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Applied Catalysis B:Environmental 168-169(2015)266–273
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Applied Catalysis B:
Environmental
j o u r n a l h o m e p a g e :w w w.e l s e v i e r.c o m /l o c a t e /a p c a t
b
Cross-linked ZnIn 2S 4/rGO composite photocatalyst for sunlight-driven photocatalytic degradation of 4-nitrophenol
Jiangyao Chen a ,b ,Haimin Zhang a ,Porun Liu a ,Yibing Li a ,Xiaolu Liu a ,Guiying Li b ,Po Keung Wong c ,Taicheng An b ,?,Huijun Zhao a ,??
a
Centre for Clean Environment and Energy,Grif?th University,Gold Coast Campus,Qld 4222,Australia
b The State Key Laboratory of Organi
c Geochemistry an
d Guangdong Key Laboratory of Environmental Protection and Resources Utilization,Guangzhou Institut
e o
f Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China c
School of Life Sciences,The Chinese University of Hong Kong,Shatin,NT,Hong Kong SAR,China
a r t i c l e i n f o Article history:
Received 2December 2014Received in revised form 27December 2014
Accepted 30December 2014Available online 2January 2015Keywords:Graphene
Ternary sul?des Cross-link
Sunlight-driven photocatalysis 4-Nitrophenol
a b s t r a c t
A chemically cross-linked ZnIn 2S 4/reduced graphene oxide (ZIS/rGO)composite photocatalyst was syn-thesized as a stable sunlight photocatalyst for the degradation of 4-nitrophenol.The experimental results revealed that although the pure ZnIn 2S 4exhibited reasonable visible light photocatalytic activity toward the degradation of 4-nitrophenol,it was suffered from severe photocorrosion under sunlight irradia-tion.In strong contrast,the chemically cross-linked ZIS/rGO possessed not only an enhanced visible light photocatalytic activity but also a dramatically improved sunlight stability.The characterization data sug-gested that ZnIn 2S 4nanosheet was chemically interacted with rGO sheet through Zn O C covalent bonds,leading to a tunable band structure and enhanced photocatalytic activity.More importantly,such covalent bondings between ZnIn 2S 4and rGO could improve the composite’s structural stability,capable of dramatically enhancing the photocorrosion resistance under sunlight irradiation.The ?ndings of this work would provide a new means for design of visible light active and sunlight stable photocatalysts for environmental remediation applications.
?2014Elsevier B.V.All rights reserved.
1.Introduction
As a green technology,heterogeneous photocatalysis has demonstrated a great potential for environmental remediation applications [1,2].However,the most reported semiconductor photocatalysts to date are active only under UV light illumina-tion,greatly limited their practical applications.Extensive efforts have therefore been devoted to develop visible light active pho-tocatalysts,resulting in a large number of visible light active photocatalysts being synthesized [3–5].However,a key issue remains unresolved,that is,most of reported visible light active photocatalysts are unstable under sunlight irradiation due to the severe photocorrosion caused by the UV component of the sunlight [6–9].In order to practically utilize sunlight-driven photocatalysis,a photocatalyst must be not only visible light active but also stable under sunlight irradiation.
?Corresponding author.Tel.:+862085291501;fax:+862085290706.??Corresponding author.Tel.:+61755528261;fax:+61755528067.
E-mail addresses:antc99@https://www.wendangku.net/doc/d91924385.html, (T.An),h.zhao@grif?https://www.wendangku.net/doc/d91924385.html,.au (H.Zhao).ZnIn 2S 4,a ternary semiconductor chalcogenide with a narrow bandgap (2.34–2.48eV),well corresponding to the visible light region,has attracted great interest for visible light-driven pho-tocatalytic degradation of organic pollutants and water splitting to produce hydrogen [10–14].However,as a photocatalyst,the ZnIn 2S 4suffers a critical drawback of high photocorrosion under sunlight irradiation,which in fact is a general issue for most of nar-row bandgap semiconductors [15].For example,the metal sul?de semiconductors with narrow bandgaps such as CdS possess high activity,reasonable stability and photocorrosion resistance under visible light irradiation.However,they become unstable when sub-jected to sunlight irradiation [16].
Recently,graphene has received considerable attention due to its unique optical,electronic and mechanical properties,promis-ing for a wide range of applications [17,18].More recently,a number of reports have indicated that the photocatalytic perfor-mance of semiconductor materials can be signi?cantly improved when composited with graphene [19–23].Importantly,some wide bandgap semiconductors (e.g.,TiO 2)could exhibit visible light activity after composited with graphene [18,19,24,25].This is attributed to the advantageous properties of graphene such as visi-ble light absorptivity,superior electron transport ability within the
https://www.wendangku.net/doc/d91924385.html,/10.1016/j.apcatb.2014.12.048
0926-3373/?2014Elsevier B.V.All rights reserved.
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photocatalysts,and suppressed charge recombination and tuned band structure can be induced into the semiconductor/graphene composites[18,19,26,27].More importantly,the narrow bandgap semconductor/graphene composite photocatalysts have shown an increased photocorrosion resistance with enhanced photostabil-ity[6].For example,several groups have demonstrated that the reduced graphene oxide(rGO)–ZnIn2S4composites possess the enhanced visible light photocatalytic activity and stability for the solar hydrogen production[28,29],and pollutants degradation [30].However,to the best of our knowledge,fabricating narrow bandgap semiconductor/rGO composite photocatalysts with chem-ically cross-linked semiconductor and graphitic carbon bonding to improve the sunlight stability has not been previously reported.
Herein,ZnIn2S4/rGO(ZIS/rGO)composites with Zn O C cross-linked bonds were synthesized to improve the visible light photocatalytic activity and the sunlight stability.The enhanced photocatalytic performance was due largely to the existence of the cross-linked covalent bonds between inorganic component and rGO,which was differing remarkably from the reported approaches for which the composite was formed via non-covalent bonding.The readily tunable optical property and band structure of the result-ing composite via simple control of the amount of GO enabled the control synthesis of the composite with high photocatalytic activ-ity and excellent solar stability.The photocatalytic performance of the resultant ZIS/rGO composite photocatalysts was systematically investigated using4-nitrophenol(4-NP)as a model contaminant under both visible light and simulated sunlight irradiations.The selection of4-NP as the model contaminant was because of its environmental importance.As well known,4-NP was a highly toxic compound which was widely used as intermediates for synthesis of pesticides,insecticides,herbicides and dyes[31].The widespread use and high solubility made4-NP often present in industrial and environmental waters,potentially causing severe chronic poison-ing even at very low concentrations.
2.Experimental
2.1.Synthesis
Graphene oxide(GO)was synthesized by modi?ed Hummers method through the oxidation of graphite powder,as reported in our previous report[18].For synthesis of ZIS/rGO composite,a cer-tain amount of GO was dispersed into a10mL of distilled water by ultrasonication for30min.Then,0.147g InCl3·4H2O,0.072g ZnSO4·7H2O and0.150g C2H5NS was added into the above solu-tion under stirring.The formed mixture was then stirred for another 30min.Finally,the obtained solution was transferred into a15mL Te?on-lined stainless steel autoclave,and heated to180?C for12h. After the hydrothermal reaction,the as-synthesized products were obtained by centrifuged,rinsed adequately with distilled water and then dried at60?C for12h in a vacuum oven.The obtained com-posite was denoted as ZIS/rGO-X%,where X%is the initial weight ratio of GO.For comparison,ZnIn2S4and rGO were also fabricated with the same method.
