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xiujian

金虫 (小有名气)

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[交流] 请教二氧化钛的选择问题！

本人现在准备做负载型催化剂，用的是二氧化钛载体。文献上的二氧化钛比表面积是101，粒径是18-40目。我在网上需找二氧化钛发现，比表面积过100的，粒径都是20-30nm左右，大家说会不会太小呢？
还有，应该选择锐钛的还是金红石的呢?两者有什么区别？做有机反应的应该是选亲油的吧？谢谢！

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烦但不闲着，痛并快乐着！

1楼 2007-09-20 16:02:37

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xhtangxh

木虫 (著名写手)

有木有虫

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专业: 催化化学

★ ★ ★
nxl5096224(金币+3,VIP+0):谢谢应助哈！

粒径18-40目指的是复合颗粒物的粒度，不是单个晶粒晶畴大小，后面提到的“粒径都是20-30nm左右”才是单个晶粒晶畴的大小，两者风马牛不相及。

半导体材料之所以具有光催化特性，是由它的能带结构所决定的。根据定义，半导体晶粒的能带结构通常由一个充满电子的低能价带(Valence band，VB)和一个空的高能导带(Conduction band，CB)构成，价带和导带之间由禁带分开，该区域的大小称为禁带宽度，其能差为带隙能(Energy band gap，Eg)。半导体的带隙能一般为0.2~3.0eV。当用光子能量大于带隙能的光照射半导体时，价带上的电子获得光子的能量而跃迁至导带，形成光生电子(e-)，而价带中则相应地形成光生空穴(h+)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式迁移，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH-或H2O发生作用生成•OH。•OH是一种活性很高的粒子，能够无选择性地氧化多种有机物并使之矿化，通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2•和O2•-等活性氧，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。

光催化反应的量子效率低(~1%)是阻碍其实用化的关键因素之一。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：载流子在催化剂表面的俘获过程和表面电荷迁移过程。增加载流子的俘获或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。电子和空穴复合速率很快，在TiO2表面可在1纳秒以内完成，而载流子被俘获的速率相对较慢，通常在10~100纳秒内完成。所以为了有效俘获电子或空穴，俘获剂在催化剂表面的预吸附是十分重要的。催化剂的表面形态、晶粒大小、晶相结构及表面晶格缺陷均会影响载流子复合及电荷迁移过程。

二氧化钛有三种常见结晶态，即板钛矿(brookite)、锐钛矿(anatase)和金红石(rutile)。长期以来，研究TiO2光催化性能主要用其锐钛矿和金红石两种晶型，主要原因是锐钛矿和金红石容易获得，而单一晶相的板钛矿很难制备。一般而言，锐钛矿催化活性高于金红石，这主要是由于：
1)金红石的带隙能较小(锐钛矿Eg为3.23eV，金红石Eg为3.02eV)；
2)锐钛矿晶格中含有较多的缺陷和位错，从而产生较多的氧空位捕获电子，而金红石晶型是TiO2最稳定的热力学结构，具有较完美的结晶形态，缺陷少，光生空穴和电子容易复合，从而影响其催化活性；
3)锐钛矿晶面(010)与一些环状有机物分子在结构上较易匹配，能有效地吸附有机物；
4)在高于973K热处理过程中，锐钛矿向金红石相转化，在TiO2表面发生急剧的不可逆的脱羟基反应，即金红石相的表面羟基化程度低于锐钛矿相，而表面的羟基可俘获空穴，产生•OH，同时吸附、活化氧气分子(捕获电子)和有机分子。换言之，氧在TiO2表面的吸附取决于其表面羟基化程度；
5)金红石光催化活性低，还可能与高温处理过程粒子烧结引起比表面积锐减有关。