Bi摻雜TiO2的醇熱法制備及性能的研究.pdf

1、?第]章緒論?第1章緒論1.1光催化氧化研究背景及進(jìn)展隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的高速發(fā)展，環(huán)境污染的日益加劇，環(huán)境保護(hù)成為人們關(guān)注的首要問題。一般來說水體污染物的處理技術(shù)包括物理法、化學(xué)法和微生物處理法。光催化技術(shù)相對(duì)其他技術(shù)而言，在有毒有害難降解有機(jī)污染物的降解方面，特別是在中低濃度有機(jī)污染物的降解方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。光催化氧化可在常溫下進(jìn)行、無二次污染、成本低并可能利用太陽能等優(yōu)點(diǎn)成為各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)。1972年Fujishima和Ho

2、nda[i]首次在單晶TiCb電極上發(fā)現(xiàn)水的光解反應(yīng)，揭開了多相半導(dǎo)體光催化研究的序幕。1976年Carey等將TiO:作為光催化劑用來降解水中聯(lián)苯和1977年Bard[3】用TiOz氧化CN.為OCN等開始了用光催化劑處理污水的研究。20世紀(jì)90年代以來，納米科技的高速發(fā)展和控制納米粒子比表面積、粒徑等技術(shù)手段的日趨成熟為納米光催化技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的機(jī)遇，由此也掀起了半導(dǎo)體光催化制氧、光化學(xué)電池和光催化劑制備等領(lǐng)域的研究熱潮。納米

3、Ti02具有光催化活性高、化學(xué)惰性、對(duì)生物無毒、反應(yīng)條件溫和、無二次污染和成本低廉等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為光催化劑的研究熱點(diǎn)然而，Ti02光催化技術(shù)也存在著一些缺點(diǎn)。一方面，TiCb是寬禁帶半導(dǎo)體，它響應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)為387nm，隸屬于紫外光區(qū)域，太陽光利用率還不到5%。另一方面，Ti02光生載流子的復(fù)合率很高，導(dǎo)致光量子效率很低。此外，光催化劑多為粉末狀，難以回收和再利用。這些缺陷限制了Ti02光催化氧化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，提高Ti02的太

4、陽光利用率和量子效率，解決其回收難的問題成為當(dāng)前Ti02光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。另外，人們也幵始探索研究其他新型的光催化劑，如ZrO.si、丁a20嚴(yán)BaTi409[切、ZnO丨口.14】、W03[〗”6】、cdS[⑴^]、CdTe[〗9j、鶴酸鹽[2022】和錢酸秘口調(diào)等。1.2半導(dǎo)體光催化的應(yīng)用領(lǐng)域1.2.1半導(dǎo)體光催化在能源轉(zhuǎn)化上的應(yīng)用氫是理想的清潔能源，使用后不產(chǎn)生任何污染，并且其熱效率是汽油的3倍。能否廉價(jià)、低能耗的制取氫，是決

5、定其能否作為新能源得以推廣的關(guān)鍵。電解水制氧雖然比較成熟，但是會(huì)消耗大量的電能，因而經(jīng)濟(jì)性較差。自從1972年Fujishima和Honda[丨]報(bào)道了單晶Ti02電極分解水產(chǎn)生氫氣，便開啟了人們利用太陽能制氧的新路徑，尤其進(jìn)入90年代，光催化機(jī)理被逐步揭示，光催化分解水制氧的研究便得到進(jìn)1?第〗章緒論?但是這些光生載流子大多數(shù)會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)復(fù)合。TiO^hv^TiO^he?(2)—復(fù)合能量(n0H?(5)O.e^O；?(6)H^OO—

6、OOH0H?(7)2OOH?(8).OOHH’JDe—H從0H?(9)H0e^OHOH?(10)這些活撥的自由基具有極強(qiáng)的氧化性，能將復(fù)雜的有機(jī)物等直接氧化成C02，出0等簡(jiǎn)單的無機(jī)小分子t3436]。圖1.1為Ti02光催化材料的光激發(fā)過程示意圖。?.?WB?[mJ.):1乂?！獊V、OR’圖1.1Ti02光催化材料的光激發(fā)過程示意圖從以上Ti02光催化反應(yīng)機(jī)理可知，光催化產(chǎn)生的光生電子和空穴的復(fù)合速率越慢，光催化效率就越高。若能有效