光催化剂的分类和机理总结演示文稿.ppt

光催化剂的分类和机理总结(zngji)演示文稿1页，共31页，星期一光催化的机理光催化的机理(j l)和应用和应用2页，共31页，星期一防止防止(fngzh)电子和空穴的再结合电子和空穴的再结合1、用一种陷阱式的纳米结构限制光生空穴或者捕捉(bzhu)光生电子；2、用牺牲剂（乙醇、Na2S、Na2SO3）作为电子给体消耗价带空穴，是导带电子还原氢离子；用牺牲剂（AgNO3）作为电子受体消耗导带电子，使价带空穴氧化氧离子3、多种半导体共存，让半导体导带上的电子转移到半导体的导带上或价带上；3页，共31页，星期一光催化剂的影响光催化剂的影响(yngxing)因素因素1、光子(gungz)能量要比催化剂的禁带宽度Eg高；（窄的禁带宽度有利于太阳能的利用）2、反应物的氧化还原电势应在导带电位与价带电位之间；（更负的导带电位和更正的价带电位有利于氧化还原反应）4页，共31页，星期一光催化反应体系光催化反应体系(tx)1、加入(jir)电子给体和电子受体（牺牲剂）2、担载助催化剂3、双光子系统（Z-Scheme）5页，共31页，星期一加入加入(jir)牺牲剂牺牲剂用牺牲剂（乙醇、Na2S、Na2SO3）作为电子给体消耗价带空穴，是导带电子还原氢离子；用牺牲剂（AgNO3）作为电子受体消耗导带电子，使价带空穴氧化(ynghu)氧离子。

6页，共31页，星期一加入加入(jir)牺牲剂牺牲剂1M.J.Berr,P.Wagner,S.Fischbach,A.Vaneski,etal.,HolescavengerredoxpotentialsdeterminequantumefficiencyandstabilityofPt-decoratedCdSnanorodsforphotocatalytichydrogengeneration.Appl.Phys.Lett.100(2012)223903.7页，共31页，星期一加入加入(jir)牺牲剂牺牲剂SO32-相对于标准氢电极的电极电势最负，最易失电子，所以最易消耗(xioho)价带空穴8页，共31页，星期一加入加入(jir)牺牲剂牺牲剂缺点：当牺牲剂的量消耗(xioho)殆尽时，催化效率也会大大降低所以需要定时加入牺牲剂9页，共31页，星期一担载助催化剂担载助催化剂紫外光照射(zhosh)时单纯的光催化剂并不能有效分解水析出氢气和氧气,在光催化剂颗粒表面上担载一些金属或金属氧化物可以促进水的分解；常用的助催化剂有：Pt、NiO、Ru2O等；在水溶液粉末悬浮Pt/TiO2光催化体系中，Pt的作用就是助催化剂。

10页，共31页，星期一助催化剂的作用助催化剂的作用(zuyng)金属与半导体界面上形成了势垒，称为Schottky势垒，作为(zuwi)电子陷阱，能有效阻止半导体上的电子与空穴的复合光生电子向金属迁移，为Schottky势垒所俘获，空穴向半导体其他位置移动，促进了电子与空穴分离，有利于光催化反应的进行11页，共31页，星期一Ni装饰装饰(zhungsh)的的CdS纳米棒纳米棒2T.Simon,N.Bouchonville,M.J.Berr,A.Vaneski,etal.,RedoxshuttlemechanismenhancesphotocatalyticH2generationonNi-decoratedCdSnanorods.Nat.Mater.13(2014)1013-1018.12页，共31页，星期一Ni装饰装饰(zhungsh)的的CdS纳米棒纳米棒制备：Ni的前驱体NiCl2加到CdS纳米棒的分散系中，用447nm激光照射；CdS导带中的光生电子将NiCl2还原成Ni纳米颗粒，便沉积在CdS纳米棒表面性能(xngnng)：447nm激光照射，表观量子效率53%，内部量子效率71%，H2生产速率：63mmolg-1h-113页，共31页，星期一。

Ni装饰装饰(zhungsh)的的CdS纳米棒纳米棒影响因素：PH值OH-浓度是影响H2生产速率的重要(zhngyo)因素说明OH-是不只是改变碱度，而是直接参与反应的随着PH升高，H2生产速率显著提高尤其在14向14.7过渡时，也说明在这个PH范围内，催化的反应机制发生的本质上的改变14页，共31页，星期一Ni装饰装饰(zhungsh)的的CdS纳米棒纳米棒两步氧化(ynghu)反应当PH=14时EVB=1.70V因此，价带空穴可以氧化OH-生成的羟基再去氧化乙醇，该过程很快，其中空穴的转移是控诉环节15页，共31页，星期一光催化反应体系光催化反应体系(tx)1、加入电子给体和电子受体（牺牲剂）2、担载助催化剂3、双光子(gungz)系统（Z-Scheme）16页，共31页，星期一双光子双光子(gungz)系统（系统（Z-Scheme）自然界中的光合作用(gungh-zuyng)3P.Zhou,J.Yu,M.Jaroniec,All-Solid-StateZ-SchemePhotocatalyticSystems.Adv.Mater.26(2014)4920-4935.17页，共31页，星期一。

