光催化技术与应用精选PPT.ppt

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1、关于光催化技术与应用第1页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/171u纳米纳米TiO2光催化剂简介光催化剂简介u纳米纳米TiO2光催化剂的制备光催化剂的制备u纳米纳米TiO2光催化剂的表征光催化剂的表征u纳米纳米TiO2光催化剂的应用光催化剂的应用第六章 光催化技术与应用第2页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/172什么是多相光催化？什么是多相光催化？多多相相光光催催化化是是指指在在有有光光参参与与的的情情况况下下，发发生生在在催催化化剂剂及及表表面面吸吸附附物物（如（如H2O，O2分子和被分解物等）之间的一种光化学反应。分子和被分解物等）之间的一种光化学反应。光光催催化化反

2、反应应是是光光和和物物质质之之间间相相互互作作用用的的多多种种方方式式之之一一，是是光光反反应应和和催催化化反反应应的的融融合合，是是光光和和催催化化剂剂同同时时作作用用下下所所进进行行的的化化学学反应。反应。纳米TiO2光催化剂简介第3页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/173 半半导导体体光光催催化化剂剂有有ZnS、TiO2、ZnO、CdS、SnO2和和Fe3O4等等，但但是是ZnS、ZnO、SnO2、CdS 和和Fe3O4等等的的光光腐腐蚀蚀现现象象时时常常发发生生，严严重重降降低低了了催催化化活活性性，而而TiO2是是一一种种新新型型的的无无机机金金属属氧氧化化物物材材料料，

3、它它是是一一种种N型型半半导导体体材材料料，由由于于具具有有较较大大的的比比表表面面积积和和合合适适的的禁禁带带宽宽度度，因因此此具具有有优优异异的的光光催化活性，并且价格便宜，无毒无害，且能够连续使用而不失活。催化活性，并且价格便宜，无毒无害，且能够连续使用而不失活。纳米TiO2光催化剂简介第4页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/174 纳纳米米TiO2是是一一种种附附加加值值很很高高的的精精细细无无机机功功能能材材料料，尺尺寸寸约约在在1nm100nm之之间间。由由于于颗颗粒粒尺尺寸寸的的微微细细化化，使使得得纳纳米米TiO2具具有有块块状状材材料料所所不不具具备备的的独独特特性

4、性质质。其其特特有有的的小小尺尺寸寸效效应应、量量子子尺尺寸寸效效应应、表表面面效效应应、介介电电限限域域效效应应、宏宏观观量量子子隧隧道道效效应应，导导致致纳纳米米二二氧氧化化钛钛的的光光催催化化活活性性、降降解解有有机机物物的的深深度度以以及及光光量量子子产产率率均均较较常常规规氧氧化化钛钛有有大大幅幅度度的的提提高高，因因而而纳纳米米氧氧化化钛钛光光催催化化材材料料正正成成为为纳纳米米科科技技较较早早直直接接造造福福人类的有力工具。人类的有力工具。纳米TiO2光催化剂简介第5页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/175半导体是指电导率在金属电导率（约半导体是指电导率在金属电导率（

5、约104106/cm)和电介质电导率（和电介质电导率（1-10/cm)之间的物质，一般的它的禁带宽度之间的物质，一般的它的禁带宽度Eg小于小于3eV。半导体的能带结构 导带导带价带价带 禁带禁带Eg 3eV掺杂半导掺杂半导体体 N型半导体型半导体（依靠自由电子进行导电）（依靠自由电子进行导电）P型半导体（依靠空穴进行导电）型半导体（依靠空穴进行导电）半导体本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带本征半导体（纯的半导体，不含有任何杂质，禁带中不存在半导体电子的状态中不存在半导体电子的状态,即缺陷能级即缺陷能级)纳米TiO2光催化剂简介第6页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/176

6、实实际际半半导导体体中中，由由于于半半导导体体材材料料中中不不可可避避免免地地存存在在杂杂质质和和各各类类缺缺陷陷，使使电电子子和和空空穴穴束束缚缚在在其其周周围围，成成为为捕捕获获电电子子和和空空穴穴的的陷陷阱阱，产产生生局局域域化化的的电电子子态态，在在禁禁带带中中引引入入相相应应电电子子态态的的能能级级。N型型半半导导体体的的缺缺陷陷能能级级Ed靠靠近近导带，导带，P型半导体的型半导体的Ea靠近价带。靠近价带。EcEdEv价带价带EcEaEv导带导带价带价带 导带导带 P型半导体的能级型半导体的能级N型半导体的能级型半导体的能级纳米TiO2光催化剂简介第7页，讲稿共69张，创作于星期日2

