1、光催化法的產(chǎn)生與機(jī)理1972年Fujishima等發(fā)現(xiàn)受輻照的二氧化鈦(TiO2)微粒可以使水發(fā)生持續(xù)的氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，揭開了多相光催化研究的帷幕。此后，光催化氧化技術(shù)得到了廣泛的重視和快速的發(fā)展。TiO2作為一種優(yōu)良的光催化劑，以其低廉的成本，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，無(wú)毒無(wú)害的特征，吸引科學(xué)家們不斷探索。自1976年Carey等先后報(bào)道了TiO2水濁液在近紫外光的照射下可使多氯聯(lián)苯完全脫氯去毒、TiO2在多晶極氙燈作用下對(duì)二苯酚、I-、Br-、Cl-、Fe2 、Ce3 和CN-的光解過(guò)程、TiO2在紫外光照射下有殺菌作用以來(lái)，大量的深入研究表明:利用光催化技術(shù)不僅能夠處理多種難降解有機(jī)污染物，同時(shí)具有很好的殺菌及抑制病毒活性的作用，且不會(huì)形成對(duì)人體有害的中間產(chǎn)物。TiO2光催化技術(shù)逐漸在水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出了誘人的前景，并被認(rèn)為是當(dāng)前最具有開發(fā)前景的水處理技術(shù)。然而，TiO2只有在紫外光的激發(fā)下才能表現(xiàn)光催化活性。紫外光發(fā)射裝置構(gòu)造復(fù)雜，耗電量大，運(yùn)行成本高，影響了二氧化鈦光催化氧化技術(shù)在實(shí)際工程中的大規(guī)模應(yīng)用。 太陽(yáng)光是一種清潔能源。如果多相光催化技術(shù)可以以太陽(yáng)光為驅(qū)動(dòng)力，無(wú)疑具有強(qiáng)大的工程潛力。但太陽(yáng)光中紫外光的含量只占3%~5%，因此TiO2直接利用太陽(yáng)光進(jìn)行光催化的效率較低。為了改善TiO2對(duì)太陽(yáng)光的利用能力，許多科學(xué)家和實(shí)驗(yàn)室都做了大量的研究。當(dāng)前的研究熱點(diǎn)主要集中在中在兩個(gè)方面:一是如何提高TiO2對(duì)太陽(yáng)能的利用效率;二是如何設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)器，充分利用太陽(yáng)光能。TiO2光催化氧化機(jī)理：TiO2是一種半導(dǎo)體光催化劑，具有銳鈦礦、金紅石及板鈦礦三種晶體結(jié)構(gòu)，其中只有銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)具有光催化特性。銳鈦礦型TiO2粒子比金紅石型TiO2粒子具有更高的催化活性(200~3000倍)。TiO2的帶隙能為3.2eV，相當(dāng)于波長(zhǎng)為387.5nm光子的能量，當(dāng)TiO2受
2、TiO2對(duì)太陽(yáng)能利用效率的提高2.1 催化劑的表面修飾TiO2的光催化活性起源于光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，由于電子-空穴對(duì)易于復(fù)合，大大降低了光催化降解效率。如果TiO2表面有能接受電子的物質(zhì)，改變氧化還原反應(yīng)過(guò)程，有利于電子和空穴的轉(zhuǎn)移，并延長(zhǎng)其分離時(shí)間，就有可能降低電子與空穴的復(fù)合，提高TiO2的光催化效率。根據(jù)半導(dǎo)體的特性，通常采用如下修飾手段:①在半導(dǎo)體微粒表面形成淺電子陷阱，俘獲電子，阻止電子和空穴復(fù)合，貴金屬沉積、過(guò)渡金屬離子摻雜屬于這類修飾。②利用光敏劑和TiO2形成的量子尺寸效應(yīng)來(lái)促進(jìn)半導(dǎo)體的光生電子-空穴對(duì)的生成和分離，使其光激發(fā)響應(yīng)范圍向長(zhǎng)波方向移動(dòng)甚至達(dá)到可見光區(qū)，為利用太陽(yáng)能提供有價(jià)值的途徑。
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