光電化學技術在環(huán)

光電化學技術在環(huán)段翠娥碩1072班第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班緒論1.光電化學是將光化學與電化學方法合并使用，以研究分子離子的基態(tài)或激發(fā)態(tài)的氧化還原反應現(xiàn)象、規(guī)律及應用的化學分支。2.光電化學是光伏打電池（光能轉換成電能）光解和光電合成（光能轉換成化學能）、光電催化（光能改變電極反應速度和選擇性）等實際應用的基礎。3,光電化學技術與環(huán)境科學相結合，形成了光電化學在環(huán)境污染治理中的研究領域。第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班4.在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境污染物治理、清潔生產(chǎn)、清潔能源等方面的應用研究快速發(fā)展。5.半導體光電催化技術在常溫常壓下進行快速反應，對難降解有機物污染物治理徹底、無二次污染而成為國際環(huán)境凈化處理研究的前沿領域之一。6.利用光電化學原理可以富集稀有金屬和貴金屬，又可以記錄和保存信息，還可用簡單的方法隨時消去信息，都是發(fā)展科學技術所必需的手段。第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班發(fā)展歷史1、1839年A.-E.貝可勒爾首先觀察到兩個等同的金屬電極插在稀酸溶液中，光照其中一個電極而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，稱為貝可勒爾效應。2、1887年H.R.赫茲在金屬│真空界面的研究中發(fā)現(xiàn)光電子發(fā)射現(xiàn)象。而在電極│溶液界面，電子的光發(fā)射效應則演變成為光電化學的一個研究方向。3、20世紀50年代中期以后，光發(fā)射已發(fā)展成為電化學體系中的一項獨立的研究內(nèi)容。第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班4、20世紀80年代以來,TiO2多相光催化在環(huán)境保護領域內(nèi)對水和氣相有機、無機污染物的去除方面取得了較大進展。5、目前半導體光電催化技術在常溫常壓下進行快速反應，對難降解有機物污染物治理徹底、無二次污染而成為國際環(huán)境凈化處理研究的前沿領域之一。第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光電化學的基本概念1、研究對象2、電極3、光電化學反應基本過程第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班研究對象電化學主要是研究電能、光能和化學能之間相互轉化及轉化過程中有關規(guī)律的學科。電能光能化學能第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班電極陰極：目前眾多光媒研究中以二氧化鈦納米粒子為主，但二氧化鈦只能吸收波長小于390納米的紫外線光，而在太陽光的波長范圍內(nèi)，紫外線僅僅占據(jù)小部分。目前已有許多研究利用摻混不同金屬和非金屬元素于二氧化鈦納米粒子中改變它的能隙結構，是吸收波長延伸至可見光，擴大光媒的應用范圍。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班陽極：鉑Pt第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光電化學反應基本過程電極│溶液界面的光電子發(fā)射光子輻射到達電極而被電子吸收后，使電子的能級升高，如果其能量超過電極材料的功函數(shù)，則電子可的雙電層結構、電化學動力學以及含有自由基的均相反應的很成功的手段，但是它不能實際應用于轉變太陽能為電能，因為它的效率太低。第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班以從表面逸出并與溶劑或溶質起作用。對這種光電子發(fā)射，其光照影響電極的過程包括以下幾步:①光發(fā)射;②發(fā)射的電子與溶劑的熱平衡及溶劑化過程,約在10-12秒內(nèi)完成；③溶劑化電子eS在溶液中的轉變，即溶劑化電子與溶液中能捕獲電子的組分A起化學反應,這種組分稱為捕獲劑：