2.2.Characterization
X-ray diffraction(XRD,Shimadzu XRD-6000diffractometer, equipped with a graphite monochromator)was employed to char-acterize the crystal structure.Raman spectra were recorded on a Renishaw inVia Raman microscope with a laser excitation wave-length of520nm.Morphology and microstructures of the samples were observed by the scanning electron microscopy(SEM,JEOL JSM-6300F)and transmission electron microscopy(TEM,Philips F20),and the elemental mapping was characterized by JEOL 7001scanning electron microscopy.The speci?c surface areas of the materials were calculated using the Brunauer–Emmett–Teller method.UV–visible(UV–vis)diffuse re?ectance spectra of the sam-ples were recorded on a UV–vis-NIR spectrophotometer(Varian Cary300).Chemical compositions of the prepared compos-ites were analysed by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS, Kratos Axis ULTRA incorporating a165mm hemispherical elec-tron energy analyser).Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR,PerkinElmer spectrum1000)analysis of the composite was performed using FT-IR spectrophotometer(KBr as the reference sample).Photoluminescence spectra(PL,Hitachi F-7000,excitation wavelength:330nm,scanning rate:1200nm min?1,PMT voltage: 500V,widths of the excitation slit and emission slit:20nm)of the composites were obtained using a?uorescence spectrometer at 293K.
2.3.Photocatalytic activity and stability measurement
The visible light(VL)photocatalytic activity was evaluated in a XPAII photoreactor(Nanjing Xujiang Machineelectronic Plant, China).100mg of photocatalyst was put into60mL of quartz test tube containing50mL of10mg L?14-NP,and then stirred in dark for30min to achieve adsorption equilibrium before light irradi-ation.After that,a1000W Xe lamp was used as the VL source (the UV light was cut off by2.0M sodium nitrite[18])to perform the photocatalytic experiment at25?C.Under simulated sunlight (SSL)irradiation,a500W Xe lamp(Trusttech Co.,Beijing)with an AM1.5G?lter(Sciencetech,Canada)was used as the light source.The incident visible-light and solar-light intensity were 82and100mW cm?2,respectively.The remaining concentration of4-NP in reaction solution was determined using the UV–vis spectrophotometer(UV-1800,Shimadu).To determine the extent of mineralization,total organic carbon(TOC)contents of solution were measured with a Shimadzu TOC-VCPH/CPN analyzer.To eval-uate the photostability,the photocatalyst after the?rst run of 360min for VL irradiation(or180min for SSL irradiation)was sepa-rated by centrifuged from the suspension,washed with water,and dried at60?C,and then,the recovered photocatalyst was reused for the next run of the photocatalytic degradation under the same conditions.
3.Results and discussion
3.1.Structural characteristics
XRD patterns of the prepared composites are shown in Figs.1A and S1.As can be seen,ZnIn2S4and ZIS/rGO composites show the same diffraction peaks of(006),(102),(104),(108),(110),(116) and(200)crystal planes at2?=21.6?,27.7?,30.4?,39.8?,47.2?, 52.4?and55.0?,respectively,which can be indexed to a hexag-onal phase of ZnIn2S4(JCPDS NO.65-2023),indicating that low content of GO added(≤wt.3.0%in our case)has no signi?cant in?u-ence on the crystal phase of ZnIn2S4in composite.The presence of rGO in composite can be con?rmed by Raman spectra,and two typical peaks are found to be located at1340and1590cm?1,corre-sponding to D and G bands,respectively(Fig.1B).For ZIS/rGO–1.5%, besides these two peaks,two new characteristic peaks at around 250and355cm?1attributed to the typical stretching modes of ZnIn2S4can also be observed[28],con?rming the existence of both ZnIn2S4and GO in the composite.Furthermore,an increased D/G intensity ratio(I D/I G=1.16)for ZIS/rGO–1.5%is also obtained in comparison with that of GO(I D/I G=0.88),indicating that the GO has been,to some extent,reduced to rGO during the hydrothermal process.
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Fig.1.XRD patterns (A)and Raman spectra (B)of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO-1.5%.SEM images of ZnIn 2S 4(C)and ZIS/rGO-1.5%(D)TEM images of ZIS/rGO-1.5%(E)and rGO (F).
To further investigate the effect of GO weight ratio on the mor-phology and microstructure of the composites,as-synthesized rGO,ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites are characterized by SEM and TEM techniques.SEM results reveal that ZnIn 2S 4exhibits microsphere structure of 4–8?m in diameter (Fig.1C),which is composed of numerous nanosheets with the thickness of ca.20nm (inset in Fig.1C).The ZIS/rGO composite shows a mixture of microspheres and dispersed nanosheets,while the amount and size of micro-sphere apparently decrease and the dispersed nanosheets become dominant species with the increase of the amount of GO added (Figs.1D and S2),implying that resulted rGO can act as a structure-directing agent transforming ZnIn 2S 4structure from microsphere into nanosheet.Similar results can also be found in other graphene based composites [32,33].The ZnIn 2S 4microspheres before and after rGO modi?cation both show solid structure (TEM data not shown)and the HRTEM image of ZIS/rGO–1.5%exhibits two sets of lattice fringes (Fig.1E).One is ordered with different inter-layer distances (d-spacing)of 0.31and 0.35nm,and the other is not well de?ned with d-spacing of around 0.42nm.The for-mer one corresponds to the (103)and (007)planes of hexagonal ZnIn 2S 4,while the later one can be assigned to the (002)plane of rGO as the pure rGO obtained under the same experimen-tal conditions shows the same d-spacing (Fig.1F).It should be noted that the measured value (around 0.42nm)of the d-spacing of rGO in this composite is a slightly larger than that of per-fectly crystallized graphite (0.34nm),which may be attributed to the presence of oxygen-containing groups [32,34].Moreover,the elemental mapping analysis of ZIS/rGO–1.5%displayed in Fig.S3suggests the homogeneous distribution of C,O,Zn,In and S ele-ments in the composite,indicating the coexistence of ZnIn 2S 4and rGO in the composite.Therefore,based on the above analysis,it is concluded that rGO sheet effectively binds with ZnIn 2S 4nanosheet,which may be bene?cial for improving the photocatalytic perfor-mance and stability of the resulting composite.Furthermore,N 2adsorption–desorption isotherms and the corresponding pore size distribution curves of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites are also investigated and similar type IV (IUPAC classi?cation)isotherms are observed for all samples with a typical H3hysteresis loop [35],indicating the existence of mesoporous structure and slit-like pores (Fig.2A).The corresponding pore size distributions of the samples are wide in the range of 2–40nm,further con?rming the presence of a large number of mesopores (Fig.2B).The calculated speci?c surface areas are 72.9,73.5,72.8,71.4and 51.8m 2g ?1for ZnIn 2S 4,ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%,ZIS/rGO–1.5%and ZIS/rGO–3.0%,respectively.Apparently,high surface area of the composite can be remained close to that of ZnIn 2S 4when the initial weight ratio of GO is below 1.5%,while the surface area signi?cantly decreases with further increasing the amount of GO.The above results reveal that
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Pore diam eter (nm )
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
(D)
ZnIn 2S 4
ZIS/rGO-0.30% ZIS/rGO-0.75% ZIS/rGO-1.5% ZIS/rGO-3.0%
(A h v )
1/2
hv (eV)
Q u a n t i t y a d s o r b e d (c m 3 g -1)
Relative pressure (P/P 0)
400
500
600
700
800
0.0
0.20.40.60.81.0
(C)
ZnIn 2S 4
ZIS/rGO-0.30% ZIS/rGO-0.75% ZIS/rGO-1.5% ZIS/rGO-3.0%
A b s o r b a n c e (a .u .)
Wavelength (nm)
Fig.2.N 2adsorption-desorption isotherms (A)and pore size distribution curves (B)of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites.UV–vis diffuse re?ectance spectra (C)and the plots of transformed Kubelka–Munk function versus the light energy (D)of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites.
the nanosheet assembled microsphere structure should contribute to the high surface area of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites.
