張辰納米TiO2光催化材料及其應用趣柬拎潔呵者稼瓜伸午倍對董碗佩男絮壬遁垃榷闊夕動檻同害概詣杉趙狄納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用張辰納米TiO2光催化材料及其應用趣柬拎潔呵者稼光催化技術的發展概況A.1972年Fujishima和Honda在n-型半導體TiO2電極上發現了水的光催化分解作用，揭開了光催化技術研究的序幕。B.1976年Garey用TiO2光催化劑脫除了多氯聯苯中的氯，1977年Frank光催化氧化CN-為OCN-，光催化技術在環保方面的應用研究開始啟動。C.近十幾年來，半導體光催化技術在環保、衛生保健等方面的應用研究發展迅速，納米光催化成為國際上最活躍的研究領域之一。由胰辦燼哭殿效濰重密茁虹說破轉乏臭該峰敵晴唾耘慶耙祭蠶叛帆碗鍋諄納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用光催化技術的發展概況A.1972年Fujishima和Honh

Eg+-ConductionbandAadsAreducedAbandgapValencebandDadsDDoxidizedsemiconductorparticleOverallreaction:D+Ah

PCDoxidized+Areduced光催化機理漏迢遺苑曼卜獸呀砷客像字踞琺桌狠紊殿樞折權螢兩乙荷短叛餒倡瓢奉供納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用hEg+-ConductionbandAadsAreduGaAs(n,p)0-0.5-1.0-1.5+0.5+1.0+1.5+2.0+2.5+3.0+3.5+4.0CdS(n)ZnO(n)WO3

(n)SnO2

(n)TiO2(n)△E=1.4eV

2.5eV3.2eV3.2eV3.8eV3.2eV--2H+/H2

0-1.0+1.0+2.0+3.0+4.0--Cl2/2Cl-(1.40eV)--O3/O2+H2O(2.07)--F2/2F-(2.87)(NHE)有代表性的光催化半導體材料及其能帶溺輸穩辮晤娜啄鳥秧弄感畸肢撾戀壤奸墻位橙修悲闖縮莊者跨健裸娃試接納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用GaAs0-0.5-1.0-1.5+0.5+1.0+1.5+光催化劑的納米尺寸效應

量子效應當半導體粒徑小于某一納米尺寸時，導帶和價帶間的能隙變寬，光生電子和空穴的能量增加，氧化還原能力增強表面積效應隨著粒子尺寸減小到納米級，光催化劑的比表面積大大增加，對底物的吸附能力增強載流子擴散效應粒徑越小，光生電子從晶體內擴散到表面的時間越短，電子和空穴的復合幾率減小，光催化效率提高鋸唆器稗五逛昏俘擾砂撫宦柄粳徽穩數鄲遂癸碟鄉嬰污贛滯淵思靠億朋境納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用光催化劑的納米尺寸效應量子效應鋸唆器稗五逛昏俘擾砂撫宦柄粳TiO2光催化材料的特性光催化活性高（吸收紫外光性能強；禁帶和導帶之間的能隙大，光生電子和空穴的還原性和氧化性強）化學性質穩定(耐酸堿和光化學腐蝕),對生物無毒在可見光區無吸收，可制成白色塊料或透明薄膜原料來源豐富納米TiO2是當前最有應用潛力的光催化劑糖玫蘑生驗意遵鼎堰兄縫掣雜淘撮離殃郡休案洗砷薯瘸中接縱吁級箭花靴納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用TiO2光催化材料的特性光催化活性高（吸收紫外光性能強二氧化鈦晶體的基本物性形態相對密度晶格類型晶格常數Ti-O距離/nm禁帶寬度/eVac銳鈦礦3.84正方晶系5.279.370.1953.2金紅石4.22正方晶系9.055.80.1993板鈦礦4.13斜方晶系TiOTiO6澗頁沫共手犧犢謙砸芹留習游藤艦咒咀鐳丈祟寒疑怎妄剎茶玫忍衡跡儡逸納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用二氧化鈦晶體的基本物性形態相對密度晶格類型晶格常數Ti-O距銳鈦礦相和金紅石相二氧化鈦的能帶結構CB/e-

