影响材料光催化性能的因素有哪些

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影响材料光催化性能的因素有材料本身能带结构、形貌、缺陷、尺寸等，反应条件主要包括光源和pH值等。

光催化是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体，利用它们产生的电子和空穴来参加氧化—还原反应。当能量大于或等于能隙的光照射到半导体纳米粒子上时，其价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子—空穴对。

由于纳米材料中存在的缺陷和悬键，这些缺陷和悬键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。这些被俘获的电子和空穴分别扩散到微粒的表面，从而产生了强烈的氧化还原势。

1、催化剂能带结构。光催化核心的概念是光催化剂吸收光能后，产生具有还原能力的电子e-和具备氧化能力的空穴h+，e-和h+再将接触到的其他物质(H2O、污染物、重金属离子、CO2等)还原、氧化掉。当然，光催化剂的氧化还原能力是有其限制的，光催化剂的氧化还原能力取决于其导带、价带位置，导带越负，还原能力越强；价带越正，氧化能力越强。

2、催化剂形貌。催化剂由于制备方法、反应时间、温度等不同会得到不同的形貌，例如花状、球状、片状等等。形貌不同，比表面积不同，与反应物接触面积也不同。一般来讲，比表面积越大，吸附性能越好，催化性能也越好，但现在很多文献有讲，光催化剂催化性能与比表面积并没有必然联系。

3、晶面。光催化反应发生在半导体表面，因而半导体表面表面原子结构对催化剂催化性能有很大影响。催化剂不同晶面具有不同的原子排列和结构，会表现出不同的催化性能，可以通过调控催化剂晶面来提高其催化性能。如Dan Wu等发现{001}晶面占主体的BiOBr比{010}晶面占主体的BiOBr在使细菌失活方面表现出更好的光催化性能。

4、催化剂尺寸。光催化剂粒径尺寸与其催化性能息息相关。当催化剂尺寸达到纳米级后，存在量子尺寸效应，并且随着尺寸的减小，半导体的禁带宽度变大，氧化还原能力变强。同时，尺寸变小，电子空穴对到达催化剂表面时间越短，能越快与吸附在催化剂表面物质发生反应。

但同时需要考虑的是，尺寸越小，禁带宽度越大，对光的吸收能力也就越弱。以g-C3N4为例，双氰胺、三聚氰胺等直接高温烧出来的g-C3N4尺寸较大，催化性能并不好，ShubinYang等将粗品g-C3N4剥离为纳米片状，大大提升了其光催化性能。

5、催化剂晶型结构。晶型结构对催化性能影响典型代表莫过于TiO2了，TiO2有三种晶型结构-锐钛矿型、金红石型以及板钛矿型，常见的为锐钛矿型和金红石型，晶型结构不同导致它们具有不同的禁带宽度。

金红石型TiO2 3.0 eV，锐钛矿型TiO2 3.2eV，并且相较于金红石型TiO2，锐钛矿型TiO2具有更大的比表面积，更多的晶格缺陷，对电子的捕获能力也更强，有利于电子空穴对的分离，从而具备更强的光催化性能。

6、催化剂缺陷。缺陷对半导体材料的电子结构、光吸收性能、表面吸附性能等都有影响。缺陷会在半导体能带中引入新的能级，从而增强对光的吸收能力；可以增强对H2O和O2、CO2等的吸附，可以生成更多的活性自由基或者将CO2还原；除此之外，缺陷可以作为电子捕获中心，有利于电子空穴对的分离。

7、pH。pH对光催化性能影响明显的莫过于染料降解了，不同染料在溶液中pH不同，染料所带电荷与催化剂表面电荷的同异将直接影响吸附性能，进而影响到后续的催化降解。如S.Sakthivel等提到TiO2(Degussa P25) 的零电荷点为6.8，ZnO 零电荷点为9.0±0.3。

零电荷点以下，催化剂带正电，反之，带负电，当染料与催化剂带电相反，就会由于静电作用，有更多染料吸附在催化剂上，利于催化降解。除此之外，碱性条件下，溶液中有更多的OH-，更利于形成·OH，从而对催化性能造成影响。

8、光源。光源对催化性能影响主要体现在光照波长与光照强度两个因素。光照波长很好理解，比如汞灯/紫外灯和氙灯，汞灯发射光线主要为紫外线，而氙灯模拟太阳光，主要是可见光，TiO2只有在紫外线下才能被激发产生电子空穴对，才会有较好的光催化性能。

而光强对催化性能的影响结合高中物理知识就可以理解，光催化反应中，受光照激发产生电子空穴对的催化剂是有限的，光强较弱时，随光强增强，有更多催化剂加入反应，但当光强增强到一定值，没有多余催化剂产生电子空穴对，对催化性能几乎没影响。与之相反，光强过强，会导致反应体系温度升高，造成催化剂团聚，反而降低催化性能。

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碾子山区13399738497： 影响光催化剂氧化锌催化性能的主要因素有哪些 - ？
司奚同仁： 在选择和设计金属催化剂时,常考虑金属组分与反应物分子间应有合适的能量适应性和空间适应性,以利于反应分子的活化.然后考虑选择合适的助催化剂和催化剂载体以及所需的制备工艺,并严格控制制备条件,以满足所需的化学组成和物理结构,包括金属晶粒大小和分布等.