Based on the above results,it can be concluded that with a suit-able initial weight ratio of GO added,the resulted rGO modi?cation not only adjusts the morphology of the resulting composite,but also changes the microstructure of the composite,thus resulting in signi?cant difference in the surface area.Similar results have also been reported by Kumar et al.and Ma et al.[33,36].3.2.Optical characteristics
Besides the structural properties,the rGO modi?cation also signi?cantly affects the optical property of ZnIn 2S 4.As shown in Fig.2C,all investigated samples exhibit strong VL light absorption.In comparison with ZnIn 2S 4,the ZIS/rGO composites exhibit signi?-cantly improved VL absorption capability with increasing the initial weight ratio of GO.Importantly,with increasing the amount of GO added,a red shift of the absorption band edge to a longer wave-length is observed,indicating the bandgap narrowing of ZIS/rGO composite.Similar observation has also been reported for other rGO modi?ed composites [18,37].Based on UV–vis diffuse re?ectance spectra,the estimated bandgaps are calculated to be ca .2.17,2.06,1.95,1.92and 1.45eV for ZnIn 2S 4,ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%,ZIS/rGO–1.5%and ZIS/rGO–3.0%,respectively (Fig.2D).Some studies have revealed that for rGO modi?ed semiconductor pho-tocatalysts (e.g.,TiO 2/rGO and C 3N 4/rGO),the formation of the chemical bonding between semiconductor material (e.g.,TiO 2or C 3N 4)and the speci?c sites of rGO (e.g.,Ti O C or C O C bonding),leading to a red shift of the absorption band edge of the composite [18,19].In this study,similar to these rGO modi?ed composites,the oxygen-rich active sites on GO surface (e.g.,OH,COOH)may play key role of cross-linkers to form Zn O C covalent bond-ing rGO sheet with ZnIn 2S 4nanosheet during the hydrothermal
reaction,which may be the reason why the band structure can be easily tuned in this study.This hypothesis can be further con?rmed by the results of XPS and FT-IR analysis.
The XPS surface survey spectrum shows the presence of C1s,Zn2p,In3d,S2p and O1s peaks in the composite (Fig.S4).The presence of O1s peak is due to the residual oxygen-containing groups in rGO,which is well agreed with Pan et al.report [32].The high-resolution XPS spectra analysis of Zn,In and S elements indicates that the atomic ratio of Zn2p,In3d,and S2p is close to be 1:2:4,meaning the formation of ZnIn 2S 4(Fig.S5).Fig.3A shows the high resolution C1s spectrum of GO,where three peaks of C1s can be deconvoluted.The peak at 284.6eV is attributed to sp2car-bon atom (C C,C C and C H groups),while the peak cantered at 286.7eV is assigned to the C from the C OH and C O groups [38].The peak located at 288.5eV is closely associated with the O C OH species [39].Compared with the C1s spectrum of GO,the peaks of C OH,C O and O C OH for ZIS/rGO–1.5%still exist with decreased peak intensity,implying the substantial reduc-tion of GO after the hydrothermal reaction (Fig.3B).Meanwhile,a new peak at 287.6eV can be observed,which is attributed to the Zn O C bond [40].Furthermore,the FT-IR spectrum of GO shows C O (1724cm ?1),aromatic C C (1621cm ?1)and alkoxy C OH stretches (1049cm ?1)(Fig.3C)[28,41].Similarly,the FT-IR spec-trum of ZIS/rGO–1.5%composite also shows two obvious peaks at 1742(C O)and 1628(C C)with decreased peak intensity,again indicating the incompletely hydrothermal reduction of GO.Further observation indicates that the peak of C OH at 1049cm ?1almost disappears,while a new peak at 1091cm ?1assigned to Zn O C can be discerned (Fig.3D)[42],which means that C OH groups may act as cross-linkers to form Zn O C bonds in the composite during the hydrothermal reaction (Fig.S6).And the formed ZnOC bonds should be responsible for the bandgap narrowing of the composite [18,40].Moreover,the residual oxygen-containing groups may induce an
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282284
286288290(A)
C-C,C=C&C-H C=O&C-OH O=C-OH
I n t e n s i t y (a .u .)
Binding Energy (eV)
282284
286288290
(B)
C-C,C=C&C-H C=O&C-OH O=C-OH Zn-O-C
I n t e n s i t y (a .u .)
Binding Energy (eV)
T r a n s m i t t a n c e (a .u .)
Wavenumber (cm -1
)
950
1000
1050
1100
11501200
(D)
Wavenumber (cm -1
)
T r a n s m i t t a n c e (a .u .)
Zn-O-C 1091 cm
-1
C-OH 1049 cm
-1
GO
ZIS/rGO-1.5%
Fig.3.High resolution C1s XPS spectra of GO (A)and ZIS/rGO–1.5%(B),and FT-IR spectra of GO (C)and ZIS/rGO–1.5%(D).
increase in interplanar distance of the resulted rGO,leading to the d-spacing of rGO slightly larger than that of perfectly crystallized graphite,which is also consistent with the TEM results.
To further investigate the effect of the addition amount of GO on the band structure of the ZIS/rGO composite,the ?at band potentials of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites are measured by electrochemical technique to approximately estimate their con-duction band edge potentials (E cb ),with a method as addressed in literatures [18,43].The E cb potentials derived from Mott–Schottky plots are about ?0.79,?0.66,?0.54,?0.40and ?0.38V for ZnIn 2S 4,ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%,ZIS/rGO–1.5%,and ZIS/rGO–3.0%,respectively (Fig.4A).Obviously,the conduction band edge poten-tials of ZIS/rGO composites become positive-shift compared to ZnIn 2S 4.Based on the bandgap values of the samples obtained by UV–vis diffuse re?ectance spectra (Fig.2D),the valence band edge potentials (E vb )are calculated as ca .1.38,1.40,1.41,1.52and 1.07V for ZnIn 2S 4,ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%,ZIS/rGO–1.5%and ZIS/rGO–3.0%,respectively (Fig.4B).Compared to ZnIn 2S 4,the E vb of the ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%and ZIS/rGO–1.5%appar-ently become positive-shift,while a negative-shift of E vb occurs for ZIS/rGO–3.0%.And ZIS/rGO–1.5%displays the most positive valence band potential,meaning the highest oxidation power in compari-son with other samples.
3.3.Photocatalytic activity and stability evaluation
To evaluate the photocatalytic activity of the prepared sam-ples,the photocatalytic degradation of 4-NP is ?rstly carried out under VL irradiation ( >400nm).Fig.5A
shows the VL pho-tocatalytic degradation curves of 4-NP by ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites.For control experiments,no adsorption of 4-NP is found without light and photocatalyst,while under VL irra-diation,no noticeable degradation of 4-NP is observed with direct photolysis.When both photocatalyst and VL are present,a
signi?cant decrease of 4-NP concentration is observed.After 360min irradiation,approximate 77.1%,80.0%,81.8%,97.8%
Fig.4.(A)Mott–Schottky plots of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites at a ?xed fre-quency of 80Hz.(B)Schematic diagram of band structures (CB:conduction band,VB:valence band)of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites.
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Time(min)
C /C 0
Cycle
D e g r a d a t i o n e f f i c i e n c y (%)
SSL
VL T O C r e m o v a l (%)
Fig.5.Photocatalytic activity of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites for the degradation of 4-NP under VL (A)and SSL (B)irradiation,(C)TOC removal ef?ciency of 4-NP by ZnIn 2S 4and ZIS/rGO–1.5%,(D)Photocatalytic stability test of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO–1.5%toward 4-NP degradation.
and 68.3%of 4-NP are degraded by ZnIn 2S 4,ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%,ZIS/rGO–1.5%,and ZIS/rGO–3.0%,respectively,and the highest degradation activity can be obtained with ZIS/rGO–1.5%photocatalyst.Moreover,it is found that the photocatalytic degra-dation of 4-NP follows a pseudo-?rst-order reaction and the degradation rate by ZIS/rGO–1.5%is almost 2.0times to ZnIn 2S 4,and 1.6,1.5and 2.1times to ZIS/rGO–0.30%,ZIS/rGO–0.75%and ZIS/rGO–3.0%under the same experimental conditions,respec-tively,which further con?rms ZIS/rGO–1.5%exhibiting the highest photocatalytic degradation rate (Fig.S7)and demonstrates that a suitable rGO modi?cation can ef?ciently promote the photocat-alytic activity of ZnIn 2S 4.