7、022/10/177半导体能带宽度与粒子大小半导体能带宽度与粒子大小N()的关系示意图的关系示意图纳米TiO2光催化剂简介为什么要用纳米半导体光催化剂？为什么要用纳米半导体光催化剂？第8页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/178 各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（pH=0）纳米TiO2光催化剂简介第9页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/179光催化技术的发展历史光催化技术的发展历史 纳米TiO2光催化剂简介第10页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1710TiO2光催化剂的优点光催化剂的优点纳米TiO2光催

8、化剂简介第11页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1711TiO2的结构与性质的结构与性质TiTiOOTiOTiO6 6金红石型：共顶点且共边金红石型：共顶点且共边锐钛矿型锐钛矿型:共边共边TiO2晶型结构晶型结构示意图示意图纳米TiO2光催化剂简介TiO2是是n型型半半导导体体，氧氧空空位位（O2-）缺缺位位是是点点缺缺陷陷部部位位，包包括括晶晶格格氧氧空空位位、单单桥氧空位、双桥氧空位。桥氧空位、双桥氧空位。第12页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1712 Crystal structuresRelative density Type of latticeLattic

9、e constantLengths of Ti-O bond/nmEg/eVacanatase3.84Tetragonal system 5.279.370.1953.2rutile4.22Tetragonal system 9.055.80.1993brookite4.13Rhombic systemTiO2晶体的基本物性晶体的基本物性纳米TiO2光催化剂简介第13页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1713锐钛矿相和金红石相锐钛矿相和金红石相TiO2的能带结构的能带结构CB/e-VB/h+CB/e-3.2eV3.0eVVB/h+0.2eVl两两者者的的价价带带位位置置相相同同，光

10、光生生空空穴穴具具用用相相同同的的氧氧化化能能力力;但但锐锐钛钛矿矿相相导导带带的的电电位位更更负负，光光生生电电子子还还原能力更强原能力更强l混混晶晶效效应应：锐锐钛钛矿矿相相与与金金红红石石相相混混晶晶氧氧化化钛钛中中，锐锐钛钛矿矿表表面面形形成成金金红红石石薄薄层层，这这种种包包覆覆型型复复合合结结构构能能有有效效地地提高电子提高电子-空穴的分离效率空穴的分离效率纳米TiO2光催化剂简介第14页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1714 TiO2光催化材料的特性光催化材料的特性纳米TiO2光催化剂简介第15页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1715TiO2光催化剂的

11、催化机理光催化剂的催化机理半导体的能带结构半导体的能带结构 半半导导体体存存在在一一系系列列的的满满带带，最最上上面面的的满满带带成成为为价价带带（valence band，VB）；存存在在一一系系列列的的空空带带，最最下下面面的的空空带带称称为为导导带带（conduction band，CB）；价带和导带之间为禁带。）；价带和导带之间为禁带。当当用用能能量量等等与与或或大大于于禁禁带带宽宽度度（Eg）的的光光照照射射时时，半半导导体体价价带带上上的的电电子子可可被被激激发发跃跃迁迁到到导导带带，同同时时在在价价带带上上产产生生相相应应的的空空穴穴，这这样样就就在在半半导导体体内内部生成电子（

12、部生成电子（e-）空穴（）空穴（h+）对。）对。纳米TiO2光催化剂简介第16页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1716半导体价带的光激发半导体价带的光激发固体中的光激发和脱激过程固体中的光激发和脱激过程空气和溶液空气和溶液中通常是氧中通常是氧纳米TiO2光催化剂简介第17页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1717光生电子光生电子空穴对的氧化还原机理空穴对的氧化还原机理纳米TiO2光催化剂简介第18页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1718TiO2光催化主要反应步骤光催化主要反应步骤捕捕获获导导带带电电子子生生成成Ti3+hvH+VBE-CB复复合合 价价带

