光触媒可以被可见光激发,而与单纯的二氧化钛要紫外线激活不同。提高半导体光催化活性是光触媒技术的民用的途径!也是光触媒广泛应用的前提。在光触媒液中的二氧化钛是纳米级的,并被表面修饰过,与单纯的二氧化钛为不同的。提高活性的途径
1 担载金属
在目前的研究中,常见的担载金属(M)有Pt、Pd、W、Ag、Au等,其中Pt、W最常用。在半导体表面担载的M应控制在一个最适量的范围。Herrman J M等发现,在光催化剂上,当金属担载量低时,随金属量增加, 金属呈正效应,其解释是:这不仅由于金属的催化性质,而且由于电子在金属上的富集,减少了半导体表面电子的浓度,从而减少了电子与空穴在半导体表面的复合。然而,超出金属量的最佳范围,担载量越多越有害,这是由于过多的带有电子的金属微粒在半导体颗粒上存在时,光诱导产生的电子与空穴的再复合也在竞争之中。
Chen J 等研究了甲醇、乙醇、氯仿及二氯甲苯在TiO2、TiO2/Pt、Pd/ TiO2悬浮液中的光
催化氧化。发现乙醇的氧化产物随光催化剂不同而变化。在相同条件下,产物乙醛与乙酸
的比例为:以TiO2为光催化剂是30﹕1;以TiO2/Pt为光催化剂则是0.23﹕1。以TiO2为光催
化剂比以TiO2/Pt为光催化剂乙醛的浓度高了130倍,这说明以TiO2/Pt为光催化剂的活性更
强。
王幼平用溶胶-凝胶法制备掺铅TiO2纳米薄膜及其光催化性能的研究。掺铅TiO2纳米薄膜
玻璃在紫外光附近的透光率明显小于未掺铅TiO2纳米薄膜玻璃的透光率。这说明掺铅TiO2
纳米薄膜对紫外光具有明显吸收。敌敌畏水溶液的光催化降解实验表明:掺铅TiO2纳米薄
膜玻璃对有机磷农药的光催化降解率明显高于未掺铅者。
2 耦合半导体
半导体耦合是提高光催化效率的有效手段。通过半导体耦合可提高系统的电荷分离效果,
扩展对光谱吸收范围。崔玉民[8]等在n型半导体WO3中掺入p型半导体a -Fe2O3,明显提高
光催化活性。这是因为在n型半导体中掺入p型半导体,不仅提高系统的电荷分离效果,而
且由于WO3的禁带宽度Eq=2.8eV(较大),而a -Fe2O3禁带宽度Eq=2.3eV(较小),把它们
复合使用,其对可见光吸收率大为提高,因此提高了光催化效率。
耦合半导体有以下优点:(1)通过改变粒子的大小,可易于调节半导体的带隙和光谱吸
收范围;(2)半导体微粒的光吸收呈带边型,有利于太阳能的有效采集;(3)通过粒子
的表面改性可增加其光稳定性。
3. 离子修饰
大量研究表明,掺入金属离子可改善TiO2的光催化性能[14]。Choi等[14]系统考察了21种
金属离子对TiO2光催化活性的影响。常见掺杂离子有V3+、Mn3+、Fe3+、Ru3+等,金属离子
掺入TiO2晶格中可能引入缺陷位置或改变结晶度,抑制电子空穴的复合,延长载流子的寿
命,从而使光催化性能得以改善。另一方面,大量文献报道TiO2的表面吸附光敏剂延长其光吸收范围[15,16]。光敏剂可被光降解而变得无效。为了提高TiO2的光催化活性及其对可见光的吸收率,在TiO2/SiO2中掺杂Fe3+,Fe3+掺杂导致晶粒增大,稳定性降低,大大提高对NO2-的光催化降解率[17]。
4. 附加氧化剂
在反应体系中附加输入氧气或加入H2O2等氧化剂,使得光催化氧化效率更高[18], O2在其中作为光致电子俘获剂、·OH的另一个来源以及羟基化产物进一步氧化反应的氧化剂。O2另一个特点是不会带来二次污染,因此,使用更为广泛。崔玉民等[11]采用溶胶-凝胶法,在玻璃珠表面涂覆均匀透明的TiO2薄膜,并制成光催化反应器,对水溶液中I-的光催化氧化进行研究时,采用4种反应条件:(1)仅光照而不加催化剂;(2)仅加催化剂而不光照;(3)既加催化剂又光照;(4)既加催化剂又光照,且附加通入O2。实验结果表明:反应条件(4)光催化氧化效率最高,I2产率达到41.26%。
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