光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)

光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)2021/10/10星期日1光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)2021/10/10星期日2光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)1、用一種陷阱式的納米結(jié)構(gòu)限制光生空穴或者捕捉光生電子；2、用犧牲劑（乙醇、Na2S、Na2SO3）作為電子給體消耗價帶空穴，是導(dǎo)帶電子還原氫離子；用犧牲劑（AgNO3）作為電子受體消耗導(dǎo)帶電子，使價帶空穴氧化氧離子。3、多種半導(dǎo)體共存，讓半導(dǎo)體Ⅰ導(dǎo)帶上的電子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體Ⅱ的導(dǎo)帶上或價帶上；2021/10/10星期日3光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)1、光子能量要比催化劑的禁帶寬度Eg高；（窄的禁帶寬度有利于太陽能的利用）2、反應(yīng)物的氧化還原電勢應(yīng)在導(dǎo)帶電位與價帶電位之間；（更負(fù)的導(dǎo)帶電位和更正的價帶電位有利于氧化還原反應(yīng)）2021/10/10星期日4光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)1、加入電子給體和電子受體（犧牲劑）2、擔(dān)載助催化劑3、雙光子系統(tǒng)（Z-Scheme）2021/10/10星期日5光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)★用犧牲劑（乙醇、Na2S、Na2SO3）作為電子給體消耗價帶空穴，是導(dǎo)帶電子還原氫離子；★用犧牲劑（AgNO3）作為電子受體消耗導(dǎo)帶電子，使價帶空穴氧化氧離子。2021/10/10星期日6光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)[1]M.J.Berr,P.Wagner,S.Fischbach,A.Vaneski,etal.,HolescavengerredoxpotentialsdeterminequantumefficiencyandstabilityofPt-decoratedCdSnanorodsforphotocatalytichydrogengeneration.Appl.Phys.Lett.100(2012)223903.2021/10/10星期日7光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)SO32-相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢最負(fù)，最易失電子，所以最易消耗價帶空穴2021/10/10星期日8光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)缺點(diǎn)：當(dāng)犧牲劑的量消耗殆盡時，催化效率也會大大降低。所以需要定時加入犧牲劑。2021/10/10星期日9光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)紫外光照射時單純的光催化劑并不能有效分解水析出氫氣和氧氣,在光催化劑顆粒表面上擔(dān)載一些金屬或金屬氧化物可以促進(jìn)水的分解；常用的助催化劑有：Pt、NiO、Ru2O等；在水溶液粉末懸浮Pt/TiO2光催化體系中，Pt的作用就是助催化劑。2021/10/10星期日10光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)金屬與半導(dǎo)體界面上形成了勢壘，稱為Schottky勢壘，作為電子陷阱，能有效阻止半導(dǎo)體上的電子與空穴的復(fù)合。光生電子向金屬遷移，為Schottky勢壘所俘獲，空穴向半導(dǎo)體其他位置移動，促進(jìn)了電子與空穴分離，有利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。2021/10/10星期日11光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)[2]T.Simon,N.Bouchonville,M.J.Berr,A.Vaneski,etal.,RedoxshuttlemechanismenhancesphotocatalyticH2generationonNi-decoratedCdS

nanorods.Nat.Mater.13(2014)1013-1018.2021/10/10星期日12光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)★制備：Ni的前驅(qū)體NiCl2加到CdS納米棒的分散系中，用447nm激光照射；CdS導(dǎo)帶中的光生電子將NiCl2還原成Ni納米顆粒，便沉積在CdS納米棒表面?！镄阅埽?47nm激光照射，表觀量子效率53%，內(nèi)部量子效率71%，H2生產(chǎn)速率：63mmolg-1h-12021/10/10星期日13光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)★影響因素：PH值OH-濃度是影響H2生產(chǎn)速率的重要因素說明OH-是不只是改變堿度，而是直接參與反應(yīng)的隨著PH升高，H2生產(chǎn)速率顯著提高。尤其在14向14.7過渡時，也說明在這個PH范圍內(nèi)，催化的反應(yīng)機(jī)制發(fā)生的本質(zhì)上的改變。