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半导体光催化在环境方面的研究现状

半导体光催化在环境方面的研究现状
半导体光催化在环境方面的研究现状

半导体光催化在环境方面的研究现状

摘要:TiO2半导体光催化氧化以其无毒无害低成本从已被发现就引起了广大科学工作者的广泛关注,成为最有潜力的光催化材料。但由于TiO2存在带隙较宽和电子空穴复合率高的缺点,严重限制了光催化的应用。针对上述问题,近几年出现了多种TiO2的改性光催化材料,一定程度上提高了光催化的量子效率。本文在介绍光催化基本原理的基础上,结合国内外的研究现状,综合阐述了各种半导体改性材料的晶体特性和在催化降解环境中有机物的催化效率。

关键词:光催化、半导体、环境、催化效率

二十世纪七十年代除,受到全球能源危机的影响,寻找一种切实可行的办法实现太阳能的转化和储存成为国内为科学家的研究热点。1972年Fujishima等人发现受辐射的二氧化钛(TiO2) 在光电池中可持续发生催化水的氧化还原反应而产生氢气。这一发现受到了当时科学界的普遍关注,来自光化学、物理、材料等领域的学者对太阳能的转化与储存、光化学合成、多相光催化的原理等进行了广泛的研究,半导体光催化技术得到了迅猛的发展,。1996年S.N.Frank等开拓性的研究了TiO2多晶电极/氙灯对二苯酚、I﹣、Br﹣、Cl﹣等物质的光催化降解过程,并取得了满意的结果,首次把光催化技术应用到了环境领域。随后,他们又研究了几种不同的半导体材料作为光催化剂的催化氧化SO32﹣和CN﹣的反应效率,发现TiO2、ZnO和Cds具有良好的催化活性。随着光催化环境领域研究的不断开展,国内为的学者发现半导体光催化氧化对水中的卤代烃、染料、表面活性剂、芳香族化合物等难降解有机物都有很好的去除效果。如何提高光催化氧化降解有机废水的量子效率成为环境领域的研究重点和热点,各种新的光催化材料和新的制备技术层出不穷,本文针对光催化的原理和近几年新型半导体材料的发展进行综述。

1、半导体光催化氧化的原理

与绝缘体的能带相似,半导体的能带也是不连续的,在充满电子的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)之间存在一个禁带,而其带隙也比绝缘体小得多,所以能量大于等于禁带宽度(E s)的光子能够激发价带上的电子越过禁带进入导带,这样,就会在价带上产生相应的光生空穴(h+),在导带上产生光生电子(e-)。在半导体水的悬浮液中,迁移到表面的光生电子和空穴既能参与光催化的反应,同时电子和空穴也能在纳秒到皮秒的时间内重新复合。因此,选择适当的俘获剂或者表面空位来俘获电子或空位,复合就会受到抑制,随之的氧化还原反应就能发生。

在水溶液中发生的光催化反应,水分子、OH-、和有机物充当空穴的俘获剂而失去电子,变成具有强氧化能力的羟基自由基,用来氧化降解水中的有机物。水中的溶解氧吸附在催化剂表面作为光生电子的俘获剂,起到了抑制电子和空穴的复合的作用,同时还可以作为氧化剂,氧化那些已经羟基化的反应产物。光生电子还具有很强的还原能力,可以通过还原反应去除水中的金属离子。如图1为水溶液中TiO2光催化降解有机物的反应机理示意图。

图1 TiO2光催化反应机理

在光催化过程中,光激发产生的电子和空穴存在复合和俘获的竞争,只有光生电子和光生空穴被俘获才是有效的催化反应过程。对于理想的系统,量子效率Φ与载流子输运/复活的速率K CT、复合速率K R存在着这样的关系:

λs(nm)=1240/E S (eV)

研究表明,常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。如锐钛矿在pH 为1时带隙为3.2eV,光催化所需的最大波长为387nm。

2、半导体光催化剂的研究现状

传统上的光催化剂TiO2以其耐酸碱和光化学腐蚀、成本低、无毒无害且具有较好的光催化活性等特点而被广泛应用。但由于其禁带比较宽(锐钛矿型为3.3eV,金红石型为 3.1eV),只能利用紫外区的光能,光能利用率低,而且光生电子和空穴的复合速率极快,因此量子效率很低。目前半导体光催化剂材料的研究也主要围绕着抑制光生电子和光生空穴的复合速率和增大光谱宽度,扩展光谱响应范围这两个方面展开。