光催化反应体系光催化反应体系(tx)分类(fnli)：1、PS-PS体系2、PS-A/D-PS体系3、PS-C-PS体系18页，共31页，星期一光催化反应体系光催化反应体系(tx)分类(fnli)：1、PS-PS体系2、PS-A/D-PS体系3、PS-C-PS体系19页，共31页，星期一PS-PS体系体系(tx)将两种半导体直接固-固接触，可通过离子间的静电吸附（物理(wl)方法）和多相的成核生长（化学方法）常见的有：TiO2-C3N4、TiO2-CdS、ZnO-CdSEgECBEVBCdS2.41-0.521.88TiO23.2-0.292.91ZnO3.2-0.312.8920页，共31页，星期一PS-A/D-PS体系体系(tx)PS与PS无直接接触，靠氧化还原电对传递(chund)电子；PS不易被光氧化，易被光还原；PS不易被光还原，易被光氧化21页，共31页，星期一PS-A/D-PS体系体系(tx)存在逆反应：受电子体A与PS导带中的电子反应；供电子体D与PS价带中的空穴反应解决措施：改变半导体表面结构(jigu)，阻止A在PS上与D在PS上的吸附，但无法杜绝A/D电对：IO3/I、Fe3+/Fe2+,Co(bpy)33+/2+,Co(phen)33+/2+、NO3/NO222页，共31页，星期一。

PS-A/D-PS体系体系(tx)缺陷：由于氧化还原(hunyun)电对的存在，该催化剂仅适用于液态的催化反应，且不适合污染物的降解，因为污染物会影响电对的氧化还原(hunyun)反应，所以该体系的催化剂局限于水的光催化分解领域23页，共31页，星期一PS-C-PS体系体系(tx)无A/D电对，利用导体(dot)C作为电子传递媒介PS导带中的光生电子与PS价带中的光生空穴结合既阻止了两种半导体中光生电子和空穴的再复合；又降低了电子的传递距离；也可避免A/D电对造成的逆反应24页，共31页，星期一PS-C-PS体系体系(tx)常见的催化剂：TiO2-Au-CdSTiO1.96C0.04-Au-Pt/CdS（由于TiO2对可见光的吸收能力弱，所以加入(jir)C，改变禁带宽度与位置）AgBr-Ag-AgI（主要用于污染物的降解，将AgBr-AgI复合材料在氙灯下照射几秒钟，Ag纳米粒子便在AgBr与AgI的接触界面上形成）25页，共31页，星期一TiO2-Au-CdS体系体系(tx)制备：通过沉淀沉积法让Au粒子在TiO2的101晶面上，取向关系为Au111|TiO2101,Au粒子的大小(dxio)为3.4nm除掉氧气的S8乙醇溶液中加入Au/TiO2粒子和Cd2+离子，再用320nm的光照，Au/TiO2的光催化作用将S8还原成S2+，与Cd2+结合形成CdS附在Au表面，形成Au-CdS的核壳结构，即AuCdS/TiO2。

4H.Tada,T.Mitsui,T.Kiyonaga,T.Akita,etal.,All-solid-stateZ-schemeinCdS-Au-TiO2three-componentnanojunctionsystem.Nat.Mater.5(2006)782-786.26页，共31页，星期一TiO2-Au-CdS体系体系(tx)27页，共31页，星期一TiO2-Au-CdS体系体系(tx)用可见光照射：吸收峰红移用紫外光照射：吸收峰蓝移说明了Au与CdS之间有着(yuzhe)强电子相互作用28页，共31页，星期一TiO2-Au-CdS体系体系(tx)对甲基紫精还原(hunyun)能力测定29页，共31页，星期一光催化反应体系光催化反应体系(tx)1、加入电子(dinz)给体和电子(dinz)受体（牺牲剂）2、担载助催化剂3、双光子系统（Z-Scheme）30页，共31页，星期一光催化反应体系光催化反应体系(tx)总结：1、一方面减小禁带宽度，提高对太阳能的吸收能力；另一方面要使反应物的氧化还原电势应在导带电位与价带电位之间，利用不同半导体材料的优势互补或者掺杂，使两者要协调到最佳；2、通过电子传递媒介转移光生电子或空穴，来阻止其再复合；3、塑造一定(ydng)的几何结构如核壳结构、三维网状结构来增强光的捕集和电荷的分离。

31页，共31页，星期一。