13、带空空穴穴诱诱发发氧氧化化反反应应捕捕获获价价带带空空穴穴生生成成Titanol基基团团导导带带电电子子诱诱发发还还原原反反应应TiO2纳米TiO2光催化剂简介第19页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1719 e-h h+Ox-Red+CO2,Cl,H+,H2O Red TiTiHOTiO2光催化反应基本原理及主要基元反应步骤光催化反应基本原理及主要基元反应步骤 纳米TiO2光催化剂简介第20页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1720光催化反应类型光催化反应类型u反应物被光激发后，在催化剂作用下引起的催化反应反应物被光激发后，在催化剂作用下引起的催化反应(催化的光反应催

14、化的光反应)：u由激发的催化剂由激发的催化剂K*所引起的催化反应（敏化的光反应）所引起的催化反应（敏化的光反应）u催化剂和反应物有很强的相互作用，如生成配合物，后者再经激发进行的催催化剂和反应物有很强的相互作用，如生成配合物，后者再经激发进行的催化反应（一般为均相反应）化反应（一般为均相反应）u在经多次激发后的催化剂作用下引发的催化反应（催化剂的光调节）在经多次激发后的催化剂作用下引发的催化反应（催化剂的光调节）u光催化氧化光催化氧化-还原反应还原反应纳米TiO2光催化剂简介第21页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1721 TiO2光催化活性的光催化的影响因素光催化活性的光催化的影

15、响因素lTiO2晶体结构的影响晶体结构的影响 在在 TiO2的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿表现出较高的活性，的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿表现出较高的活性，原因如下：原因如下：纳米TiO2光催化剂简介第22页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1722lTiO2表面结构的影响表面结构的影响 光光催催化化过过程程主主要要在在催催化化剂剂表表面面发发生生，对对于于单单纯纯的的TiO2光光催催化化剂剂，影影响其光催化活性的表面性质如下响其光催化活性的表面性质如下：纳米TiO2光催化剂简介第23页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1723l催化剂颗粒直径的影响

16、催化剂颗粒直径的影响 催催化化剂剂粒粒子子的的粒粒径径越越小小，单单位位质质量量的的粒粒子子数数越越多多，比比表表面面积积越越大大，催催化化活活性性越越高高；但但比比表表面面积积的的增增大大，意意味味着着复复合合中中心心的的增增多多，如如果果当复合反应起主导作用的时候，粒径的减小会导致活性的降低。当复合反应起主导作用的时候，粒径的减小会导致活性的降低。当粒径在当粒径在110nm级时会产生量子效应。级时会产生量子效应。半导体禁带明显变宽，电子空穴对的氧半导体禁带明显变宽，电子空穴对的氧化能力增强。化能力增强。半导体电荷迁移速率增加，电子与空穴的半导体电荷迁移速率增加，电子与空穴的复合几率降低。复

17、合几率降低。活性增活性增大大纳米TiO2光催化剂简介第24页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1724l溶液溶液pH值的影响值的影响 TiO2在水中的零电点（电荷为零的点）为在水中的零电点（电荷为零的点）为pH=6.25当溶液当溶液pH值较低时，值较低时，TiO2表面质子化，带正电荷，有利于光生电子向表面迁移表面质子化，带正电荷，有利于光生电子向表面迁移当溶液当溶液pH值较高时，由于值较高时，由于OH-的存在，的存在，TiO2表面带负电荷，有利于光生空穴向表面迁移表面带负电荷，有利于光生空穴向表面迁移对于不同的物质光催化降解有不同的最佳pH值，而且对于降解的影响非常显著实践证明，在p

18、H=39时，TiO2通常具有较好的催化活性纳米TiO2光催化剂简介第25页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1725l其他影响因素其他影响因素 除除了了前前面面提提过过的的影影响响因因素素外外，外外加加氧氧化化剂剂、光光源源、光光强强、反反应应液液中中的的盐等外界条件都可以对盐等外界条件都可以对TiO2的光催化活性产生一定的影响。的光催化活性产生一定的影响。纳米TiO2光催化剂简介第26页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1726 提高提高TiO2光催化活性的途径光催化活性的途径 目前的目前的TiO2光催化剂存在两个问题：光催化剂存在两个问题：量子效率低量子效率低 太阳能利

