光催化材料的基本原理

二，光催化材料的基本原理半導(dǎo)體在光激發(fā)下，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶位置，以此，在導(dǎo)帶形成光生電子，在價(jià)帶形成光生空穴。利用光生電子-空穴對(duì)的還原氧化性能，可以降解周?chē)h(huán)境中的有機(jī)污染物以及光解水制備H2和O2。高效光催化劑必須滿(mǎn)足如下幾個(gè)條件：（1）半導(dǎo)體適當(dāng)?shù)膶?dǎo)帶和價(jià)帶位置，在凈化污染物應(yīng)用中價(jià)帶電位必須有足夠的氧化性能，在光解水應(yīng)用中，電位必須滿(mǎn)足產(chǎn)H2和產(chǎn)O2的要求。（2）高效的電子-空穴分離能力，降低它們的復(fù)合幾率。（3）可見(jiàn)光響應(yīng)特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太陽(yáng)光能的4%，如何利用可見(jiàn)光乃至紅外光能量，是決定光催化材料能否在得以大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的先決條件。常規(guī)anatase-typeTiO2只能在紫外光響應(yīng)，雖然通過(guò)攙雜改性，其吸收邊得以紅移，但效果還不夠理想。因此，開(kāi)發(fā)可見(jiàn)光響應(yīng)的高效光催化材料是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。只是，現(xiàn)在的研究狀況還不盡人意。三，光催化材料體系的研究概況從目前的資料來(lái)看，光催化材料體系主要可以分為氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，絕大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d區(qū)，研究的比較多的是含Ti，Nb，Ta的氧化物或復(fù)合氧化物。其他的含W，Cr，F(xiàn)e，Co，Ni，Zr等金屬氧化物也見(jiàn)報(bào)道。個(gè)人感覺(jué)，d區(qū)過(guò)渡族金屬元素氧化物經(jīng)過(guò)炒菜式的狂轟亂炸后，開(kāi)發(fā)所謂的新體系光催化已經(jīng)沒(méi)有多大潛力。目前，以日本學(xué)者J.Sato為代表的研究人員，已經(jīng)把目光鎖定在p區(qū)元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。硫化物：硫化物雖然有較小的禁帶寬度，但容易發(fā)生光腐蝕現(xiàn)象，較氧化物而言，穩(wěn)定性較差。主要有ＺnＳ，ＣdＳ等氮化物：也有較低的帶系寬度，研究得不多。有Ｔa／Ｎ，Ｎb／Ｎ等體系磷化物：研究很少，如ＧaＰ按照晶體/顆粒形貌分類(lèi)：（1）層狀結(jié)構(gòu)**半導(dǎo)體微粒柱撐于石墨及天然/人工合成的層狀硅酸鹽**層狀單元金屬氧化物半導(dǎo)體如：V2O5，MoO3，WO3等**鈦酸，鈮酸，鈦鈮酸及其合成的堿（土）金屬離子可交換層狀結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體微粒柱撐于層間的結(jié)構(gòu)**含Bi層狀結(jié)構(gòu)材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-(A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，鈣鈦礦層(An-1BnO3n+1)2-夾在(Bi2O2)2+層之間。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9利用具有較高重態(tài)的具有可見(jiàn)光吸收的有機(jī)物，在可見(jiàn)光激發(fā)下，電子從有機(jī)物轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體粉末的導(dǎo)帶上。該種方法不具有實(shí)用性，一方面，有機(jī)物的穩(wěn)定性值得質(zhì)疑；另一考慮的是經(jīng)濟(jì)因素（6）貴金屬沉積貴金屬：Pt,Au,Pd,Rh,Ni,Cu,Ag,等（7