Furthermore,the photocatalytic activities of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO–1.5%composite are investigated under SSL irradiation.As shown in Fig.5B,only ca.10%of 4-NP is photodegraded within 180min.When the photocatalyst is added,the degrada-tion ef?ciency greatly increases to 88.2%and 97.0%for ZnIn 2S 4and ZIS/rGO–1.5%,respectively.Obviously,ZIS/rGO–1.5%compos-ite displays higher photocatalytic activity to 4-NP under both VL and SSL irradiation in comparison with ZnIn 2S 4.To further eluci-date the environment fate of 4-NP,the extent of mineralization is quanti?ed by the decrease of TOC concentration (Fig.5C).As seen from the ?gure,for ZnIn 2S 4photocatalyst,under irradiated by VL for 10h and SSL for 6h,about 39.1%and 48.5%of carbon contents in 4-NP solution is mineralized and completely con-verted into CO 2,which are lower than those of ZIS/rGO–1.5%(47.8%and 53.2%),further indicating the enhanced photocatalytic perfor-mance of ZnIn 2S 4with rGO modi?cation.It should also be noted that ZIS/rGO–1.5%shows higher photocatalytic and mineralization performances toward 4-NP under SSL irradiation than that under VL irradiation,which may be attributed to the broad-spectra of sun-light,especially the involvement of UV light and indicates that the ZIS/rGO composite is a potential sunlight-driven photocatalyst.
Meanwhile,the stability of a given photocatalyst is a crucial fac-tor for its practical application.More importantly,narrow bandgap semiconductors have been reported more unstable when subjected to sunlight irradiation in comparison with that under visible light irradiation [16].Thus,the stability test is evaluated and compared by repeatedly photocatalytic degradation of 4-NP using ZnIn 2S 4and ZIS/rGO-1.5%as photocatalysts under both VL and SSL irradi-ation (Fig.5D).The result demonstrates that for ZnIn 2S 4under VL irradiation,the degradation ef?ciency decreases about 7.2%after ?ve repeated use,which increases to ca.13.7%when subjected to SSL irradiation,con?rming more unstable of ZnIn 2S 4under SSL irra-diation.In comparison,relatively slow and similar decrease of the degradation ef?ciency for ZIS/rGO–1.5%is observed,and only ca.2.5%and ca.3.7%decrease of the degradation ef?ciency is obtained under VL and SSL irradiation,suggesting the improved sunlight stability of ZnIn 2S 4after rGO modi?cation.These results indicate that the synthesized ZIS/rGO composite is stable under sunlight,which are more promising in practical photocatalysis application in environmental remediation.
3.4.Enhancement mechanism of photocatalytic activity and stability
Based on the above results,it is obvious that a suitable amount of GO added can signi?cantly improve the photocatalytic perfor-mance including the activity and the stability of ZIS/rGO composite compared with ZnIn 2S 4.This improved photocatalytic performance of the composite with an optimized amount of GO added can be attributed to the synergistic effect of following advantages:narrowed bandgap,positive valence band potential and superior electron transport property ascribed from the formation of Zn O C bonds as well as relatively high surface area.Fig.6displays the schematic diagram of the enhanced photocatalytic mechanism over
272J.Chen et al./Applied Catalysis B:Environmental 168-169(2015)
266–273
Fig.6.Schematic diagram of the enhanced photocatalytic mechanism over ZIS/rGO composite.
ZIS/rGO composite.When it subjected to light irradiation,due to the formation of the Zn O C bonds between ZnIn 2S 4nanosheet and rGO sheet,the bandgap of ZIS/rGO composite is further narrowed,leading to the improvement of the utilization of VL.Meanwhile,more positive valence band potential is obtained after rGO mod-i?cation,providing the higher photocatalytic oxidation ability of composite toward 4-NP.Besides,the photogenerated electrons can transfer quickly from ZnIn 2S 4conduction band to rGO through the Zn O C bonds,which could subsequently suppress the charge recombination and lead to the increase in the number of holes par-ticipating in the photocatalytic reaction.Moreover,the excellent electron mobility of graphene sheet increases the charge trans-port rate and achieves enhanced charge separation subsequently accomplished [27].This can be veri?ed by PL results shown in Fig.7that the extent of the ?uorescence quenching is found to be noticeably increased with increasing GO weight ratio,indicat-ing an signi?cantly decreased the recombination of photogenerated electrons with holes in the composite photocatalyst.Moreover,the effective transfer of the photogenerated electrons from ZnIn 2S 4to rGO through Zn O C bonds is bene?cial for preventing the reduction of In 3+and Zn 2+by electrons,which increases the sta-bility of ZnIn 2S 4in the composite photocatalyst.Also,rGO can act as a protective layer to protect ZnIn 2S 4against the dissolution of the photocatalyst,further improving the stability of ZnIn 2S 4.In addition,relatively high surface area of the composite can provide both high adsorption capability and high population of active sites.Thus,4-NP molecules can be more easily concentrated near the catalyst surface and then the concentrated contaminant molecules environment over catalyst surface speed their reaction with photo-
I n t e n s i t y
Wavelength (nm)
Fig.7.PL spectra of ZnIn 2S 4and ZIS/rGO composites.
