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关于光催化材料的问题 已有3人参与
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书上说二氧化钛具有光催化性能 但是禁带太宽 由此导致其职能在紫外光照射下起作用 那么问题来了： 第一，为什么不直接找尽带宽度窄的材料？ 第二，只要是半导体 因为都具有禁带 是不是都可以做成光催化材料 第三，现在有可以在可见光区响应的光催化材料么？ 第四，光催化和光解水是不是一回事 |
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 光催化 |
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zzurh
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【答案】应助回帖
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Hymbbds: 金币+5, ★有帮助 2015-04-12 18:26:53
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第一、第二个问题： 禁带宽度小，吸收光子多，产生的电子空穴对多，催化的效率就高，貌似这样分析很正确，其实则不然。要提高光催化效率要拓宽吸收光谱，没错，要产生更多的载流子也没有错。但是只是简单的拓宽光谱而不考虑光谱匹配，只是为了更多的产生载流子而不考虑载流子输运，这就有所偏废了，或者说你思维产生了片面性，进入了极端。打个比方你现在就是食堂老板，想多挣钱，你只有两个办法：1）减少原材料成本 2）吸引更多的人来买饭。你现在的想法是我把原材料的成本降低最低，这样我挣钱不就多了吗？但是一旦你的原材料成本降低过度，你的饭菜是不可能卖出去的。做光催化也是一样，你不能只考虑优化某一点，偏废另一点，而是要在原材料成本和买饭人数之间去一个平衡，使效率达到最大化！你用禁带宽度极小的半导体材做成催化剂，首先面临的问题就是催化剂的触电池差（也就是空间电势）极小，这样即使半导体材料能够较大的吸收光子，产生较多的电子空穴对，但是由于空间电势较小，不能驱动电子和空穴对尽快的转移到的两端，载流子很快就会被复合掉。这样产生的载流子再多也没用，因为它没有进入外电路驱动负载，对外电路不做功。所以这样看来只有被两极所收集的载流子才是真正的有意义、有效的载流子。另外，你知道光生电压约等于空间电势的一半，空间电势小，那光生电压更不用说了，这样的电池有意义吗？我的需要多少块才能驱动一个负载？我的需要多少成本才能驱动负载？ 第三： 可见光区响应的光催化材料是有的，不过更多的体系是外加一个吸光单元。 第四：光解水是光催化的一个分支，很多有机反应也可以通过光催化进行，其它什么光催化产氢、产氧、还原二氧化碳都有。 |
2楼2015-04-06 22:35:02
3楼2015-04-07 12:47:52
【答案】应助回帖
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Hymbbds: 金币+5 2015-04-12 18:27:13
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Hymbbds: 金币+5 2015-04-12 18:27:13
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就你说的问题，我说一些我知道的。 首先可响应可见光催化的材料是有的，稀土铁酸盐就是一类，但既然是做光催化，材料的光催化性能肯定是衡量材料的的一个重要指标，稀土铁酸盐是一类窄带隙半导体，光响应范围是比较宽，但同时它的电子空穴对的复合率也比较大，这就影响到了材料的光催化性能。 第二，虽然说只要是半导体，都有一定的光催化性能，但做材料终归要以应用为落脚点的，你要考虑到催化活性、成本问题、制备工艺、耗能、回收、耐用等多方面的因素，这就要针对不同的光催化领域选取不同的材料了。 第三，尽管光催化的原理都是大同小异，但针对不同的光催化领域同种材料所表现的性能是不一样的。 第四，既然说到光催化性能，还要说下催化性能的表征，我也不是做太阳能电池的，但说到光催化降解方面， 事实上，由于不同人所用实验装置相差很大，评价手段不同，导致对光催化剂的催化能力没有统一的 评价标准和规范，这在比较的时候就出现了一定问题。 最后关于掺杂，对于宽带隙的材料可以通过掺杂拓宽其可见光响应范围，而对于窄带隙材料同样可以通过掺杂降低其电子空穴对的复合率，从而提高光催化活性。 至于掺杂对带隙以及电子空穴对的复合率之间的影响应该是有交叉，但又是有不同的，而具体的作用机理目前还没有清楚的认识。 |
4楼2015-04-08 17:28:56
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ykelikelie
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9楼2015-05-07 14:33:24