19、用率低太阳能利用率低解决方法：解决方法：贵金属沉积贵金属沉积复合半导体复合半导体离子掺杂修饰离子掺杂修饰表面光敏化表面光敏化 表面还原处理表面还原处理表面鳌合及衍生作用表面鳌合及衍生作用超强酸化超强酸化纳米TiO2光催化剂简介第27页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1727l贵金属沉积贵金属沉积沉积沉积Ag后的后的TiO2光催化性能光催化性能 光生电子在Ag岛上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面迁移，这样行成的微电池促进了光生电子和空穴的分离，提高了光催化效率。纳米TiO2光催化剂简介第28页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1728l复合半导体复合半导体 偶合型复合半导体

20、电荷分离示意图偶合型复合半导体电荷分离示意图 SnO2TiO2电子转移过程示意图电子转移过程示意图 纳米TiO2光催化剂简介第29页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1729l离子掺杂修饰离子掺杂修饰 掺杂离子提高掺杂离子提高TiO2光催化效率的机制可以概括为以下几个方面：光催化效率的机制可以概括为以下几个方面：纳米TiO2光催化剂简介第30页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1730 氮掺杂的二氧化钛带隙结构氮掺杂的二氧化钛带隙结构 纳米TiO2光催化剂简介第31页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1731l表面光敏化表面光敏化 S*ShvCBVB一AVBCBC

21、BVBASAS一 光敏化的作用机理光敏化的作用机理敏化剂激发后电子转移敏化剂激发后电子转移电子转移给受体电子转移给受体催化剂再生催化剂再生纳米TiO2光催化剂简介第32页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1732l表面还原处理表面还原处理一方面，随着一方面，随着TiO2表面表面Ti3+位的增多，位的增多，TiO2的费米能级升高，界面势垒增的费米能级升高，界面势垒增大，减少了电子在表面的积累及与空穴的进一步复合大，减少了电子在表面的积累及与空穴的进一步复合另一方面，在另一方面，在TiO2表面，表面，Ti3+通过吸附分子氧，也形成了捕获光生电子的部位通过吸附分子氧，也形成了捕获光生电子的

22、部位 对对于于TiO2光光催催化化反反应应，电电子子向向分分子子氧氧的的转转移移是是光光催催化化氧氧化化反反应应的的速速度度限限制步骤，故表面制步骤，故表面Ti3+数量越多，越有利于电子向分子氧的转移。数量越多，越有利于电子向分子氧的转移。纳米TiO2光催化剂简介 TiO2表表面面具具有有钛钛羟羟基基结结构构，他他是是捕捕获获光光生生电电子子和和空空穴穴的的浅浅势势阱阱。与与钛羟基相比，钛羟基相比，Ti3+是一种更有效的光生电子界面转移部位。是一种更有效的光生电子界面转移部位。第33页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1733l表面螯合及衍生作用表面螯合及衍生作用 表表面面衍衍生生作

23、作用用及及金金属属氧氧化化物物在在TiO2表表面面的的螯螯合合可可进进一一步步改改善善界界面面电电子子传传递递效效果果，进进而而影影响响TiO2光光催催化化活活性性。1.可可有有效效延延长长光光生生电电子子-空空穴穴的复合时间。的复合时间。2.能造成光催化剂能造成光催化剂TiO2的导带向更负方向移动。的导带向更负方向移动。l超强酸化超强酸化 增强催化剂表面酸性是提高光催化效率的一条新途径。增强催化剂表面酸性是提高光催化效率的一条新途径。一一方方面面，通通过过二二氧氧化化钛钛的的SO42-表表面面修修饰饰（超超强强酸酸化化），使使催催化化剂剂结结构构明明显显改改善善，有有效效地地抑抑制制了了晶晶

24、相相转转变变，使使得得具具有有高高光光催催化化活活性性的的锐锐钛矿含量增加、晶粒度变小、比表面积增大、表面氧缺陷位增加。钛矿含量增加、晶粒度变小、比表面积增大、表面氧缺陷位增加。另另一一方方面面，SO42-/TiO2超超强强酸酸催催化化剂剂表表面面由由于于受受到到SO42-诱诱导导的的相相邻邻L酸酸中中心心和和B酸酸中中心心组组成成了了基基团团协协同同作作用用的的超超强强酸酸中中心心增增大大了了表表面面酸酸量量及氧的吸附及氧的吸附量。量。纳米TiO2光催化剂简介第34页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1734纳米TiO2的制备二二氧氧化化钛钛合合成成物理法物理法化学法化学法机械粉碎