2.1贵金属的担载和沉积

通过浸渍还原法、表面溅射法等可以使贵金属以原子簇的形式附着在半导体的表面,从而引起载流子的重新分布。电子从费米能级较高的n半导体转移到费米能级较低的金属,直到两者的费米能级相同,从而形成肖特基势能,是光生载流子被分离,抑制光生电子和空穴的复合。Pt、Pd、Ag、Au都是比较常用的贵金属担体Wang Ch-M[4]等用实验证实了在氧气饱和的溶液中,O2的还原速率远远不能与光生空穴的反应相匹配,过量的电子聚集在TiO2上,当Pd沉积在TiO2表面时,电子输运到溶解氧的速率大大提高,TiO2颗粒上的负电荷完全消除。

2.2金属离子的掺杂改性

在TiO2中掺杂金属离子提高光催化效率的机理,一般认为有以下几种:○1由于金属离子价态与TiO2不同,形成捕获中心,高价离子俘获电子,低价离子俘获空穴,抑制电子和空穴的复合。○2金属离子形成掺杂能级,使能量较小的电子能激发掺杂能级上俘获的电子,提高光子利用率。○3导致载流子的扩散长度增加,延长了电子和空穴的寿命。近年来,离子掺杂的研究的到了迅猛的发展,主要由单一离子掺杂和多种离子掺杂两种情况。

姜晓阳、方艳芬[5]等人在酸性条件下用超声沉淀法低温制备了Bi掺杂TiO2的纳米粉尘,采用XPS、XRD和TEM对样品进行初步表征,表明其主要为锐钛矿(82.7%)和金红石(17.3%)的混晶,晶体尺寸为25.8nm。通过紫外-可见漫反射吸收光谱分析发现,Bi/TiO2催化剂对400nm~550nm区的可见光有不同程度的吸收,表明Bi的掺杂导致半导体吸收波长阈值从近紫外区移至可见光的蓝紫外区,其禁带宽度变窄。在可见光(λ>420nm)照射下测定催化剂光催化降解酸性桃红(SBR)过程中TOC的变化,发现SBR的TOC去除率达到61.6%,所制备的催化剂在可见光下具有较高的催化活性。唐菊[6]等人用钛酸四丁酯和六水硝酸镧通过溶胶凝胶法制备了掺镧的TiO2微粒,以罗丹明B为降解物,在紫外光和太阳光下,分别考察了掺杂镧TiO2光催化活性,并寻找最佳催化条件,发现在太阳光下,pH为6时,用5g/ml掺杂镧0.075TiO2,加入H2O2后,催化降解率能达到90%以上。

2.3非金属离子的掺杂改性

非金属对TiO2的掺杂可以形成新的杂化价带,达到扩展催化剂禁带宽度的目的。B、C、N、S、P以及一些金属氧化物都是目前常用的掺杂元素。胡华国、王玉萍[7]等人以尿素为N源,以钛酸四丁酯和乙醇为原料,采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂TiO2,并用浸渍法将样品负载在活性炭上,通过烧结制成了N- TiO2/AC光催化剂。用TG-DTA、XRD、BET、对催化剂的结构、尺寸等进行分析表征发现样品平均粒度约为9.3nm,晶型为锐钛矿型,比表面积为743.9m2/g。以亚甲基蓝为目标降解物,0.4g光催化剂在pH 为1时,100W钨灯照射5个小时,亚甲基蓝的去除率达到91.43%,远远高于纯TiO2的催化降解效率。表明掺N的TiO2能提高利用光谱的宽度,又由于活性炭的吸附,对光催化起到了协同作用。该催化剂反复使用四次后,降解率基本不变,表明其具有良好的催化稳定性。