2021/10/10星期日14光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)兩步氧化反應(yīng)當(dāng)PH=14時EVB=1.70V因此，價帶空穴可以氧化OH-生成的羥基再去氧化乙醇，該過程很快，其中空穴的轉(zhuǎn)移是控訴環(huán)節(jié)2021/10/10星期日15光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)1、加入電子給體和電子受體（犧牲劑）2、擔(dān)載助催化劑3、雙光子系統(tǒng)（Z-Scheme）2021/10/10星期日16光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)自然界中的光合作用[3]P.Zhou,J.Yu,M.Jaroniec,All-Solid-StateZ-SchemePhotocatalyticSystems.Adv.Mater.26(2014)4920-4935.2021/10/10星期日17光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)分類：1、PSⅠ-PSⅡ體系2、PSⅠ-A/D-PSⅡ體系3、PSⅠ-C-PSⅡ體系2021/10/10星期日18光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)分類：1、PSⅠ-PSⅡ體系2、PSⅠ-A/D-PSⅡ體系3、PSⅠ-C-PSⅡ體系2021/10/10星期日19光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)將兩種半導(dǎo)體直接固-固接觸，可通過離子間的靜電吸附（物理方法）和多相的成核生長（化學(xué)方法）常見的有：TiO2-C3N4、TiO2-CdS、ZnO-CdS2021/10/10星期日20光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)PSⅠ與PSⅡ無直接接觸，靠氧化還原電對傳遞電子；PSⅠ不易被光氧化，易被光還原；PSⅡ不易被光還原，易被光氧化。2021/10/10星期日21光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)存在逆反應(yīng)：受電子體A與PSⅠ導(dǎo)帶中的電子反應(yīng)；供電子體D與PSⅡ價帶中的空穴反應(yīng)。解決措施：改變半導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)，阻止A在PSⅠ上與D在PSⅡ上的吸附，但無法杜絕。A/D電對：IO3?/I?、Fe3+/Fe2+,[Co(bpy)3]3+/2+,[Co(phen)3]3+/2+、NO3?/NO2?2021/10/10星期日22光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)缺陷：由于氧化還原電對的存在，該催化劑僅適用于液態(tài)的催化反應(yīng)，且不適合污染物的降解，因?yàn)槲廴疚飼绊戨妼Φ难趸€原反應(yīng)，所以該體系的催化劑局限于水的光催化分解領(lǐng)域。2021/10/10星期日23光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)無A/D電對，利用導(dǎo)體C作為電子傳遞媒介。PSⅡ?qū)е械墓馍娮优cPSⅠ價帶中的光生空穴結(jié)合※既阻止了兩種半導(dǎo)體中光生電子和空穴的再復(fù)合；※又降低了電子的傳遞距離；※也可避免A/D電對造成的逆反應(yīng)。2021/10/10星期日24光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)常見的催化劑：TiO2-Au-CdSTiO1.96C0.04-Au-Pt/CdS（由于TiO2對可見光的吸收能力弱，所以加入C，改變禁帶寬度與位置）AgBr-Ag-AgI（主要用于污染物的降解，將AgBr-AgI復(fù)合材料在氙燈下照射幾秒鐘，Ag納米粒子便在AgBr與AgI的接觸界面上形成）2021/10/10星期日25光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)制備：通過沉淀沉積法讓Au粒子在TiO2的{101}晶面上，取向關(guān)系為Au{111}||TiO2{101},Au粒子的大小為3.4nm除掉氧氣的S8乙醇溶液中加入Au/TiO2粒子和Cd2+離子，再用>320nm的光照，Au/TiO2的光催化作用將S8還原成S2+，與Cd2+結(jié)合形成CdS附在Au表面，形成Au-CdS的核殼結(jié)構(gòu)，即Au@CdS/TiO2。[4]H.Tada,T.Mitsui,T.Kiyonaga,T.Akita,etal.,All-solid-stateZ-schemeinCdS-Au-TiO2three-componentnanojunctionsystem.Nat.Mater.5(2006)782-786.2021/10/10星期日26光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)2021/10/10星期日27光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)用可見光照射：吸收峰紅移用紫外光照射：吸收峰藍(lán)移說明了Au與CdS之間有著強(qiáng)電子相互作用2021/10/10星期日28光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)對甲基紫精還原能力測定2021/10/10星期日29光催化劑的分類和機(jī)理總結(jié)1、加入電子給體和電子受體（犧牲劑）2、擔(dān)載助催化劑3、雙光子系統(tǒng)（Z-Schem