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提高光催化反应效率有哪些途径

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提高光催化反应效率有哪些途径

发布日期:2021-11-16 作者: 点击:

          光催化氧化法具有耗能低、无二次污染、设备简单、氧化能力强等特点,受到了废气处理从业者及研究学者的广泛重视,其中尤以TiO2光催化氧化技术为主。

目前光催化广泛应用于环境净化、太阳能电池、医疗卫生等诸多方面,已显示出巨大的潜力和长久的生命力,提高光催化反应能力的途径主要是对光催化剂以及对反应条件进行改进,改进的方式如下:

1、减小颗粒大小

半导体颗粒的量子尺寸效应发生的粒径未1-10nm的量级范围内,半导体的禁带宽度随颗粒尺寸的减小而变宽,且催化性能明显提高,如Cds的粒径未26nm时,其禁带宽度从块体的26eV增加到36eV,TiO2尺寸小于10nm时,其光催化性能大幅提高。故制备大比表面积的纳米级催化剂,是提高催化降解性能的有效途径。

2、在半导体表面负载贵金属

在TiO2表面沉积适量的贵金属,如Pt、Pd等,有利于光生电子和空穴的有效分离及降低还原反应(质子的还原,溶解氧的还原)的超电压,从而大大提高了催化剂活性。

3、半导体的金属离子掺杂

掺杂过渡金属或3价金属离子,可在半导体表面引入缺陷位置或改变结晶度,既可能成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命,也可能成为复合中点反而加快复合过程。研究表明,采用离子注入法对TiO2进行铬、钒等离子的掺杂,可将激发光的波长范围扩大到可见光区(移至600nm附近)。首先用计算机程序计算了激发的TiO2表面的电子密度,采用 3价离子能减少处于光子激发态的TiO2的电子密度,故能增强量子效应,增加空穴密度。

4、半导体的表面光敏化

将光活件化合物通过化学或物理吸附吸附于光催化剂表面,可以扩大激发波长范围,增加光催化反应的效率,常用的光敏化剂有曙红、叶绿酸、玫瑰红、劳氏紫等,羟基喹啉光敏化后的TiO2对苯酚、氯酚、三氯乙烯的降解率大大提高。

5、复合半导体

复合半导体可分为半导体-绝缘体复合及半导体-半导体复合,绝缘体大都起载体的作用。二元复合半导体中,两个半导体之间的能级差别能使电倚有效分离。

6、半导体与黏土交联

近期发现,在无机层状化合物的层间或沸石分子筛的微孔中,应用化学反应生成具有纳米级粒子特征的半导体簇合物,制得的以无机微孔晶体为主体,半导体纳米簇合物为客体的复合材料具有较高的光催化活性和选择性。

7、表面酸化

半导体表面酸性对其光催化性有很大影响,因为羟基化半导体表面与酸性有较大的关系。当TiO2与SiO2、Al2O3、ZrO2等绝缘体复合时,绝缘体大都起着载体的作用,不仅能提离TiO2的比表面积、孔隙率和热稳定性,而且能提高其表面酸性。

8、新型光催化剂

近年来,新型光催化剂的研究取得了很大进展,发现LaFeO3,FeO2等均为良好的光催化剂,BI2,TI2O2不仅在紫外光区具有明显的光催化性能,而且在可见光区亦具有一定的光催化性能,使光催化氧化反应可以在太阳光下进行。











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