吕燕[8]等人提出了一种制备可见光响应的N-F共掺杂TiO2纳米棒阵列(TNRAs)的方法。他们采用提拉法在玻璃衬底上预制一层ZnO籽晶层,然后垂直置于乙酸锌和六亚甲基四铵水中反应,得到ZnO纳米棒阵列模板。用液相沉积法将制得的ZnO浸入(NH4)2TiF6和HBO3混合液中,反应3h后取出样品并用蒸馏水洗净残留的盐,就得到了N-F共掺杂的TNRAs样品,最后在不同温度下煅烧,得到不同温度处理的N-F共掺杂的TNRAs样品。采用SEM,TEM,Raman,XPS和UV-vis的分析手段,对不同煅烧温度的样品进行表征。用亚甲基蓝为模拟污染物,考察催化剂在可见光区的催化活性,发现N-F共掺杂明显改善了的TNRAs在可见光区的吸收。450℃煅烧的℃N-F共掺杂的TNRAs样品具有最好的可见光催化活性,这归因于独特的一维纳米棒阵列和适量N,F 共参杂引起的协同效应。

2.4有机高分子材料与TiO2的纳米复合材料

国外文献[9]报道,某些高分子有机物不但能够扩展TiO2对可见光区的吸收,还是一种有效的电子供体,与TiO2形成强的相互作用,实现光生电子由共轭高分子到TiO2的转移而提高光生电荷的分离效率。对这类材料的光催化活性研究最近才引起人们的重视。苏碧桃[10]等人利用聚合-热转化两步法,以TiCl4为催化剂和Ti源,由糠醇单体聚合制备出了具有共轭结构的高分子(CPF)和TiO2的纳米复合催化材料。用TEM、XRD、FT-IR、UV-vis等技术对其进行了表征,以亚甲基蓝为目标污染物研究了该材料在自然光条件下催化性能。结果表明该方法制得了纳米级TiO2/CPF复合材料,光谱响应范围扩展到了整个紫外-可见区,极大改善了光能利用率。在自然条件下,该复合材料在5min 内可以将亚甲基蓝完全脱色,且具有良好的催化稳定性。

3半导体光催化氧化的发展趋势和前景展望

半导体催化氧化由于其低能耗无毒无害稳定性好在环境领域具有广阔的发展前景。

从光催化的发现,到现在出现的各种新型复合纳米光催化材料,半导体光催化经历了一个从简单半导体到多元复杂半导体材料的发展历程。学者们长期以来围绕着光催化剂的高效稳定这个问题展开研究。在未来的发展中,由于特殊形貌的半导体所具有特殊的微观结构和晶面取向性在光催化过程中的重要作用,半导体光催化剂材料的研制将在形貌可控方面有很大的发展空间。另一方面是研发各种新型复合纳米材料以不断扩展可见光吸收范围和抑制光生电子和光生空穴的复合,从而提高光催化的效率。同时,由于催化剂和废水分离带来的问题,如何选择合适的载体和固定方式以实现催化剂的和废水的分离和催化剂的回收利用也将是环境工作者研究的方向。

参考文献:

[1]孙德智等.环境工程中的高级氧化技术[M].北京:化学工业出版社,2002:211~294.

[2]伊洪坤.卢平.TiO2光催化剂的改性技术研究进展[J].环境工程,2009,27(增刊).

[3]徐青等.TiO2/ZnO纳米光催化剂的制备及性能研究[J].山东大学学报,2010年8月,40(4).

[4] Wang Ch-M et al. J. Am. Chem. Soc. 1992,114:5230~5234.

[5]掺铋纳米TiO2制备及可见光催化降解有机污染物[J].太阳能学报,2010年3月.31(3).

[6]掺镧TiO2光催化降解罗丹明B的研究[J].印染助剂,2010年7月,27(6).

[7]活性炭负载N掺杂TiO2光催化剂的制备及其可见光催化活性研究[J].南京师大学报(自然科学版),2010年3月,33(1).

[8]可见光响应的N-F共掺杂TiO2纳米棒针列的制备及其光催化性能的研究[J].中国科学技术大学学报,2010年7月,40(7).

[9]柳闽生,杨迈之等.导电高聚物修饰纳米尺度TiO2多空膜电极的光电化学研究[J].化学学报,2001,59(3)

[10]苏碧桃,张小红等TiO2纳米复合催化材料的制备[J].化学试剂,2010,32(3),193~196.

