第十二章光催化性能评价.doc
58页1、第十二章 光催化性能评价研究方法本章重点介绍在光催化机理、降解产物分析和性能评价研究中所涉及到的各种表征方法。光催化机理是物理化学研究所关注的领域,在本章中重点介绍了各种光电化学测量手段在光催化机理研究中的应用,除此外也介绍了光生载流子寿命以及活性物种的研究方法;对于光催化降解产物的研究一直是环境化学所关注的重要问题,在这里介绍了不同分析方法(色谱、质谱、色质联用等)在中间产物分析中的应用;光催化材料性能的表征是评价光催化材料及其制备工艺优劣的关键,不仅在理论研究中获得广泛的关注,而且随着光催化技术的迅速发展和广泛的工业化应用,光催化性能标准测试方法的建立是实现不同光催化材料和光催化材料制备工艺评价的基础。12.1 光催化机理研究光催化污染物的降解是一个复杂的物理化学过程,涉及到光能吸收、光生电荷分离和界面反应等环节,只有当光激发载流子(电子和空穴)被俘获并与电子给体/受体发生作用才是有效的。在研究光生电荷产生、迁移及复合相关的机理时,需要多种测试手段的相互辅助。这些检测技术如果按照检测参数可以分为:(1)光生电荷产生:吸收光谱法;(2)电荷密度与传输过程特性:电子自旋共振(ESR)、
2、光谱电化学法、电化学I-V法、阻抗谱、表面光伏/光电流技术;(3)寿命与复合,产生辐射、声子或者能量传递给其它载流子:载流子辐射度测量、荧光光谱技术、光声/光热测量、表面能谱技术等等。对于光催化机理的研究是深入认识光催化材料性能及光催化过程的基础,但由于所涉及到的技术手段较多,不同技术涉及到的机理及表征方法各不相同,故在本章中仅介绍文献中常用的技术方法。12.1.1 紫外可见漫反射光谱法在光催化研究中,半导体光催化材料高效宽谱的光吸收性能是保证光催化活性的一个必要而非充分的条件,因此对于光催化材料吸收光谱的表征是必不可少的。半导体的能带结构一般由低能价带和高能导带构成,价带和导带之间存在禁带。当半导体颗粒吸收足够的光子能量,价带电子被激发越过禁带进入空的导带,而在价带中留下一个空穴,形成电子空穴对。这种由于电子在带间的跃迁所形成的吸收过程称为半导体的本征吸收。要发生本征吸收,光子能量必须等于或大于禁带的宽度Eg,即 (12.1)其中,h0是能够引起本征吸收的最低限度光子能量,即当频率低于0,或波长大于0时,不可能产生本征吸收,吸收系数迅速下降。这种吸收系数显著下降的特征波长0(或特征频
3、率0)称为半导体材料的本征吸收限。在半导体材料吸收光谱中,吸光度曲线短波端陡峻地上升标志着材料本征吸收的开始,本征波长与禁带Eg关系可以用下式表示出来: (12.2)因此,根据半导体材料不同的禁带宽度可以计算出相应的本征吸收长波限。由于固体样品存在大量的散射,所以不能直接测定样品的吸收,通常使用固体紫外-可见漫反射光谱测得漫反射谱(UV-Vis Diffuse Reflectance Spectra, DRS),并转化为吸收光谱。利用紫外可见漫反射光谱法可以方便的获得半导体光催化剂的带边位置,所以是光催化材料研究中的基本表征方法。12.1.1.1 紫外可见漫反射光谱原理物质受光照射时,通常发生两种不同的反射现象,即镜面发射和漫反射。对于粒径较小的纳米粉体,主要发生的是漫反射。漫反射满足Kubelka-Munk方程式: (12.3)式中,K为吸收系数,与吸收光谱中的吸收系数的意义相同;S为散射系数; R为无限厚样品的反射系数R的极限值。事实上,反射系数R通常采用与已知的高反射系数(R1)标准物质(如,BaSO4和MgO)比较来测量。如果同一系列样品的散射系数S基本相同,则F(R)与吸收系
4、数成正比;因而可用F(R)作为纵坐标,表示该化合物的吸收带。又因为F(R)是利用积分球的方法测量样品的反射系数得到的,所以F(R)又称为漫反射吸收系数。利用紫外可见漫反射光谱法(UV-vis DRS)可以方便的获得粉末或薄膜半导体材料的能带间隙。紫外可见光谱的积分球附件原理如图12-1所示,积分球是一个中空的完整球壳,其内壁涂白色BaSO4漫反射层,且球内壁各点漫射均匀。入射光照射在样品表面,反射光反射到积分球壁上,光线经积分球内壁反射至积分球中心的检测器,可以获得反射后的光强,从而可以计算获得样品在不同波长的吸收。根据材料的紫外可见漫反射光谱可以计算获得半导体材料的吸收带边或禁带宽度。具体求法是先对紫外可见漫反射光谱图求导,找到一阶导数最低点,通过这个点作切线,切线与吸光度为零时所对应的横轴交点的波长即为材料的吸收带边,同时也就得到了半导体的禁带宽度。也可以根据吸收谱中的吸收系数,作出以光子能量h为横轴,(h)2为纵轴的曲线,如图12-2所示。然后拟合光吸收边所得直线在横轴上的截距即为带隙能量Eg。其中h=hc/,h=6.62610-34 Js为普朗克常数,c=3108 m/s为光速
《第十二章光催化性能评价.doc》由会员cn****1分享,可在线阅读,更多相关《第十二章光催化性能评价.doc》请在金锄头文库上搜索。
产学研技术合作协议范本
主井更换提煤箕斗安全技术措施
浙江省淘汰及限制材料,施工技术目录
初一学期班主任工作计划范本(2篇).doc
部编版二年级下册语文期末测试卷
毕业论文基于单片机的井下瓦斯监控系统设计
说明文阅读答题技巧及套路
电商扶贫调研报告
2023社区科普活动月工作总结(2篇).doc
2023年后勤部门工作总结范文(通用6篇)
通化市现代流通体系建设项目商业计划书(范文模板)
关于社会实习报告范文合集六篇
金属材料短流程、近终形的生产工艺
知识讲解概率全章节复习与巩固
辞职报告格式___-条据书信
机电副总工程师安全生产岗位责任制及考核细则
2022年实验工作计划十篇
(实用模板)2023年关于安康杯竞赛活动总结3篇
九寨沟县乡村项目资金申请报告模板范文
大班语言课件《彩虹色的花》教案
2022-12-14 9页
2023-09-21 6页
2023-01-27 4页
2022-07-23 50页
2023-06-06 6页
2023-11-11 41页
2023-11-04 14页
2022-10-29 7页
2024-01-11 17页
2022-12-05 16页