Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Ⅰ2參與的光化學(xué)反應(yīng)及其機(jī)理的研究.pdf

1、環(huán)境和能源是當(dāng)今社會的熱門話題，而充當(dāng)著重要角色的半導(dǎo)體光催化則獲得了人們越來越多的關(guān)注。這是因為半導(dǎo)體光催化劑可直接利用太陽能光解水產(chǎn)生清潔能源氫氣和降解有機(jī)或無機(jī)污染物。TiO2因其具有高效、穩(wěn)定、無毒等特征而作為最受歡迎的光催化劑之一。但TiO2禁帶寬度約為3.2 eV，只能吸收波長≤380nm的紫外光。而到達(dá)地球表面的紫外光只有5％，這就大大限制了TiO2在可見光方面的應(yīng)用。WO3的禁帶寬度約為2.6 eV，比TiO2少了0.6

2、 eV，它能有效地吸收波長≤460nm的可見光。然而無論是TiO2還是WO3，它們光催化降解有機(jī)物的量子產(chǎn)率依然很低，所有針對如何有效提高半導(dǎo)體光催化活性的研究是很有意義的。
　　 本文主要以TiO2和WO3半導(dǎo)體光催化劑為研究對象，以金屬離子作為電子受體，通過降解苯酚來表征其光催化活性，較為系統(tǒng)的研究了各種影響因素及反應(yīng)機(jī)理。由于金屬鐵離子具有優(yōu)異的得電子能力，卻很難被再度氧化，于是本文接著研究了碘將二價鐵離子氧化為三價的反應(yīng)

3、及機(jī)理。本文共分為兩部分，研究內(nèi)容和成果如下:
　　 第一部分，主要研究了Fe3+、Cu2+分別對TiO2、 WO3光催化體系活性的影響。我們主要依據(jù)光催化降解苯酚來評價體系的光催化活性，進(jìn)而來評價Cu2+和Fe3+的修飾效應(yīng)。加入Fe3+后，對于WO3和TiO2，苯酚的初始光降解速率都得到有效的提高，但是只有TiO2能持續(xù)的保持速率增長趨勢，而WO3卻沒有;加入Cu2+后，P25降解苯酚的活性反而是受到抑制的，但是對于其它催化

4、劑，Cu2+的加入不僅提高了它們的反應(yīng)速率，而且此光催化降解反應(yīng)還較好的符合表觀一級動力學(xué)。經(jīng)對照實驗，發(fā)現(xiàn)在水溶液中只有Fe3+能發(fā)生有效的光解和吸附到催化劑上。再者，我們還發(fā)現(xiàn)Fe3+和Cu2+作為TiO2和WO3的光電子受體優(yōu)于O2，而且Fe3+更優(yōu)于Cu2+，更值得一提的是所得到的這些結(jié)果與既有的熱力學(xué)數(shù)值都能較好的符合。此外，F(xiàn)e3+得到TiO2上的光電子被還原成Fe2+后，能有效的被一些光生活性物種，如:H2O2，重新氧化生

5、成Fe3+;而對于Cu2+而言，其在銳鈦礦、金紅石及WO3上被還原后，可以被溶解氧重新氧化成Cu2+。
　　 第二部分，主要研究I2、I3-光敏化氧化Fe2+，在波長大于320 nm的紫外光或波長大于420 nm的可見光照射下，酸性水溶液的I2和I3-都能氧化Fe2+，而產(chǎn)生化學(xué)計量的Fe3+和I-。相比之下，I2敏化的反應(yīng)較快，而I3-敏化的反應(yīng)只有當(dāng)過量Fe2+存在時才能顯著發(fā)生。這是因為前者產(chǎn)生的I(.)自由基比后者產(chǎn)生的