TiO-,2-光生載流子遷移過程的功效應(yīng)及在光催化中的應(yīng)用.pdf

1、TiO2光催化技術(shù)具有重要的應(yīng)用前景，是國際上廣泛研究的課題。鑒于大多數(shù)文獻(xiàn)主要從化學(xué)合成的角度研究光催化過程，本文從TiO2光生載流子遷移過程功效應(yīng)的角度對TiO2光催化過程作了研究，F(xiàn)ermi能級劈裂｜Fn-Fp｜和載流子遷移在光催化中起了重要作用，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了|Fn-Fp｜的重要性，提出了幾種在光催化中提高｜Fn-Fp|和外回路的方法，將為提高TiO2光催化效率提供有益的新方法。 針對TiO2表面電子結(jié)構(gòu)的重要性，用熒

2、光光譜研究了TiO2的表面電子結(jié)構(gòu)和電荷遷移過程。說明可以通過發(fā)射光譜的不同研究晶粒大小、光輻射、pH、Ag＋、甲基橙()(MO)和甲基藍(lán)(MB)吸附對表面態(tài)的影響，可以明確地表征光生載流子表面遷移過程，而這些遷移過程對體現(xiàn)功效應(yīng)很為關(guān)鍵。熒光光譜研究表明TiO2的表面態(tài)起著兩種不同作用，一為表面復(fù)合中心，二為光催化反應(yīng)活性中心。 以光生載流子表面態(tài)的遷移為基礎(chǔ)，提出了光電導(dǎo)率法計(jì)算|Fn-Fp｜和光催化反應(yīng)速率常數(shù)的方法，并用

3、于光催化機(jī)理研究。式(3.39)中n和Kconst是光催化過程中與TiO2、TiO2界面和被催化物質(zhì)相關(guān)的兩個(gè)重要參數(shù)，其中用n可以確定光催化反應(yīng)的動力學(xué)特征，Kcons反映TiO2光生電子空穴的界面遷移特性，可以用來研究光催化機(jī)理。通過光電導(dǎo)率計(jì)算的|Fn-Fp｜值和光催化反應(yīng)速率常數(shù)有很好的對應(yīng)關(guān)系，說明|Fn-Fp｜是一個(gè)TiO2光催化過程中重要的熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，結(jié)果表明TiO2光催化過程不僅涉及許多化學(xué)問題，而且包含了許多物

4、理因素。 通過在TiO2中摻入N、V來調(diào)節(jié)TiO2的帶隙寬度，研究了不同帶隙和復(fù)合反應(yīng)速率常數(shù)kf對|Fn-Fp｜調(diào)控及同光催化效率的關(guān)系，同時(shí)也對N、V摻雜TiO2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。還研究了入射光強(qiáng)、|Fn-Fp｜和光催化效率的關(guān)系作了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果佐證了|Fn-Fp｜是光催化過程非常重要的特征參數(shù)。 以TiO2導(dǎo)帶豐富亞結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的雙光子過程是一種在TiO2光催化中利用可見光的方法，這是一種不同于摻雜的新方法。初步研

5、究表明，TiO2薄膜的雙光子過程可以提高液相光催化活性大約21％，而粉體的雙光子催化過程可提高氣相光催化效率大約24％。機(jī)理分析表明TiO2在紫外光吸收躍遷下產(chǎn)生的位于t2g*光生電子的d-d躍遷在該過程中起了重要的作用。 對濺射法制備TiO2薄膜在開路、短路和正置偏壓下的液相光催化過程進(jìn)行了研究。相對于開路催化過程，短路和正置偏壓情況下能很大程度提高光催化效率，這是由于光生載流子的遷移和分離過程在光催化中起到了很重要的作用。并

6、結(jié)合光電化學(xué)動力學(xué)對此進(jìn)行了詳細(xì)分析，分析結(jié)果認(rèn)為液相光催化反應(yīng)過程中，位于TiO2空間電荷層和亥姆霍茨層上的過電勢的產(chǎn)生，他們分別是與TiO2體內(nèi)和表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)，在光催化中扮演了至關(guān)重要的角色。在短路和正置偏壓下這兩個(gè)參數(shù)的變化是光催化效率提高的根源。 本文還對CeO2-TiO2復(fù)合薄膜微觀異質(zhì)結(jié)的光催化過程和載流子遷移的關(guān)系做了細(xì)致研究，認(rèn)為TiO2相中非光注入載流子是其可見光活性的主要原因。對Si/TiO2薄膜異質(zhì)結(jié)