generated active species (·OH,O 2?·,h +,etc),which accelerates the photocatalytic degradation of 4-NP to produce different intermedi-ates and then are ?nally mineralized to CO 2and H 2O with enough degradation time.However,the composites with too high amount of GO added (e.g.,ZIS/rGO–3.0%)will hinder the improvement of the photocatalytic performance owing to the adverse effect of high rGO modi?cation ratio:(1)absorption of most of incident light by rGO rather than by ZnIn 2S 4;and (2)signi?cant decrease of surface area of the composite resulting in the decrease of reaction active sites.Therefore,a suitable amount of GO modi?cation is critically important to improve the photocatalytic performance.4.Conclusion
In summary,a chemically cross-linked ZIS/rGO composite pho-tocatalyst with enhanced sunlight-driven photocatalytic activity and stability are fabricated via an one-step hydrothermal method.The improved photocatalytic performance of the composite with an optimized amount of GO added is attributed to the synergistic effect of narrowed bandgap,positive valence band potential and superior electron transport property ascribed from the formation of Zn O C bonds as well as relatively high surface area.This study will motivate new developments in chemically cross-linked pho-tocatalyst methodology and promote their practical application in environmental puri?cation of organic contaminants in water.Acknowledgments
This work was ?nancially supported by the Australian Research Council (ARC)Discovery Project,NSFC (21307132and 41373102),NSFC –Guangdong Joint Funds(U1401245),National Natural Sci-ence Funds for Distinguished Young Scholars(41425015),Team Project of Natural Science Foundation of Guangdong Province,China (S2012030006604),Guangdong Natural Science Founda-tion(S2013040016408)and China Postdoctoral Science Foundation (2013M530378and 2014T70829).Appendix A.Supplementary data
Supplementary data associated with this arti-cle can be found,in the online version,at
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影响纳米材料光催化性能的因素教学文案
影响纳米材料光催化性能的因素
二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负，才能产生H2，价带顶必须比 O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正，才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（3.2eV）略大于金红石（3.1eV），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空
影响纳米材料光催化性能的因素
二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H 2 O的氧化 还原势负，才能产生H 2，价带顶必须比O 2 /H 2 O(+的氧化还原势正，才能产生O 2 ,。 因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半 导体禁带宽度Eg应至少大于。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO 2 是目前认为最 好的光催化剂之一。TiO 2 主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可 由相互连接的TiO 6 八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（）略大于金红石（），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空穴的捕获中心，抑制了两者的复合，以至于光催化活性有所提高，但也有的缺陷可能成为
异质结纳米材料光催化性能
密级★保密期限：（涉密论文须标注） Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 硕士学位论文 Master’s Thesis 中文论文题目: p-n型Cu2O/TiO2异质结纳米材料的结构及其光催化性能研究 英文论文题目：Structure and photocatalytic performance of p-n heterojunction Cu2O/TiO2 nanomaterals 学科专业：应用化学 作者姓名：周冬妹 指导教师：王惠钢 完成日期：2015年1月
浙江理工大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日
目录 中文摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 第一章前言. (1) 1.1背景 (1) 1.2文献综述 1.2.1纳米TiO2概述 (1) 1.2.2纳米Cu2O概述 (2) 1.2.3 p-n异质结用于光催化的基本原理 (2) 1.2.4p-n型Cu2O/TiO2异质结纳米材料光催化反应的研究进展 (4) 1.3本课题的选题思路及研究内容 (6) 参考文献 (7) 第二章还原法制备的Cu2O/TiO2异质结纳米颗粒及其光催化性能 (11) 2.1引言 (11) 2.2实验 (11) 2.2.1主要试剂和仪器 (11) 2.2.2实验方法和步骤 (12) 2.3实验结果与讨论 (13) 2.3.1Cu2O/TiO2颗粒的表征 (13) 2.3.1.1XRD表征 (13) 2.3.1.2XPS表征 (14) 2.3.1.3SEM与TEM表征 (15) 2.3.1.4PL表征 (17) 2.3.1.5DRS表征 (18) 2.3.2光催化性能实验 (19) 2.3.2.1光催化降解装置 (19) 2.3.2.2对亚甲基蓝的光催化降解性能 (19) 2.3.3Cu2O/TiO2复合材料中Cu2O颗粒的粒径调控 (20) 本章小结 (23)
纳米材料在光催化中的应用