25、法机械粉碎法 液相法液相法 气相法气相法液相沉淀法液相沉淀法溶胶溶胶-凝胶法凝胶法醇盐水解法醇盐水解法微乳液法微乳液法水热法水热法TiCl4氢氧焰水解法氢氧焰水解法TiCl4气相氧化法气相氧化法钛醇盐气相氧化法钛醇盐气相氧化法钛醇盐气相水解法钛醇盐气相水解法钛醇盐气相热解法钛醇盐气相热解法第35页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1735 制备方法制备方法 优点优点 不足不足 液相沉淀法液相沉淀法粒径小，原料便宜易得粒径小，原料便宜易得工艺流程长、废液多、工艺流程长、废液多、产物损失较大，纯度低产物损失较大，纯度低 溶胶溶胶-凝胶法凝胶法粒径小，分布窄，晶型为锐钛粒径小，分布窄，晶型

26、为锐钛矿型，纯度高，热稳定性好矿型，纯度高，热稳定性好有机溶剂来控制水解速有机溶剂来控制水解速度，致使成本较高度，致使成本较高 醇盐水解法醇盐水解法常温进行，设备简单，能耗少，常温进行，设备简单，能耗少，纯度高纯度高大量有机溶剂来控制水大量有机溶剂来控制水解速度解速度,致使成本较高致使成本较高 微乳液法微乳液法可有效控制可有效控制TiO2颗粒的尺寸颗粒的尺寸 易团聚易团聚 水热法水热法晶粒完整，粒径小，分布均匀，晶粒完整，粒径小，分布均匀，原料要求不高，成本相对较低原料要求不高，成本相对较低反应条件为高温、高压，反应条件为高温、高压，材质要求高材质要求高液相法液相法纳米TiO2的制备第36页，

27、讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1736 l液相沉淀法液相沉淀法传统的方法（前躯体：传统的方法（前躯体：TiCl4,Ti(SO4)2）改进后的方法改进后的方法(前躯体：前躯体：TiOCl2不加碱性沉淀剂不加碱性沉淀剂)TiOCl2 水溶液水溶液65 以下水解以下水解100 左右水解左右水解白色晶型沉淀白色晶型沉淀白色晶型沉淀白色晶型沉淀加热干燥加热干燥加热干燥加热干燥金红石型纳金红石型纳米米TiO2粉体粉体锐钛矿型纳锐钛矿型纳米米TiO2粉体粉体无定形的无定形的Ti(OH)4TiCl4或或Ti(SO4)2过滤过滤洗洗涤涤干燥干燥600煅烧煅烧锐钛矿锐钛矿型型TiO2800800煅烧煅

28、烧金红石型金红石型TiO2氨水氨水,NaOH,(NH4)2CO3 纳米TiO2的制备第37页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1737l溶胶溶胶-凝胶法凝胶法(Sol-Gel)(前驱体前驱体(TNB)混合液混合液均匀混合液均匀混合液均匀混合液均匀混合液黄色晶体黄色晶体钛钛酸酸丁丁酯酯抑抑制制剂剂(ACAC，HAc)加加入入总总醇醇量量2/3的的醇醇 缓缓慢慢滴滴加加 1/3醇醇+水水搅搅拌拌滴滴加加盐盐酸酸 测测pH值值真真空空干干燥燥白白色色纳纳米米TiO2粉粉末末 Sol-Gel 法法制制备备TiO2的的工工艺艺流流程程纳米TiO2的制备第38页，讲稿共69张，创作于星期日202

29、2/10/1738l醇盐水解沉淀法醇盐水解沉淀法(前驱体前驱体(TNB)醇盐水解法合成醇盐水解法合成TiO2的工艺流程图的工艺流程图 纳纳米米级级TiO2醇醇钛钛酸酸丁丁酯酯混合混合混合混合水水酸酸醇醇水解水解陈化陈化真空干燥真空干燥煅烧煅烧纳米TiO2的制备第39页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1739l水热法水热法1.前驱体前驱体:（TNB,NaOH 调整调整pH)3mlTNB15ml C2H5OH A NaOHpH=5,6,8,10,12 B Hydrothermal reactor180，5h CoolCentrifugalLavationDrying TiO2,powd

