实验五锐钛矿型纳米TiO2光催化性能研究.docx

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1、锐钛矿型纳米Tie)2光催化性能讨论一、试验目的半导体纳米微粒作为光催化剂降解各类有机污染物的讨论引起了各国的重视0所使用的半导体纳米微粒有TiO2、Zn0、CuS.Fe2O3Wo3、Na2W40i3K3Ta3Si2O3SrTiO3、Cu2OsMOS2、NiZR64N66Oi7,其中以TiCh无毒、价廉、稳定性好以及抗氧化力量强等优点而备受青睐。TiO2光催化技术可完全降解空气和废水中有机污染物。人们UF曾对水中多种有机污染物的光催化分解进行了讨论，结果表明光催化氧化法可将水中的烧类、卤代物、陵酸、表面活性剂、染料、含氮有机物等完全氧化为CO2、HzO和无机酸根离子等无害物质。本试验的目的主要

2、是了解TiO2与其它几种氧化物的光催化活性的差异。二、试验原理光催化现象是20世纪70年月Fijishima和HOndal旬等人讨论水在二氧化钛电极上的光致分解时发觉的。从今揭开了全世界范围内对二氧化钛的讨论热潮，1977年Frank和Bard等人发觉二氧化钛可分解水中制化物向，产生这一现象的缘由在于，光照使半导体二氧化钛阳极产生了具有极高氧化还原力量的电子-空穴对。在上述的光致半导体分解水的过程中，半导体仅作为一种媒介在反应前后是不变化的，但借助它却把光能转化成了化学反应的推动力。在这种意义上，半导体与催化反应中催化剂起类似的作用。随后的大量讨论发觉，不用外电路直接将沉积有金属钠的二氧化钛悬

3、浮于水中，光照下它也能导致水的分解。光催化正是在这个概念和方法基础上进展起来的。TiO2化学性质稳定、抗光腐蚀性强，特殊是其光致空穴的氧化性极高，还原电位可达+2.53V,还可在水中形成还原电位比臭氧正的羟基自由基(QH)。同时间生电子也有很强的还原性(氧化还原电位为-0.52V),可以把氧分子还原成超氧负离子(0外，水分子岐化为过氧化氢(H2O2)o所以TiO2的光生电子空穴具有很强的氧化-还原力量，特别适合于环境爱护的催化应用8。目前,对半导体光催化过程较普遍的熟悉是,其价带上的电子受光激发跃迁到导带,在导带形成光生电子，在价带上产生空穴。由于半导体导价能带间存在禁带，光生电子和空穴在复合

4、前有足够长的寿命(nanosecond),这使得它们可迁移到催化剂表面并与吸附在那里的分子（OH，O2、有机物等）发生能量和电荷交换，产生具有强氧化力量的QH、H2O2,Or等物种。这些基团是直接参加化学反应的主要活性物质，也不排解光生电子和空穴直接与反应基质作用的可能性。三、主要仪器与试剂仪器：光催化反应装置，高压汞灯，瓶灯，磁力搅拌器，722型分光光度计，马弗炉，高速离心机，真空干燥箱，电子分析天平，空气发生装置等。试剂：甲基橙，纳米TiCh,Zro2等。四、试验内容1、文献查阅通过文献查阅，悬浮状态下光催化反应的原理、被降解物降解率的测试方法，了解常规的分光光度计的分析测试方法。2、光催

5、化反应装置的组装尽可能在上述仪器和试剂范围内，依据所拟定的试验方案，在试验室内由同学自己预备所需的仪器和试剂等,经老师同意后方可进行试验（核心装置由老师供应）。3、光催化性能测试对所组装的光催化反应装置，依据拟定的方法，在试验室内由同学自己预备所需仪器，独立开展各项工作，进行光催化性能测试。本次试验仅要求进行纳米TiCh光催化降解试验，并用Zro2作为对比，说明并非全部氧化物都据有光催化活性。4、进行数据处理，写出试验报告，提交试验报告电子版和打印稿。5、试验条件：反应溶液总体积400-600mL,甲基橙浓度25mgL,催化剂用量0.5gL,室温反应。吸附平衡IOmin,光照时每Iomin取样一次，约8mL。五、思索题1、光催化反应与光化学反应有什么异同？2、在光催化反应过程中为什么要通入空气（氧气）？3、简述TiOz光催化反应原理。参考文献：（略）