纳米材料在光催化中的应用 姓名：杨明学号：5400209157 班级：工管093班 摘要： 纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。以半导体材料为催化剂光催化氧化水中有机污染物在近年来受到广泛关注，许多研究工作者在有机物光催化氧化方面进行了大量研究工作，发现卤代芳香烃、卤代脂肪烃、有机酸类、染料、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化反应，除毒、脱色、生成无机小分子物质，最终消除对环境的污染。纳米材料是晶粒尺寸小于100 nm的单晶体或多晶体，由于晶粒细小，使其晶界上的原子数多于晶粒内部的，即产生高浓度晶界，因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能，如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等（1）。正是因为纳米材料具有这些优良性能，因此纳米材料在今后一定有着广泛的应用。 引言： 此法能处理多种污染物，适用范围广，特别是对难降解有机物具有很好的氧化分解作用;还具有反应条件温和，设备简单，二次污染小，易于操作控制，对低浓度污染物及气相污染物也有很好的去除效果;催化材料易得，运行成本低;可望用太阳光为反应光源等优点，是一种非常有前途的污染治理技术。 关键字：纳米纳米材料纳米材料光催化纳米TiO2 水热合成法 纳米（nm)是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000—8000nm，人体红细胞的直径一般为3000—5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃（2）。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1—100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 纳米TiO2在光催化领域已经显示出广阔的应用前景.但是，由于TiO2仅仅能吸收5%紫外区附近的太阳光而限制了它的广泛应用，许多研究试图通过表面改性与掺杂来扩大它的光谱响应范围和提高它的催化活性。有选择性的进行掺杂已被证明是一种提高半导体氧化物光催化活性的极其有效的方法，掺入一定的金属阳离子能极大的提高TiO2的光催化效率，最近有大量的关于通过掺杂来提高TiO2的光催化性能的报道，掺杂的半导体光催化材料由于其物理和光学性质的改变，通过扩展光响应范围和提高光生电荷的分，从而提高了光催化性能（2）。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景（3）。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子
tio2光催化技术
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者：北京化工大学徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径，我们可以合理利用 自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2．1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
浅谈纳米材料光催化技术研究现状
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/d91924385.html, 浅谈纳米材料光催化技术研究现状 作者：林雪牛文成 来源：《神州》2012年第29期 摘要：近年来，人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年Fujishima和Honda利用TiO2电极实验发现光解水现象开始，人们逐步开始对半导体材料进行研究。本文就纳米材料光催化技术研究现状和发展前景进行了简要介绍。 关键词：纳米材料，光催化 一、纳米材料的分类 人类对材料科学的探索与研究已有上千年的历史了，但是纳米材料作为新型材料的一种，其从发展到现在也不过二三十年的时间。1984年，德国著名学者通过现代技术将一个6nm的铁晶体压制成纳米块，并详细的分析了其内部结构的改变而引起的性能差异。发现从强度和硬度上都较普通钢铁强很多倍，并且在低温下失去传导能力，随着自身晶粒尺寸的减小，材料的熔点也会随之降低。1990年，纳米科技大会在美国第一次胜利举办，《纳米技术杂志》的正 式创刊标志着纳米科技从此正式开山立派。而我国的纳米领域的研究基本与国际发展同步，目前已具备开展纳米科技的研究条件，国家重点研究机构对相关高科技的研究步伐不断加快，部分领域已经与国际先进水平持平，这些都为实现跨越式发展提供了可能。近年来，我国通过结合国家战略需求，对纳米技术在能源、环境、资源和污水处理等领域开展深入研究，纳米材料净化机、助燃剂、固硫剂和降解剂等新型产品相继研究成功。 人们对于一门新学科——纳米材料学的研究已经有一定的进展。通常纳米材料以三种方式分类：按结构分类、按化学组分分类和按应用分类： 1、按结构分，我们通常将其分为四类：第一类是具有原子簇与原子束结构的零维纳米材料；第二类是具有纤维结构的一维纳米材料；第三类是具有层状结构的二维纳米材料；第四类是晶粒尺寸至少在一个方向上在纳米量级的单位纳米材料。 2、按化学组分，通常又有两种分类方式，一种是按材料的化学性质分类，另一种是按材料的物理性质分类。按材料化学性质，我们通常将其分为纳米金属材料，纳米晶体材料，纳米陶瓷，纳米玻璃，纳米高分子和纳米复合材料；按材料物理性质，我们可将纳米材料分为纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁电体材料，纳米超导材料和纳米热电材料等等。 3、按应用，我们可将其分为纳米电子材料、纳米光催化材料、纳米生物医学材料、纳米光敏材料、纳米储能材料等等。 二、纳米光催化技术的研究现状
tio2光催化技术
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者：北京化工大学 徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH ）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2．1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
影响纳米材料光催化性能的因素
1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H 2 O的氧化 还原势负，才能产生H 2，价带顶必须比O 2 /H 2 O(+的氧化还原势正，才能产生O 2 ,。 因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半 导体禁带宽度Eg应至少大于。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO 2 是目前认为最 好的光催化剂之一。TiO 2 主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可 由相互连接的TiO 6 八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（）略大于金红石（），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在
纳米材料光催化技术商业计划书
纳米光催化技术商业计划 项目单位： 项目地址： 负责人： 联系电话：
目录 第一章项目方背景介绍 (3) 第二章项目技术介绍 (3) 一、光触媒工作原理...........................................................................................................3、4 二、技术关键点 (5) 第三章商业价值 (6) 第四章项目进展 (6) 一、技术所在位置 (7) 二、技术优势 (8) 三、相关产品 (8) 第五章市场与竞争分析 (9) 一、市场分析 (9) 二、本项目的SWOT分析 (9) 三、公司竞争及应对 (10) 第六章创业团队介绍 (10) 一、团队成员及其背景介绍..........................................................................................10、11 二、企业组织架构 (11) 第七章公司战略及商业模式 (12) 一、公司发展及其战略 (12) 二、商业模式 (13) 第八章市场营销规划及后续发展方向 (13) 一、本公司产品分为两大类型：实物型产品和技术服务型产品 (13) 二、市场推广模式...........................................................................................................13、14 三、后续发展方向 (14) 第九章财务及融资计划.........................................................................................................15、16第十章风险分析及应对策略 (17) 一、技术风险及应对策略 (17) 二、市场风险及应对策略 (17)
纳米光触媒材料
新材料论文 论文题目：纳米光触媒材料的应用和发展
1、摘要 进入21世纪环境保护问题成了人们关注的热点。如何解决经济增长与保证环境无污染的社会问题，已迫在眉睫。是时，环保材料的研发和发展已成为世界各国的重要课题。 2、纳米光触媒材料定义 光触媒是以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。这种材料在紫外线的照射下可产生游离电子及空穴，因而具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，具有极强的防污、杀菌和除臭功能。 3、纳米光触媒材料的发展历史和原理简介 光触媒就是在光参与下发生反应的催化剂。1972年，A.Fujishima 和K.Honda在n一型半导体TiO2电极上发现了水的光电催化分解作用，以此为契机，开始了多相光触媒研究的新纪元，最近以来，由于光触媒在净化气相和水中有机污染物方面的卓越表现，已成为光触媒应用的一个非常重要的领域。 二氧化钛作为一种光触媒，在光作用下能产生具有超强氧化能力的空穴/电子对，能把有机物彻底氧化为CO2和H2O，从而彻底消除污染，由于细菌和病毒也都为有机微生物，故也能将之彻底杀灭。
