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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 催化 » 催化反应 » 求助光催化原理
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lyh123

银虫 (小有名气)

[交流] 求助光催化原理

急求光催化原理相关知识，希望大家能够帮忙，非常感谢！！
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1楼 2009-04-20 23:31:42
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emma95

百度百科

★ ★
zouzhq(金币+2,VIP+0):谢谢应助，欢迎常来催化版！ 4-23 19:46
半导体光催化剂大多是硫族化合物半导体（当前以为TiO2使用最广泛）都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带(ValenceBand,VB)和导带(ConductionBand,CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand,BandGap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。
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7楼2009-04-23 17:27:15
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wangmeng5938

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★
催化大师(金币+4,VIP+0):谢谢指点，欢迎常来催化版讨论！ 4-21 08:23
二氧化钛是一种N型半导体材料，锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV，由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式：
λg (nm)=1240/Eg(eV)
可知：当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时，价带中的电子就会发生跃迁，形成电子-空穴对，光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。除了上述变化途径外，光激发产生的电子、空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子、空穴俘获剂，储备的能量在几个毫秒内就会通过复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制，随后的氧化还原反应就会发生。在水溶液中，光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧，氧俘获电子形成O2-；OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂，空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有高度活性的•OH自由基，活泼的•OH自由基可以将许多难以降解的有机物氧化为CO2和H2O。其反应机理如下 ：
TiO2 + hv → h+ + e-
h+ + e- → 热量
H2O → H+ + OH-
h+ + OH- → HO•
h+ + H2O + O2- → HO•+ H+ + O2-
h+ + H2O → HO•+ H+
e- + O2 → O2-
O2- + H+ → HO2•
2HO2• → O2 + H2O2
H2O2 + O2- → HO•+ OH- + O2
H2O2 + hv → 2HO•
从上述光催化作用原理分析可知道，光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映出光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响，相互制约。
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Westudysciencetogaininsightintotheworldwelivein.
2楼2009-04-21 07:22:49
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dts117

木虫 (正式写手)
不知道光会不会改变催化剂的酸碱性？
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努力向上，不如潜心随性
3楼2009-04-21 17:07:15
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jingyuwang

金虫 (小有名气)
★ ★ ★
催化大师(金币+3,VIP+0):谢谢指点，欢迎常来催化版讨论！ 4-22 08:22
当能量大于禁带宽度的光照射半导体微粒时，产生电子空穴对，价带上的电子会跃迁到导带，成为导带电子(e-)，同时在价带留下一个空穴(h+)。空穴具有强氧化性，能够与吸附在微粒表面的物质发生反应(a)。电子和空穴通过电场力的作用或扩散的方式运动迁移，迁移到半导体表面的空穴通常被OH-和H2O俘获，生成HO•，HO•是一种氧化能力很强的自由基，几乎无选择地氧化多种有机物，是光催化氧化的主要活性物质，而迁移到半导体表面的电子通常被吸附在微粒表面的电子受体O2俘获, 生成O2-。、HOO•等一系列自由基，它们能够参与多个氧化还原过程(b)，一般采用电子自旋捕捉技术（ESR）、荧光光度法（FL）、紫外－可见光度法（UV）等进行跟踪检测。
TiO2 + hν → h+ + e–            h+ + H2Oads → OH•
                                          h+ + HOads- → OH•
                                          O2 + e– → O2–。→→HOO•→→ H2O2 →→ OH•
h+ + Organics → Products       OH• + Organics → Products
(a)                                            (b)
Mechanism of the photocatalytic reaction under UV light irradiation

同时，电子和空穴也能够在催化剂粒子内部（途径B）或表面（途径A）发生复合并以热量的方式将激发能释放。电子和空穴的复合过程会降低光催化反应的量子效率，对光催化反应十分不利。
因此，光催化反应的量子效率取决于载流子的复合几率，载流子复合过程则主要取决于两个因素：一为载流子在催化剂内部或表面的复合几率；其二为表面电荷迁移过程。提高表面电荷迁移速率能够抑制电荷载流子复合，增加光催化反应的量子效率。
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4楼2009-04-21 17:21:15
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