶段，Taylor和Rouxhet 还对LDH热分解产物的催化性质进行了研究，发现它是一种性能良好的催化剂和催化剂载体。Reichle等研究了LDH及其焙烧产物在有机催化反应中的应用，指出它在碱催化、氧化还原催化过程中有重要的价值。 进入二十世纪九十年代，人们对LDHs的研究更为迅速。随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs结构和性能的研究不断深化，对LDHs层状结构的认识加深，其层状晶体结构的灵活多变性被充分揭示。特别是近年来，基于超分子化学定义及插层组装概念，有关LDHs的研究工作获得了更深层次上的理论支持，在层状前体制备、结构表征、超分子结构模型建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的功能开发等诸方面得到了许多具有理论

光氧等离子催化使用说明书

山东淞林环保科技有限公司光氧催化废气处理设备 使 用 说 明 书

一、产品概述 本产品采用高能高臭氧UV紫外线光束、氧化反应催化棉、高能离子发生器的工艺来降解恶臭气体（有机废气），改变恶臭气体如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，通过高能紫外线光束照射、催化剂的氧化反应、正氧离子的氧化反应，降解转变成低分子化合物，如CO2、H2O等。 二、产品用途 本系列有机废气净化器产品主要适用于：各类工业喷涂、印刷、印花、丝印挥发性有机废气；各类恶臭气体的除臭净化处理。 各种工厂、废水处理站、医院、垃圾中转站等场所的有机废气除臭、杀菌的净化处理； 三、工作原理 1、利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧),众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。恶臭气体利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对恶臭气体进行协同分解氧化反应，使恶臭气体物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。 2、催化板（二氧化钛）在受到紫外线光照射时生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基，攻击有机物，达到降解有机物的作用。二氧化钛属于非溶出型材料，在彻底分解有机污染物和杀灭菌的同时，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的杀菌、降解污染物效果。

催化剂的指标及其意义

催化剂的各项指标及其意义 一、化学指标 催化剂的化学组成表示催化剂中的主要成分及杂质的含量，通常包括： Al2O3、Na2O、Fe2O3、、灼烧减量五个主要指标，有时还包括Re2O3。 1、Al2O3含量：催化剂中Al2O3含量表示催化剂中Al2O3的总含量，是催化剂的主要化学成分。 2、Na2O含量：Na2O含量表示催化剂中含有的Na2O杂质含量。在催化裂化过程中，特别是在掺炼钒含量较高的渣油情况下， 3、Fe2O3含量：Fe2O3含量表示催化剂中含有的Fe2O3杂质含量。Fe2O3在高温下会分解并沉积在催化剂上，积累到一定程度就会引起催化剂中毒，其结果一是使催化剂活性降低。 4、SO42-含量：SO42-含量表示催化剂中含有的SO42-杂质含量。SO42-可与具有捕钒作用的金属氧化物（如氧化铝等）反应生成稳定的硫酸盐，从而使其失去捕钒能力。所以，在掺炼渣油的情况下，SO42-的危害性较大。 5、灼烧减量：灼烧减量是指催化剂中所含水份、铵盐及炭粒等挥发组份的含量。生产中控制其减量≤13%。 6、Re2O3含量：Re2O3含量是表示催化剂性能的指标之一。稀土通常来自催化剂中的分子筛，有时在催化剂制造工艺中也引入稀土离子达到改善性能的目的。通常Re2O3含量越高，催化剂活性越高，但焦炭产率也偏高。 对于平衡催化剂，有时还需知道其中的金属含量，如Ni、V、Na等，以便了解催化剂的污染程度。 二、物理性质

物理性质表示催化剂的外形、结构、密度、粒度等性能。通常包括：比表面积、孔体积、表观松密度、磨损指数、筛分组成五个主要项目。下面分别加以简述： 1、比表面积 催化剂的比表面积是内表面积和外表面积的总和。内表面积是指催化剂微孔内部的表面积，外表面积是指催化剂微孔外部的表面积，通常内表面积远远大于外表面积。单位重量的催化剂具有的表面积叫比表面积。 比表面积是衡量催化剂性能好坏的一个重要指标。不同的产品，因载体和制备工艺不同，比表面积与活性没有直接的对应关系。 测定比表面积采用的方法是氮吸附容量法。 2、孔体积 孔体积是描述催化剂孔结构的一个物理量。孔结构不仅影响催化剂的活性、选择性，而且还能影响催化剂的机械强度、寿命及耐热性能等。 孔体积是多孔性催化剂颗粒内微孔的体积总和，单位是毫升/克。孔体积的大小主要与催化剂中的载体密切相关。对同一类催化剂而言，在使用过程中孔体积会减小，而孔直径会变大。 孔体积测量采用的方法是水滴法。 3、磨损指数 一个优良的催化裂化催化剂，除了要具有活性高、选择性好等特点以外，还要具有一定的耐磨损机械强度。机械强度不好的催化剂，不但操作过程中跑损多、增大催化剂用量、污染环境，严重时会破坏催化剂在稀、密相的合理分布，甚至使生产装置无法运转。

光氧催化技术说明书修订稿

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光氧催化废气净化器工作原理 说 明 书 沧州信达环保设备科技开发有限公司