30、er纳米TiO2的制备第40页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/17402.前驱体前驱体:TNB,尿素水解尿素水解3ml TNB5mlC2H5OHCO(NH2)210ml C2H5OH A B Stirring CHydrothermal reactorCoolCentrifugalLavation DryingTiO2 powder80,4h;180,4h纳米TiO2的制备第41页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/17413.前驱体前驱体:TiCl4，NaOH 调整调整pH2mTiCl410mlC2H5OH A NaOH 1,3,5,7mlBHydrothermal re

31、actor White TiO2powerCentrifugalLavationDryingCool180,8h纳米TiO2的制备第42页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1742l微乳液法前驱体前驱体:TiCl4,NaOH，HCl调整调整pH洗涤洗涤干燥干燥 白色白色TiO2粉末粉末混混合合超超声声透明溶液透明溶液A混混合合超超声声透明溶液透明溶液B 混合混合,调整调整pH反应釜反应釜180 ,8h冷却冷却离心离心16.8ml 正庚烷正庚烷 2.7ml 正己醇正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液溶液 16.8ml 正庚烷正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正己醇

32、正己醇纳米TiO2的制备第43页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1743小结：小结：通通过过对对各各种种方方法法制制备备出出的的纳纳米米TiO2对对比比，发发现现采采用用溶溶胶胶凝凝胶胶法法制制备备的的纳纳米米TiO2具具有有粒粒径径小小，分分布布窄窄，晶晶型型为为锐锐钛钛矿矿型型，纯纯度度高高，热热稳稳定定性性好好，产产率率较较高高等等优优点点，是是一一种种非非常常具具有有发发展展潜潜力力的的合合成成方方法法。是是有有可可能能应应用用于于工业生产的合成纳米材料的方法。工业生产的合成纳米材料的方法。纳米TiO2的制备第44页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1744掺杂型

33、纳米掺杂型纳米TiO2的制备的制备l水热法（掺杂水热法（掺杂Au）纳米TiO2的制备5mlTiCl4(1mol/L)180,8hHydrothermal reactor Centrifugal LavationdryingPurple powder Cool White precipitation NaOHNo white precipitation 6.8mlHAuCl4 NaOH第45页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1745l微乳液法（掺稀土元素）微乳液法（掺稀土元素）离离心心 洗洗涤涤 干干燥燥 白白色色TiO2粉粉末末混混合合超超声声透透明明溶溶液液A混混合合超超声声透透

34、明明溶溶液液B 混混合合,调调整整pH反反应应釜釜180 ,8h冷冷却却16.8ml 正正庚庚烷烷 2.7ml 正正己己醇醇1.5CTAB 1.8 ml TiCl4 16.8ml 正正庚庚烷烷1.5 g CTAB 2.7ml 正正己己醇醇稀稀土土硝硝酸酸盐盐+盐盐酸酸超超声声盐盐溶溶液液 溶溶解解纳米TiO2的制备第46页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1746l溶胶溶胶-凝胶法凝胶法(掺杂过渡金属掺杂过渡金属)HCl少少量量C2H5OH超超声声溶溶解解 澄澄清清溶溶液液HAc+H2OTNB加加热热 搅搅拌拌黄黄色色胶胶体体C2H5OH黄黄色色溶溶胶胶陈陈化化凝凝胶胶500,8h掺

35、掺杂杂型型纳纳米米TiO2纳米TiO2的制备第47页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1747纳米纳米TiO2光催化剂的负载光催化剂的负载 由由于于粉粉体体的的纳纳米米TiO2过过程程中中存存在在着着使使用用和和回回收收不不便便的的问问题题，在在实实际际的的应应用用中中很很难难利利用用，因因此此需需要要对对TiO2进进行行负负载载，以以便便在在实实际际中中得得到到很很好好的的应应用。用。纳米TiO2的制备第48页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1748l浸渍法浸渍法（载体为石棉绳、沸石、分子筛（载体为石棉绳、沸石、分子筛）石石棉棉绳绳 沸沸石石分分子子筛筛100 干干燥燥

36、纳纳米米TiO2溶溶胶胶浸浸泡泡2h,除除乙乙醇醇灼灼烧烧,600 8h负负载载型型纳纳 米米TiO2催催化化性性能能 测测定定24h纳米TiO2的制备第49页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1749纳米TiO2光催化剂的表征XRD溶胶溶胶-凝胶法凝胶法第50页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1750晶粒直径计算晶粒直径计算Scherrers FormulaK=0.89=0.154178nmB=0.564*/180=0.00984 t=0.89*/(B Cos B)=0.89*0.154178nm/0.00984*Cos(25.337/2)=13.9nmK：谢乐常数：谢