eS+A─→【eA】第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班④產(chǎn)物【eA】在電極附近形成后再進行電化學和化學反應；⑤如果溶液中無捕獲劑，溶劑化電子又回到電極，結果光電流接近零。一般只要未曾特意向溶液中加入電子受體，電流都很低，這是溶劑化電子與溶劑以及其中微量雜質（在溶液中難于控制的雜質）反應而產(chǎn)生的電流。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班與環(huán)境問題相關的光電化學應用領域應用領域內(nèi)容二次能源太陽能電池、燃料電池環(huán)境監(jiān)測和傳感器利用光學-電化學技術快速測定某化學物質的含量、基于化學發(fā)光與光電化學技術檢測某基團化合物與DNA的研究腐蝕防護光電化學技術在金屬腐蝕中的研究與應用、腐蝕檢測、陰極保護、陽極保護污染物的處理在污水中富集稀有金屬和貴金屬、催化氧化水合空氣中難降解難去除的有毒有害的有機物、無機物。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光電化學在環(huán)境污染治理中的重要性隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，有機廢水、廢物對環(huán)境的影響越來越嚴重，傳統(tǒng)的有機廢水、廢物處理方法往往能耗大、降解不完全、深知會造成二次污染。因此在當今空氣、水污染等日益嚴重的情況下，光電化學技術因其使用范圍廣、氧化處理迅速徹底等特點而被廣泛應用于有機廢物尤其是對有生物毒性或難生物降解的治理中。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班其中光電化學氧化技術能有效的長生氧化能力極強的羥基自由基，即可控制有機物降解使之去除毒性，也可實現(xiàn)有機物完全礦化至二氧化碳和無機鹽，避免二次廢物，用于處理有度高濃度有機廢物，可彌補其他常規(guī)工藝之所不能，應用前景十分廣闊。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班具體應用實例1、光催化氧化技術2、光電催化技術對有機污染物的降解作用

3、光電一體化處理氯酚廢水第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光催化氧化技術光電催化技術是一種能有效促進光生電子和空穴分離,并利用光電協(xié)同作用的增強型光催化氧化技術。長期以來,光催化技術的處理效率始終難以達到實際應用的水平,主要原因就在于光生電子和空穴的復合率高,抑制了兩者同溶液中被處理物質的反應。通過外加電場促進光生電子與空穴的分離,從而提高光催化技術的處理效率。這種將光化學催化(光催化)和電化學氧化法結合起來以達到協(xié)同效應的光電結合技術稱為光電催化技術,也稱為“電助光催化技術”,是目前氧化法研究的新熱點。第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光電催化技術作為一種電化學輔助的光催化反應技術,其反應機理是:半導體具有能帶結構,由填滿電子的價帶和空的導帶構成,價帶和導帶之間存在禁帶。當用能量大于或等于禁帶寬度的光照射半導體(通常采用TiO2)時,價帶上的電子被激發(fā)躍遷至導帶而產(chǎn)生空穴,光生空穴具有很強的氧化能力,可奪取水分子的電子生成HO·。而HO·是水中存在的氧化劑中反應活性最強的,且對作用物幾乎無選擇性,故能使多種難于降解的水中有機污染物完全無機化。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光電催化技術對有機污染物的降解作用①光電流增強效應

光電催化體系中的光電流明顯存在著光催化與電化學氧化的協(xié)同效應，而且在所考察的范圍內(nèi)(0～30V)反應的電壓越大則外電場捕獲光生電子的能力就越強

②偏電壓對光催化降解機理的影響偏電壓不僅可以加速有機污染物的降解,而且還能改變有機污染物降解的機理。施加偏電壓大大降低了光生電子和空穴的復合速率,以致產(chǎn)生了更多的光生空穴，使得大部分中間產(chǎn)物還未及從電極表面擴散到溶液中就已被完全氧化。第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班③對典型有機污染物的光電化學降解對有機氯化物光電催化降解，外加偏電壓可有效抑制光生電子與空穴的復合，明顯提高了Ti02的光催化效率，而且光照越強則降解速率越快。第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班光電一體化處理氯酚廢水在經(jīng)氟樹脂改性的新型二氧化鉛大面積電極上，開展了有毒難降解有機污染。物處理技術的應用基礎研究。采用光化學氧化技術、陰陽兩極的協(xié)同電化學處理技術、光電一體化的復合高級氧化技術對氯酚進行處理。對模擬污染物一對氯苯酚(CP)進行光催化氧化降解實驗研究。第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日段翠娥碩1072班聯(lián)合工藝對中間有毒產(chǎn)物如苯醌也能得到很好的降解。開展了污染有機物降解機理和動力學