1、工作原理 本产品利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射废气，裂解工业废气如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC 类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，降解转变成低分子化合物，如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。 UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧),众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对工业废气及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。工业废气利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对工业废气进行协同分解氧化反应，使工业废气物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。利用高能UV光束裂解工业废气中细菌的分子键，破坏细菌的核酸（DNA），再通过臭氧进行氧化反应，彻底达到净化及杀灭细菌的目的．从净化空气效率考虑，我们选择了-C 波段紫外线和臭氧发结合电晕电流较高化装置采用脉冲电晕放吸附技术相结合的原理对有害气体进行消除，其中-C波段紫外线主要用来去除硫化氢、氨、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、乙酸乙酯、乙烷、

丙酮、尿烷、树脂、等气体的分解和裂变，是有机物变为无机化合物。 净化装置由初滤单元、-C波段紫外线装置，降解收集，臭氧发生器及过滤单元等设备和部件组成。 该装置采用五级净化方式，装置的工艺流程如图1所示。 二.技术特点 1．无毒无任何副作用。完全超越了传统的臭氧等空气净化器，能在有人在场的环境中持续灭菌、除尘，对人体无毒副作用。能广谱地截获杀灭空气中的各类细菌，测试证明对军团菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、黑色变种芽孢及自然菌杀灭率达％以上，有效去除可吸入颗粒，达到1-10 万级洁净度。 2．消除污染有害气体异味，初级电子在电场中获得加速，撞击空气中的氧分子。当能量超过氧分子的电离电位时氧分子迅速离子化。失去电子的氧分子变成正极性氧离子（O2+），而释放的电子又与另一中性氧分子结合变成负极性氧离子（O2－），结果是氧离子的两级分化并吸附中性氧分子形成O2+、O2－、O2 等氧聚集的离子

催化剂活性测试

一．实验操作 1.调节恒温槽40℃，杜瓦瓶中放入冰盐水 2.开启钢瓶，调节流量为100ml/min，开启温控仪使炉温升至350℃，每5min记录一次流量，连续记录30min。 3.换上放有催化剂的管，待炉温恒定后每5min记录一次流量，连续30min。 4.升温至420℃，重复操作3。 二．数据记录（单位：时间min，流量L，流速mL/min） 空管催化剂350℃催化剂420℃ 时刻流量流速时刻流量流速时刻流量流速31:30 3.20 0:00 1.50 0:00 4.30 36:30 3.74 108 5:00 2.16 132 5:00 0.05 146 41:30 4.28 108 10:00 2.82 132 10:00 0.87 164 46:30 4.72 108 15:00 3.53 142 15:00 1.61 146 51:30 0.32 120 20:00 4.22 138 20:00 2.37 152 56:30 0.84 105 25:00 4.92 140 25:00 3.12 150 61:30 1.36 106 30:00 0.62 140 30:00 3.87 150 35:00 1.31 138 35:00 4.63 152 三.数据处理 1.（1）空管 Slope=105mL/min V N2=3.15L （2）有催化剂，350℃

Slope=139.5mL/min V H2+CO =30*139.5-V N2=1.03L (3)有催化剂，420℃ Slope=150.5mL/min V H2+CO =30*150.5-V N2=1.365L 2.p(CH 3OH)=35091Pa p(大气压)=101.55Kpa=p(CH 3OH)+p （N 2） p （N 2）=66459Pa mol RT V N N 0880.0p n 2 22N == CH3OH N2OH 3CH N2n n p p = n （CH 3OH ）=0.0465mol m （CH 3OH ）=1.488g

影响纳米材料光催化性能的因素

1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H 2 O的氧化 还原势负，才能产生H 2，价带顶必须比O 2 /H 2 O(+的氧化还原势正，才能产生O 2 ,。 因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半 导体禁带宽度Eg应至少大于。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO 2 是目前认为最 好的光催化剂之一。TiO 2 主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可 由相互连接的TiO 6 八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（）略大于金红石（），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在

光氧催化废气净化器使用说明书

使用说明书 河南超强环保科技有限公司是一家集科研、设计、生产、维修、和销售集成为一体的高新技术企业，、凭借在环保领域的专业水平和成熟的技术，正在迅速崛起。依靠科技求发展，不断为用户提供满意的高科技产品，是我们始终不变的追求。 在充分引进吸收国外先进技术的基础上，我公司已成功开发出环保净化设备、粉尘处理设备、废气处理设备、等系列产品，并已广泛应用于冶金、化工、焊接、制药、垃圾处理、喷涂等众多领域。以一流的产品质量和精湛的技术服务受到了用户的一致好评。 全体员工奉行“进取求实严谨团结”的方针，不断开拓创新，以技术为核心、视质量为生命、奉用户为上帝，竭诚为您提供性价比最高的环保产品、高质量的废气粉尘工程设计改造及无微不至的售后服务。 本公司拥有专业的设计团队、生产团队，可根据客户要求进行定做。欢 迎前来咨询。 目录 1.设备说明 1.1、技术原理 1.2、性能参数 1.3、技术特点 1.4、技术优势

1.5、适用范围 2.操作使用说明 注意事项 3.电气系统维护 4.安全、操作、维护保养注意事项 5.常见故障与排除方法 6.安装说明 1.设备说明 技术原理 本产品利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射废气，裂解工业废气如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，降解转变成低分子化合物，如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧),众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对工业废气及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。工业废气利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对工业废气进行协同分解氧化反应，使工业废气物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出