而本公司纳米光触媒由于其粒子在小于10nm左右，具极大的反应表面积及量子效应，氧化能力更加强大。 人们还发现，二氧化钛光触媒纳米涂层在光的作用下具超级亲水性，接触角接近为零，从而又赋予了光触媒涂层的亲水防污功能，使被涂面始终保持崭新状态，而不受污染。 光触媒就是在光的照射下(自然光,灯光),会产生类似与光合作用的光催化反应,产生出氧化能力极强的氢氧自由基和活性氧,具有很强的氧化还原功能,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和病毒的蛋白质,把有机污染物分解成二氧化碳和水,因而光触媒具有极强的杀菌,除臭,防霉,防污自洁等功能。氧化钛光触媒薄膜通常采用钛盐溶于乙醇溶液或溶于有机溶剂之中。用惰性气体为载体的高压喷射法，喷在经热处理后的玻璃、墙面、建材、灯罩及其他基质上形成大面积的均匀薄膜。该薄膜在阳光及紫外光的照射下产生的触媒效果。光触媒可应用于环境的净化。将氧化钛与敏化剂喷在墙壁涂料表面或喷在窗框玻璃上形成膜层，利用太阳光或室内照明光源，具有强氧化能力的氧化钛不仅可使室内污浊的空气物质分解、净化空气，尤其对医院、宾馆、候车室等空气流动性差的场所能有效杀死大肠杆菌和流感病菌。不只可以处理恶臭，而且从地板、建材、防虫剂、灭壁虫剂、福尔马林等散发出的溶剂造成的住宅综合症状群。甚至防止医院内的病毒感染、以及具有光触媒性能的照明器具、光触媒人工观叶植物、人造花、窗纸等，皆出现在市面上。连窗帘、百叶窗、壁纸、隔门、厨余用的除臭处理装
纳米材料在光催化中的应用
纳米材料在光催化中的应用 姓名：张晓学号：5603509057 班级：食品质量与安全091班 摘要：该文综述了近年来有关以TiO2在光照射下对有机污染物进行光催化降解作用的研究进展,讨论水热法的特点及其制备TiO2的过程,阐述了TiO2在紫外光和可见光下的光催化机制,着重介绍了TiO2纳米材料在光催化降解处理污水的应用情况,指出了TiO2研究进程中存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向。 关键词：TiO纳米材料水热法制备光催化反应光降解 纳米光催化技术是始于20世纪70年代的深度氧化技术。由于TiO2具有化学活性高、化学及光学性能稳定、耐热性好、无毒、价格相对同类产品低廉等特点，被认为是目前最有前途的绿色环保型光催化剂。 1 纳米光催化材料处理室内空气污染物的原理简介 1.1 纳米TiO2光催化反应原理 半导体光催化作用的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导体的电子结构，当其吸收一个能量不小于其带隙能（Eg）的光子时，电子（e-）会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电的空穴（h+）。价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以直接与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体反应。 吸附在TiO2表面的溶解氧俘获电子形成·O-2（原子氧），而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成·OH（氢氧自由基）。氢氧自由基的氧化能力很强，能有效地将有机污染物氧化，最终将其分解为CO2，H2O，PO43-，SO42-，NO23-及卤素离子等无机小分子，达到消除空气污染物的目的。 1.2 纳米TiO2应用于空气净化领域独特的环保优势 (1)降解速度快，一般只需要几十分钟到几个小时即可取得良好的处理效果；(2)降解无选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等； (3)氧化反应条件温和，投资少，能耗低，在紫外光照射或阳光下即可发生光催化氧化反应；(4)无二次污染，有机物彻底被氧化降解为CO2和H2O等无害物质； (5)应用范围广，几乎所有的污染空气都可以采用。 2 光催化空气净化器的原理及功效 2.1 空气净化器的发展趋势 随着人民生活水平的提高和环境保护意识的增强，空气净化技术的研究应运而生。第一层次的产品以物理为主的空气净化器，是利用过滤、吸附、磁化处理杂质、静电凝聚清除尘埃、负离子消除烟尘等单一技术或其综合。 第二层次产品是以臭氧负离子为主要功能的空气净化器。臭氧具有消毒、杀菌、除臭去味和去颜料色素等功能，利用臭氧与负离子以及其他物理过滤方法结合可以达到一定的空气净化效果。但是臭氧仍然存在不能分解有机污染物的缺点。采用纳米光催化分解有害气体为核心，结合HEPA除尘技术、紫外杀菌技术、臭氧耦合技术和负离子清新技术于一体的空气净化技术将带来第三层次的全方位空气净化器。具有强力除尘、脱臭、消毒、灭菌、分解有害气体等净化空气的功能 2.2 新材料、新结构的应用 应用纳米TiO2泡沫镍金属滤网及甲醛、氨、TVOC吸附改性活性炭等新材料，以
光催化纳米材料的制备与光催化活性
光催化纳米材料的制备与光催化活性 摘要：光催化材料作为催化剂能催化降解数千种有毒有害化合物，它条件温和、无毒无害、无二次污染，是非常有发展前途的环保方法。但该法也有缺陷，如需 要紫外光照射、对高浓度污染物降解能力差等。本文综述了光催化纳米材料的制 备方法，并对提高光催化剂催化活性的修饰方法进行了评述，对光催化材料制备 及修饰的发展方向和趋势进行了展望。 关键词：光催化；纳米材料；制备；修饰；光催化活性 环境污染是我国面临的主要问题之一，它直接影响到人们的生活和健康。目前，越来越 多的研究人员致力于环境保护的工作中，研发出许多治理环境的材料和方法[1]。 工业日益发展对环境的污染也愈演愈烈。源头污染控制及末端污染控制技术是工业污染 的两种重要治理技术，20世纪70年代后兴起的光催化氧化技术正是其中的一种新型绿色环 保技术，其具有效率高、无二次污染、无毒等优点[3]。 纳米材料兴起于20世纪80年代后期，是指至少有一个维度在1~100nm范围内的材料。 纳米技术是在纳米尺度(1~100nm)空间对原子、分子进行操作和加工，产生具有独特性能的纳米材料、产品和器件的技术。在这样一个尺度空间中，纳米材料具有一些独特性质，特别是 纳米材料的四大效应，即小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。这些 效应使得纳米材料表现出优越的导电性、传导性、光敏性、反应活性及磁性。纳米技术的飞 速发展可能会导致生产方式与生活方式的革命，已经成为当前许多国家投入最多、发展最快 的科学研究和技术开发领域之一。 1、光催化纳米材料的制备 光催化纳米材料的合成方法有很多，包括水解溶胶法、溶胶-凝胶法、气相法、水热法、 微乳液法等。有的如气相法，对设备的要求比较复杂，生产投资很大，故而整体费用也相对 高昂；如溶胶-凝胶法，具有简单易行的优势，但所需的生产成本会很高，在工业化生产过程 中较难实现；如水热法，通过此法制得的纳米材料在粒径分布与光催化活性等方面的数据很 不理想。在现实的催化材料制备过程中，需要依据具体的实验条件和实验目的做一定程度的 取舍。 1.1水解溶胶法 TiO2光催化纳米材料的制备，是采用Ti(SO4)2为原料，相继通过水解、胶溶、加晶、熟 化等一系列过程制备而成。经过以上一系列步骤，得到的TiO2光催化纳米材料具有热稳定性 好和颗粒均匀的混晶型结构。 阎建辉、黄可龙等[4]研究人员在特定温度条件下，通过水热溶胶法合成得到了具有单分 散系的纳米材料---TiO2光催化剂，所得纳米材料的粒子平均粒径约为22nm，比表面积均在 80m2/g以上。制得的的光催化剂样品经过真空条件下的冷冻和干燥后，TiO2粉体主要呈现 锐钛矿型结构，并且材料的金红石型含量会随着焙烧时间延长的和焙烧温度的升高而显著增多，粉体的粒径也会随之有一定程度的增大。 1.2化学沉淀法 化学沉淀法包括直接沉淀、均一沉淀和共沉淀等几种。向TiCl4溶液或硫酸氧钛溶液中加 入沉淀剂使之沉淀，再经过热处理，得到相应的催化剂材料。此种方法虽然操作简单，但很 容易引入杂质，且催化剂粉体的颗粒度也不容易把握，产物的损失较多，产率极低。 1.3溶胶-凝胶超临界流体干燥法 提到的超临界流体指的是，以数值均处在临界点以上时的温度和压力条件下，对气相与 液相界面无区别的，并兼具液相和气相性质的一种相态。超临界流体以一种特殊的相态，在 纳米粒子的干燥过程中未表现出对溶剂的表面张力，进而对凝胶的网状结构具有很好的保护 作用，这一特殊的优势，是超临界流体在干燥介质中所表现出的独特之处，也由此得到了结 构未被破坏的纳米材料，其表征出的多孔结构明显。 张敬畅、李青等[5]研究人员以化合物TiCl4和Zn(NO3)2水合物作为制备原料，利用超临 界流体干燥法制备出TiO2-ZnO复合型纳米材料催化剂，通过表征，观察到催化剂的粒径约为
纳米光催化技术的应用
纳米光催化技术的应用 自20世纪70年代以来，纳米半导体光催化技术的研究得到了极为迅速的发展，尤其是在环境科学领域取得了飞速发展。目前，研究最多的是硫族化物半导体材料，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2等，由于TiO2的化学稳定性高，耐光腐蚀并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，加之TiO2对人体无毒，因此TiO2的光催化研究最为活跃。TiO2有3种形态：锐钛矿型、金红石型和板钛矿型，其中，含钛70%锐钛矿型和30%金红石型的晶体粒子的光催化活性最佳。 TiO2光催化降解空气污染物作用原理是由其本身的结构所决定的，它的能谱带不是连续的，价带和导带由禁带分隔开，禁带宽度为3.2eV，当受到波长约小于387.5nm的近紫外线照射时，在其内部的价带电子被激发跨过禁带跃迁入导带生成电子空穴对。电子空穴对扩散到TiO2表面上，并能穿过界面与吸附在TiO2表面上的物质发生氧化还原反应。空穴能量7.5eV，氧化电位+3.0V，具有极强的氧化能力，能够氧化有机化合物达到完全矿化的程度，生成CO2、H2O和无机物，与水生成羟基自由基。电子具有还原性，能与O2分子发生还原反应生成过氧自由基。这些自由基具有很强的氧化能力，也能够氧化有机化合物。 利用硫酸钛，四氯化钛和有机钛酸酯为原料制备纳米TiO2粉体和薄膜光催化剂有多种方法：主要有气相合成法，通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2；液相法，包括硫酸法和溶胶-凝胶法；此外还有四氯化台水解、化学气相沉积法、等离子体气相沉积法、超声物化-热解法等多种催化剂置备方法。目前，对纳米粉体的制备方法的研究已经很成熟。国内已有多家公司可以批量生产TiO2纳米催化剂，国外也有相应的高活性催化剂商品销售。