37、乐常数B：衍射峰值半高宽的宽化：衍射峰值半高宽的宽化程度程度纳米TiO2光催化剂的表征第51页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1751FE-SEM images of Fe/Ce co-doped TiO2 energy spectrum for Fe/Ce co-doped TiO2 纳米TiO2光催化剂的表征第52页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1752纳米TiO2光催化剂的表征 adsorption/desorption curves and pore diameter/pore volume curves for TiO2 and Fe/Ce co-doped

38、 TiO2 第53页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1753催化性能的测试催化性能的测试降解苯酚降解苯酚第54页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1754降解甲醛（分子筛负载）降解甲醛（分子筛负载）催化性能的测试催化性能的测试第55页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1755纳米纳米TiO2的应用的应用第56页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1756纳米纳米TiO2的应用的应用第57页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1757环保方面的应用环保方面的应用A.无机污染物的光催化氧化还原无机污染物的光催化氧化还原光催化能够解决光催化能够解决Cr

39、6+、Hg2+、Pd2+等重金属离子的污染等重金属离子的污染光光催催化化还还可可分分解解转转化化其其它它无无机机污污染染物物，如如CN-、NO2-、H2S、SO2、NOx等等B.有机化合物的光催化降解有机化合物的光催化降解有机物有机物催化剂催化剂 光源光源 光解产物光解产物烃烃TiO2紫外紫外CO2，H2O卤代烃卤代烃TiO2紫外紫外HCl，CO2，H2O羧酸羧酸TiO2紫外，氙灯紫外，氙灯CO，H2，烷烃，醇，酮酸，烷烃，醇，酮酸表面活性剂表面活性剂TiO2日光灯日光灯CO2，SO32-染料染料TiO2紫外紫外CO2，H2O，无机离子，中间物，无机离子，中间物含氮有机物含氮有机物TiO2紫外

40、紫外CO32-，NO3-，NH4+，PO43-，F-等等有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂TiO2紫外，太阳光紫外，太阳光Cr，PO43-，CO2纳米纳米TiO2的应用的应用第58页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1758卫生保健方面的应用卫生保健方面的应用灭杀细菌和病毒灭杀细菌和病毒 可可以以用用于于生生活活用用水水的的杀杀菌菌消消毒毒；负负载载TiO2光光催催化化剂剂的的玻玻璃璃，陶陶瓷瓷等等是是医医院院、宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料。宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料。TiO2光催化剂杀菌的特点光催化剂杀菌的特点纳米纳米TiO2的应用的应用第59页，讲稿共69张，

41、创作于星期日2022/10/1759使某些癌细胞失活使某些癌细胞失活 TiO2表表面面修修饰饰血血卟卟啉啉（Hp，hematioporphyrin），通通过过有有选选择择地地局局部部或或局局域域注注射射微微粒粒到到瘤瘤内内，随随后后用用光光导导纤纤维维传传导导紫紫外外光光集集中中照照射射瘤瘤组组织织体体，光光激激发发TiO2颗颗粒粒表表面面生生成成强强活活性性的的反反应应氧氧类类（OH和和H2O2）直直接接渗渗透透进进入入瘤瘤组组织织体，而杀死瘤组织体内的恶性细胞体，而杀死瘤组织体内的恶性细胞TiO2粉体粉体癌细胞癌细胞 光纤光纤人眼人眼紫外光紫外光Fujishaima 等设计的癌细胞光催化杀

42、灭治疗装置等设计的癌细胞光催化杀灭治疗装置纳米纳米TiO2的应用的应用第60页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1760光照前光照前 光照后光照后在小鼠的癌变部位注入纳米在小鼠的癌变部位注入纳米TiO2纳米纳米TiO2的应用的应用1.注入部位注入部位 2.未注入未注入第61页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1761防结雾和自清洁涂层方面的应用防结雾和自清洁涂层方面的应用l 在在紫紫外外光光照照射射下下，水水在在氧氧化化钛钛薄薄膜膜上上完完全全浸浸润润。因因此此，在在浴浴室室镜镜面面、汽汽车车玻玻璃璃及及后后视视镜镜等等表表面面涂涂覆覆一层氧化钛可以起到防结雾的作用一层氧化