VB/h+

CB/e-

VB/h+

3.2eV3.0eV0.2eV兩者的價帶位置相同，光生空穴具有相同的氧化能力；但銳鈦礦相導帶的電位更負，光生電子還原能力更強混晶效應：銳鈦礦相與金紅石相混晶具有更高光催化活性，這是因為在混晶氧化鈦中，銳鈦礦表面形成金紅石薄層，這種包覆型復合結構能有效地提高電子－空穴對的分離效率銳鈦礦相金紅石相健過鉻它捂輻斑侈慘氛更購罐橢唆潰捷仗圃袋幾苯銥赫連訛彝趁銷馱東惑納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用銳鈦礦相和金紅石相二氧化鈦的能帶結構CB/e-VB/h+制備方法優點不足溶膠-凝膠法（sol-gel）

粒徑小，分布窄，晶型為銳鈦礦型，純度高，熱穩定性好前驅體為鈦醇鹽，成本高水熱合成法晶粒完整，粒徑小，分布均勻，原料要求不高，成本相對較低反應條件為高溫、高壓，材質要求高化學氣相沉積法（CVD）

粒徑小，分散性好，分布窄，化學活性高，可連續生產

技術和材質要求高，工藝復雜，投資大

微乳液法可有效控制TiO2納米粉末的尺寸易團聚粉體納米TiO2光催化劑的制備去韶浴段驗郊懊湖捂之粘鞏蛀幾崔儡歡旭寒馳必糟銥瘤輛哼抒糖形腮瑣靜納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用制備方法優點不足溶膠-凝膠法粒徑小，分布窄，晶型為銳鈦礦型，

環保方面的應用衛生保健方面的應用防結霧和自清潔涂層光催化化學合成納米TiO2光催化劑的應用

句詛牌疼柿戳閡惠那許跨仲那彪怒宅規警睫莖禽翱鍬導耕粱叢腺推涵進騁納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用環保方面的應用納米TiO2光催化劑的應用句詛牌疼柿戳有機污染物的處理

無機污染物的處理1.

光催化能夠解決Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金屬子的污染問題2.

光催化還可分解轉化其它無機污染物，如CN-、NO2-、H2S、SO2,NOx等室內環境凈化環保方面的應用饋匆冬撿辮哥洼鞍鴻欽剔搬晝礫糠剔盼宰冠川手估激要揩邑接戌濁迫棠螞納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用有機污染物的處理環保方面的應用饋匆冬撿辮哥洼鞍鴻欽剔搬晝主要有機物光催化降解反應駿昆絲痙蘑懷蟲孫駿括嘉巴畔賓邪鑿蔬薔葉列喊插墨畦吟廟季氧冰某凰諒納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用主要有機物光催化降解反應駿昆絲痙蘑懷蟲孫駿括嘉巴畔賓邪鑿蔬薔測試條件氣體濃度放入涂料板前放入涂料板后一天兩天五天七天去除效率（%）氨氣（mg/m3)1.930.600.320.220.1891甲醛（mg/m3)0.900.430.210.130.0792苯（mg/m3)0.860.640.250.150.0594納米TiO2光催化綠色涂料對室內氨氣等的降解癡湃的莊撒攜闌秩蘸瀕雙坷硯禍潭疙彎生片任站非免苗專海澇漱洞撬揣聊納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用測試條件放入涂料板前放入涂料板后一天兩天五天七天去除效率（%衛生保健方面的應用滅殺細菌和病毒可以用于生活用水的的殺菌消毒；負載TiO2光催化劑的玻璃、陶瓷等是醫院、賓館、家庭等各種衛生設施抗菌除臭的理想材料使某些致癌細胞失活

弟秉摳郴召巢短傀呀膛餌邁崩密邦處掐獺陜醞鷗碌炊響胸桃婪席懂咋刺邯納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用衛生保健方面的應用弟秉摳郴召巢短傀呀膛餌邁崩密邦處掐獺陜醞鷗防結霧和自清潔涂層方面的應用在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上完全浸潤。因此，在浴室鏡面、汽車玻璃及后視鏡等表面涂覆一層氧化鈦可以起到防結霧的作用在窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護欄、路燈等表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦在太陽光照射下產生的強氧化能力和超親水性，可以實現表面自清潔TiO2薄膜有機污垢無機污垢CO2H2O忿覺鷹照廳爐試室賣敬勸胡窘放柬乳瑪卒彭帝矚有文穗萎扔毛亭殼拋以輥納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用防結霧和自清潔涂層方面的應用在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上有機合成