碾子山区13399738497： 温度对光催化材料性能有影响吗 - ？
司奚同仁： 温度对光催化材料性能有影响. 光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的一类半导体催化剂材料,世界上能作为光催化材料的有很多,包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体,其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强,化学性质稳定无毒,成为世界上最当红的纳米光触媒材料.在早期,也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料,但是由于这两者的化学性质不稳定,会在光催化的同时发生光溶解,溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性,故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料,部分工业光催化领域还在使用.

碾子山区13399738497： 影响光催化制氢和制氧效率的因素是什么?用的比较好的设备是什么?？
司奚同仁： 光催化制氢和制氧体系非常复杂,助催化剂是影响催化效率的一个关键因素,对催化剂的特定制备及表征以及反应体系优化很有意义,同时实验设备也是实验成功的关键,目前用的比较好的是RTK光催化制氢/制氧系统,该设备采用了新型的专利反应器和RTK GMC专利技术,非真空环境,可以实现常温常压下的实验,极低产气量和极高产气量均可测量,实时自动测量产氢体积,无需GC,无需计算,同时可以实现多通道的平行实验.

碾子山区13399738497： 光触媒的特征 - ？
司奚同仁： 1、全面性:光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物,并具有高效广泛的消毒性能,能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理.2、持续性:在环境污染不严重的条件下,只要不磨损、不剥落,光触媒本身不...

碾子山区13399738497： 什么会影响TIO2催化效果 - ？
司奚同仁： 一般影响催化剂的因素有温度,时间.催化剂的状态(也就是固态或者粉末状),还有就是催化剂的活性了

碾子山区13399738497： 半导体纳米材料的光催化特性产生的原因是什么 - ？
司奚同仁： 光催化特性是半导体具有的独特性能之一.在光的照射下,半导体价带中电子跃迁至导带,从而在价带中产生空穴,导带中产生电子.空穴具有很强的氧化性,电子具有很强的还原性.空穴(h )使 H 0氧化,电子(e一)使空气中的 O2还原,最终生成 氧化性极强 的 ·OH基 团. ·OH基 团具有极 强的 氧化性,几乎所有的有机污染物都可被其氧化分解,生成无污染 的小分子无机物.

碾子山区13399738497： 二氧化钛的常见晶相结构有哪几种?哪种光催化活性最高?哪种最适合做颜料? - ？
司奚同仁： 简单回答吧,一共是三种: 锐钛矿型(Anatase),金红石型(Rutile)和板钛不容易制备. 光催化活性一般是锐钛矿>金红石>板钛矿.(虽然金红石的禁带宽度为3.0 eV,要小于锐钛矿的3.2 eV,但是锐钛矿具有更多的空位和缺陷,而且Ti-O6八面体的连接方式决定其活性更高)不过也有人做出来的金红石光催化性能好(这和光催化性能的影响因素是相关的,如比表面积,禁带宽度,缺陷浓度等) 一般是锐钛矿的适合做颜料,主要原因是制备的相对密度小,而且制备容易. 以上.

碾子山区13399738497： 什么是光催化材料,麻烦尽快啊!!谢谢 - ？
司奚同仁： 光催化材料是由CeO2(70%-90%) ZrO2(30%-10%)组成,形成ZrO2稳定CeO2的均匀复合物,外观呈浅黄色,具有纳米层状结构,在 1000℃ 经4小时老化后,比表面仍较大(>15M# G),因此高温下也能保持较高的活性. 用途:适用于高温催...

碾子山区13399738497： 改善二氧化钛光催化性能的方法有哪些 - ？
司奚同仁： 其实在研究中,主要注重的是这种新型催化剂,它在光的激发下,会表现出较强的氧化还原性,也就是说大部分有机污染物只要具有氧化还原性的都可以降解,但降解的程度可能会有差别,比如他可以降解MTBE,含苯废水等, 因为二氧化钛本身只能利用紫外光的部分,所以现在研究掺杂改性的二氧化钛比较多,这也会是他的降解范围有所改变

碾子山区13399738497： 氟锑酸和其他无机功能材料的制备、简介和应用,愈多愈好 - ？
司奚同仁： 氟的酸…没听过,不过其他的我知道点 超导材料如V,Nb,Ta(这三个不实用)Nb-Ti系(也可有钛,铊等) Nb3Sn等,制备方法:化学蒸镀法,表面扩散法,青铜法,熔体急冷法,激光和电子束辐照等 储氢合金:镁系,稀土系,钛系等 制备技术...