目前，对制备薄膜光催化剂的研究，尤其是高比表面、高活性薄膜光催化剂的研究已成为热点，多孔和中孔薄膜光催化剂的研究是纳米光催化剂实用的技术难点。TiO2纳米光催化技术在室内空气污染物净化的主要应用如下： （1）无机气体的去除二氧化硫和氮氧化物既是城市空气中的主要污染物，也是室内燃料燃烧产生的主要污染物，氨则是某些混凝土添加剂（防冻液）释放出来的，这些污染物对人体危害大，直接引起呼吸系统疾病。光催化剂也能够氧化空气中较低浓度的二氧化硫、氮氧化物、硫化氢和氨。TiO2光催化氧化去除氮氧化物效果比较理想的浓度范围在0.01~10μL/L，在100μL/L以上是则难以去除。 （2）室内异味的去除室内异味物质主要是一些含硫、氮的化合物，如硫醇、硫醚、胺类，其成分多种多样，浓度极低，但散发的臭气却令人感到非常不舒适，将TiO2与臭氧或其他催化剂组合去除臭气效果较好。将TiO2固定在活性碳纤维、蜂窝状板材上，制备出光催化空气净化器，能够有效地去除硫化氢、氨等臭气物质。利用粒子粒径纳米级的TiO2作催化剂，再用氢氧化锌进行表面处理吸附甲硫醇的能力获得明显的改善，在紫外线的照射下发生光催化氧化分解甲硫醇的效率获得大幅度提高。 （3）V oCs的去除室内空气中的化学污染物以挥发性有机物VoCs为主。TiO2在紫外线照射下生成的空穴具有的氧化分解能力，必氯气和臭氧都高，在清除V oCs上具有独到之处。其适用于低浓度污染物的去除，也适用于多种污染物的去除。光催化氧化能够完全分解破坏挥发性有机污染物，包括许多难于用其他方法降解的污染物，最终达到无机化。已经通过光催化氧化分解室内空气中典型的V oCs有苯系物（苯、甲苯）、醛类（甲醛HCHO、乙醛）、醇类（甲醇、乙醇），还有乙酸、苯酚、吡啶、丙酮、氯苯、氯甲烷等。 ——摘自《室内空气污染与防治》P126
纳米光催化材料的研究进展
纳米光催化材料的研究进展 发表时间：2020-01-13T14:33:40.787Z 来源：《基层建设》2019年第28期作者：付昱雯朱杨阳沈涛姚新科黄桥[导读] 摘要：目前，我国迅速的社会经济发展和对人力资源的不合理利用正在造成越来越严重的环境问题。南京工程学院 211167；淮阴工学院 223003 摘要：目前，我国迅速的社会经济发展和对人力资源的不合理利用正在造成越来越严重的环境问题。因此，合理利用资源、保护环境和减少污染是当务之急。随着人口生活水平的提高，建筑、质量和美学要求的提高，健康、环境的改善，绿色建筑材料的安全和再生已成为这一领域的主要选择。本文介绍了对二氧化钛功能陶瓷、二氧化钛光催化涂层、自清洁玻璃和二氧化钛光催化剂混凝土的研究进展情 况。 关键词：应用现状与问题;光催化;绿色建筑材料;二氧化钛 1 前言 “绿色建筑材料”是指广泛用于生产、使用和处理废物的无害环境建筑材料，其性能良好，性能优良，再利用率高，具有改进的降解性能，保护环境和人类健康，对周围环境没有或不太有害，污染环境。二氧化钛是一种低成本、无毒、化学稳定的半导体光电催化剂材料等，广泛使用。在绿色建筑物里 2 二氧化钛光催化建筑材料常见二氧化钛种类 2.1 二氧化钛功能陶瓷基于二氧化钛的功能陶瓷是功能陶瓷，该功能陶瓷由纳米二氧化钛膜构成，该纳米二氧化钛膜通过高温熔融方法覆盖普通陶瓷表面。将二氧化钛作为催化剂与陶瓷表面上的光进行氧化反应，从而防止其在陶瓷表面上生存，并清洁陶瓷表面，从而产生抗菌效果。 2.2 二氧化钛光催化涂料目前，以二氧化钛为基础的光催化剂涂层最广泛地使用并且最简单地制造，在建筑涂层中加入纳米二氧化钛光催化剂是制备所有光催化剂涂层的最广泛方法。同类研究：二氧化钛粉末纳米颗粒具有较大的表面、较小的颗粒尺寸和较高的表面活性，从而在提高耐涂层性、颜色和性能方面取得了显著的结果。耐磨性、刚性、悬浮性和粘附性。目前，二氧化钛光催化涂层广泛用于建造外墙、隧道、医院等。 2.3 二氧化钛自清洁玻璃二氧化钛用纳米二氧化钛光催化剂膜的一层或多层涂有自清洁玻璃表面，在防污洗涤剂、有毒物质分解、细菌灭菌等领域非常有效。绿色和安全.纳米级二氧化钛玻璃的自清洁性能如此优异，主要基于两个主要方面：二氧化钛本身能够在光照明下产生静电腔和动态及移动电子。空气中的氢氧化物与空腔反应形成活性氢氧化物基团，对于基团来说，很容易与各种石油污染物和有害物质发生氧化还原反应，分解成水和二氧化碳。第二，二氧化钛膜具有非常高的亲水性能和与水滴形成的接近零的接触角。这样，当水滴与玻璃接触时，水滴就能够快速膨胀，形成均匀分布的水膜，该膜可滑动在重力作用下并带有污点。 2.4 二氧化钛光催化剂混凝土二氧化钛是一种用于污染物光催化降解的有效、稳定、相对廉价和无毒的光催化剂，广泛应用于公路混凝土中。如果将一定量的二氧化钛注入水渗透性多孔混凝土表面，则更容易获得具有良好光催化作用的混凝土。这是一种非常有效的减少氮氧化物排放的方法（“NOX”），因此，在道路上使用混凝土材料可有效地改善车辆废气对环境的影响，并减少空气污染。 3 存在的问题与展望在绿色建筑材料领域中，传统技术材料结合光催化剂是一个重要的发展方向，该技术的独特性、优良性、便携性和可行性对社会环境经济的增长效益有着显著作用，使其日渐成为绿色建筑材料领域中无法忽视的一部分。但是光催化绿色建筑材料研究并不是一帆风顺的，该领域存在着许多急需解决的问题，主要有以下几方面：（1）目前，二氧化钛纳米极材料的反应条件非常苛刻，若是要进行光催化反应，只能采用紫外线激发的方式，导致对太阳光谱的利用率非常低、光能转化率较低，如果在建筑材料中直接添加纳米级二氧化钛，可能会降低材料的光催化性能。如何扩大太阳光谱在二氧化钛光催化绿色建筑材料的使用范围，是目前急需解决的问题之一。（2）光催化剂除了在生产上要求严格以外，还需要考虑在运输过程中的保存问题，由于部分光催化剂也会产生氧化反应，因此建立一个可靠的分类运输体系也是十分重要的。（3）光催化剂在应用时需要考虑到对所处环境的适应性问题，因此在建筑表面应用光催化剂时，施工方要详细了解周边环境。（4）如何在二氧化钛光催化剂的生产时控制环境与成本，这是当下在绿色建筑材料的生产过程中必须面对的，对于这一方面，要注意控制成本管理体系，并且要建立相关的质量监督以及污染处理体系，做到生产的环保化、高效率化。（5）如何使光催化剂牢固的负载在材料表面，同时又能保存良好的光催化性能，这是使用光催化绿色建筑材料必须解决的问题。（6）在光催化绿色建筑材料的实际应用过程中，如何判定和评价其光催化性能、建立正确的光催化性能评价标准，是现在急需解决的问题之一。（7）传统建筑材料与纳米级二氧化钛之间的相互作用过程中，建筑基材会影响二氧化钛纳米材料的光催化活性，建材的基本性能也会受到纳米级二氧化钛的影响。因此，为了避免建材基体降低纳米级二氧化钛材料的光催化活性，同时能保持或改善建筑材料的基本性能，是新型绿色建筑材料研究急需解决的问题。（8）在深入研究光催化剂反应机理这一方面，需进一步提高和完善光催化剂的性能研究。为了满足市场需求，需要加紧开发新型光催化绿色建筑材料，使其具有更加高效与可重复利用的特性。 4 结语 绿色环保、污染少、毒害小的建筑材料成为当前绿色节能环保材料的发展趋势。二氧化钛作为当下最常见的半导体材料，其化学性质稳定、热稳定性高、耐候耐腐蚀性好、毒性极小，因此，该材料常被用作一种优异的光电功能材料和光催化材料。达到纳米级别的二氧化钛更是一种高效的绿色节能环保功能型新型材料，它赋予涂料、陶瓷、水泥混凝土、玻璃等传统建筑材料更多的功能，提升了传统材料的应用性能，提供了更为广阔的绿色建材应用前景。参考文献：
纳米光催化材料研究进展
纳米光催化材料研究进展 姓名：蔡美娟学号：7101010134 班级：行管104 摘要： 纳米材料被誉为2l世纪的新材料，直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、最直接、最有效的方法。为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划，模仿自然界植物光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“2l世纪梦”的技术，它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂。目前国内外常见的光催化材料多为金属氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、CdS及PbS等。但由于光腐蚀和化学腐蚀强、难溶解，实用性好的有TiO2与ZnO，其中TiO2使用最为广泛，我们就以现今纳米光催化材料的TiO2与ZnO研究介绍来进行纳米光催化的研究进展 关键字： 纳米光催化材料TiO2 ZnO能源的枯竭 正文： 1 引言 纳米材料被誉为2l世纪的新材料，其概念在本世纪中叶被科学界提出后得到广泛重视和探人发展。1959年，诺贝尔物理奖获得Feyranan在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上预言：如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。在能源危机和环境问题的双重压力下，开发新能源，特别是使用清洁能源代替传统能源，迅速地降低他们的消耗量，保护环境改善城市空气质量早已经成为关乎社会可持续发展的重大课题。中国能源发展方向可以锁定在前景看好的物种新能源：水能、风能、太阳能、氢能和生物能。直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、最直接、最有效的方法。为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划，模仿自然界植物光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“2l世纪梦”的技术，它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂。目前国内外光催化剂的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰，尽管这些工作卓有成效，但是在规模化利用太阳能方面还远远不够，因此收寻高效太阳光响应型半导体作为新型光催化剂成为当前此领域最重要的课题。