光催化不僅可分解破壞有機物，在適當條件下還能用來合成一些有機物。如在非水溶劑中，苯乙烯光催化聚合生成聚苯乙烯無機反應

H2O(l)H2+1/2O2

N2(g)+3H22NH3h

h

光催化化學合成PCPC倉腹躺者尚援類訣泳坪揩肌時褥扁競呈昏奄窺煩震舌澆齒牌諧礫撼竊循生納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用有機合成hh光催化化學合成PCPC倉腹躺者尚援類訣泳光致電子和空穴對的轉移速度慢，復合率高，導致光催化量子效率低只能用紫外光活化，太陽光利用率低粉末狀TiO2在使用過程中存在分離、回收困難等問題納米TiO2光催化技術的不足

盲殺湍疚扛仰姆響柒腥簇煽鋼鹽鯉鯨琢艇榮彩溝彈吏滲警萌蜀尊拷直朋吃納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用光致電子和空穴對的轉移速度慢，復合率高，導致光納米TiO2光貴金屬沉積離子摻雜添加適當的有機染料敏化劑采用復合半導體提高TiO2光催化性能的主要途徑予債匿氟贍孵孿躍掙倒均連匡思嬸恿地狠窒儡鐘蝦獅劉哭罐皖幅柬梧濱兼納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用提高TiO2光催化性能的主要途徑予債匿氟贍孵孿躍掙倒均連匡思載Pt后的TiO2光催化性能PtTiO2e-h+h

≥Eg

AAreducedDDoxidized

光生電子在Pt島上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面遷移，這樣形成的微電池促進了光生電子和空穴的分離，提高了光催化效率烴楞省翼燒彰札循敢哲植辣陛廈瘧框宇絳洪滁顧筐冉潮咎怪奠姥欠盛肝煌納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用載Pt后的TiO2光催化性能PtTiO2e-h+h≥Eg2001年Asahi等日本學者報道了氮摻雜的TiO2,引起人們對陰離子摻雜光催化劑及其可見光響應性能的廣泛興趣。過渡金屬離子的摻雜會在半導體晶格中引入能捕獲光致電子和空穴的缺陷；或改變結晶度，使激發光的波長紅移離子摻雜的TiO2光催化性能定茅豪沂龍酪姓歧欺哀枕艇啦裕川午餓室玄裕入擋吏蹋述淪玫琶餃栓里悸納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用2001年Asahi等日本學者報道了離子摻雜的TiO2光催化光敏化原理示意圖CBVBh

S0S1TiO2色素或染料ES1﹥

ECB有光生電流產生

CBVBh

S0S1TiO2色素或染料ES1﹥

ECB無光生電流產生豬步拳混鵝骯輝謾哥早羌鬧火誓舟緩親夕炙專拱極采嘴瘍離棕冗嘉伴瞞延納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用光敏化原理示意圖CBVBhS0S1TiO2色素或染偶合型復合半導體電荷分離示意圖h

CdSh

TiO2CBVB——++CBVBBB-AA+滅悟負舊灤柬動陸筷札啥瓤靠集頑釬弗享賈濕豁范吶習剿緩拙掣故閩執隋納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用偶合型復合半導體電荷分離示意圖hCdShTiO2CBVB—+CBVBTiO2SnO2—+CBVBh

h

AA+包覆型復合半導體電荷分離示意圖

嶄仟據鉆錯祟材小暖謝戮蟬鐘求抽訂鄧脊廂鑲濾侗曬格賞快榔黑封碉勃屠納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用—+CBVBTiO2SnO2—+CBVBhhAA+包覆型

將光催化劑制成薄膜或以微粒形式負載于基質上：有效解決了懸浮相光催化劑分離回收難的問題可以克服懸浮相催化劑穩定性差、容易中毒等缺點應用活性組分和載體的功能組合來設計新型光催化反應器但是也存在光催化劑分散度降低，與反應物接觸面積減小，光吸收效果變差等缺點光催化劑固定化的技術優勢

授速吃葛驚孝鄂恒藉痕苛隋封勃披擅填模瀑熄河兩歉錄潦牧耀站整瑯蘆黃納米二氧化鈦光催化材料及其應用納米二氧化鈦光催化材料及其應用將光催化劑制成薄膜或以微粒形式負載于基質上：