43、钛可以起到防结雾的作用 防雾作用防雾作用纳米纳米TiO2的应用的应用第62页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1762l在在窗窗玻玻璃璃、建建筑筑物物的的外外墙墙砖砖、高高速速公公路路的的护护栏栏、路路灯灯等等表表面面涂涂覆覆一一层层氧氧化化钛钛薄薄膜膜，利利用用氧氧化化钛钛在在太太阳阳光光照照射射下下产产生生的的的的强强氧氧化化能能力力和超亲水性，可以实现表面自清洁。和超亲水性，可以实现表面自清洁。TiO2薄膜薄膜有机污垢有机污垢无机污垢无机污垢CO2 H2O纳米纳米TiO2的应用的应用第63页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1763光催化合成反应光催化合成反应(1)还

44、原氢转移反应还原氢转移反应(2)还原羧酸化反应还原羧酸化反应(3)氧化反应氧化反应(4)复合氧化还原反应复合氧化还原反应纳米纳米TiO2的应用的应用第64页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1764防晒油、化妆品的应用防晒油、化妆品的应用 太太阳阳光光包包含含光光的的各各种种波波长长，有有可可见见光光、红红外外光光、和和紫紫外外光光。对对人人体体伤伤害害的的是是紫紫外外光光,300-400nm之之间间。所所以以在在防防晒晒油油、化化妆妆品品中中加加入入纳纳米米TiO2，一一定定粒粒度度的的锐锐钛钛矿矿型型TiO2具具有有优优良良的的紫紫外外线线屏屏蔽蔽性性能能，而而且且质质地地细细腻

45、腻，无无毒毒无无臭臭，添添加加在在化化妆妆品品中中，可可使使化化妆妆品品的的性性能能得得到到提提高高，达达到到保保护护皮皮肤肤的的目目的的。颗颗粒粒不不能能太太大大或或太太小小，一一般般40 nm,太大起不到吸收作用，太小会堵塞毛孔太大起不到吸收作用，太小会堵塞毛孔,影响健康。影响健康。纳米纳米TiO2的应用的应用第65页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1765纳米纳米TiO2作为隐形材料的应用作为隐形材料的应用 由由于于纳纳米米微微粒粒尺尺寸寸远远小小于于红红外外及及雷雷达达波波波波长长，因因此此纳纳米米微微粒粒材材料料对对这这种种波波的的透透过过率率比比常常规规材材料料要要强强

46、得得多多，这这就就大大大大减减少少波波的的反反射射率率，使使得得红红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另另一一方方面面，纳纳米米微微粒粒材材料料的的比比表表面面积积比比常常规规粗粗粉粉大大3-4个个数数量量级级，对对红红外外光光和和电电磁磁波波的的吸吸收收率率也也比比常常规规材材料料大大得得多多，这这就就使使得得红红外外探探测测器器及及雷雷达达得得到到的的反反射射信信号号强强度度大大大大降降低低，因因此此很很难难发发现现被被探探测测目目标，起到了隐身作用。标，起到了隐身作用。美国美国F117隐形轰炸机隐形

47、轰炸机美国美国B2隐形轰炸机隐形轰炸机纳米纳米TiO2的应用的应用第66页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1766纳米纳米TiO2在塑料中的应用在塑料中的应用 纳纳米米TiO2对对塑塑料料不不仅仅起起补补强强作作用用，而而且且具具有有许许多多新新的的特特性性。利利用用它它透透光光、粒粒度度小小，可可使使塑塑料料变变得得更更致致密密，可可使使塑塑料料薄薄膜膜的的透透明明度度、强强度度和和韧韧性性、防防水水性性能能大大大大提提高高。在在有有机机玻玻璃璃生生产产时时加加入入表表机机经经修修饰饰的的纳纳米米TiO2可可使使有有机机玻玻璃璃抗抗紫紫外外线线辐辐射射而而达达到到抗抗老老化化的的目目的的；在在有有机机玻玻璃璃中中添添加加纳纳米米TiO2既既不影响透明度又提高了高温冲击韧性。不影响透明度又提高了高温冲击韧性。纳米纳米TiO2的应用的应用第67页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1767今后研究的主要方向第68页，讲稿共69张，创作于星期日2022/10/1768感感谢谢大大家家观观看看2022/10/17第69页，讲稿共69张，创作于星期日