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TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中,饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计,地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势,常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等,但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效,并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法,可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法,但是所需设备昂贵;而紫外线消毒法需要能源支持,并且日常的维护都需要专业的技术人员;吸附法一般需要消耗大量的吸附剂,使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围,迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中,植物、藻类和某些细菌能在太的照射下,利用光合色素将二氧化碳(或硫化氧)和水转化为有机物,并释放出氧气(或氢气)。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和,是生物界赖以生存的基础,也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态,吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移,当强度够大时,可造成化学键的断裂,产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式,但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后,再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下,能将光能转化为化学能,促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域,它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比,光催化技术具有两个最显著的特征:第一,光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二,光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂,驱动氧化-还原反应,达到净化目的,对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2,ZnO,Fe2O3,ZnS,CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是,由于某些化合物本身具有一定的毒性,而且有的半导体在光照下不稳定,存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中,TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料,它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相,板

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光催化材料研究进展概要

光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷[1]。光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO2、ZnO、CdS、WO 3、Fe 2 O 3等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许多研究者看好[2]。 1.1 TiO 2光催化概述 1.1.1 TiO 2的结构性质 二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、

金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景[3]。 1.1.2TiO2光催化反应机理 半导休表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上,同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴(h+)随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO2催化剂的局限及改性途径 作为光催化剂,虽然二氧化钛具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸收的光的波长主要集中在紫外区,

光催化原理

光催化原理 光催化的原理: (1)它是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术。 (2)它一种是低温深度反应技术,光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生成电子—空穴对,空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基,电子使其周围的氧还原成活性离子氧,从而具备极强的氧化—还原作用,将光催化剂表面的各种污染物摧毁。 (1)低温深度反应: 光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁,即使用常

规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。 (2)净化彻底: 它直接将空气中的有机污染物,完全氧化成无毒无害的物质,不留任何二次污染,目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物,只是将污染源转移。 (3)绿色能源: 光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂,驱动氧化—还原反应,而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言,这一特征使光催化技术更具魅力。(4)氧化性强: 大量研究表明,半导体光催化具有氧化性强的特点,对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解,所以对难以降解的有机物具有特别意义,光催化的有效氧化剂是羟基自由基(HO),HO的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。 (5)广谱性: 光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效,美国环保署公布的九大类114 种污染物均被证实可通过光催化得到治理,即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果,一般经过持续反应可达到完全净化。 (6)寿命长: 理论上,催化剂的寿命是无限长的。

光催化材料研究进展

. 光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅[1]。光催化适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO 、ZnO、CdS、2 WO 、Fe O 等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许332[2]。多研究者看好1.1 TiO光催化概述 21.1.1 TiO的结构性质 2二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、2金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO中,锐钛矿和金红石的工2业用

途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密资料Word . 度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见 光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在[3]。光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景 1.1.2TiO光催化反应机理2半导休表面多相光催化的基本原理:用 能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上,同时在价-+)随后h(e,.)—空穴(带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、 与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态 的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复 合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO催化剂的局限及改性途径2作为光催化剂,虽然二氧化钛 具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大 规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不 高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸 收的光的波长主要集中在紫外区,而在照射到地球表面的太阳光中,

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备, 表征及其光催化性能的研究

第一章绪论 自18世纪60年代的第一次工业革命到现在以来,科学技术迅猛发展、日新月异。工业革命(第一次科技革命)以瓦特的蒸汽机的发明为标志,宣告了人类社会由原来的火器时代,进入到了蒸汽时代。第二次科技革命发生在19世纪70年代,在这个时期,自然科学取得了飞速的进展,由于资本主义制度的逐渐形成和完善,资本主义国家为了生存和发展,开始了大量的对世界资源进行掠夺。两次工业革命对然建立了世界的初步两极格局,但是两次科技革命的功劳还是不容忽视的,它们推动了传统的农业,手工业向现代化工业以及机器化工业的飞速发展,并且带给了人类社会巨大的物质财富,在资本主义国家逐利的对外扩张过程中,不可否认的是它们的争斗促进了人类文明的进步和繁荣。但是,当资本家们在大力发展社会生产力,提高生活水平的同时,对环境也造成了严重的破坏,至今,已严重威胁着我们所处在的的生存环境。 特别是在进入20世纪50年代之后的第三次科技革命;随着工业现代化进程的加快,人类向所生存的环境排放了大量的生产废水、废气,它们其中含有大量的有毒污染物如医用药品、农药、工业染料、表面活性剂和含有重金属离子的溶液等,含有上述物质的这些废水给人类的健康和生存环境带来巨大的威胁。而且在上述这些污染物中,用传统的处理方法很难将其完全消灭和降解。废水中的很多有机化合物能使水中的厌氧微生物发生异变,从而产生明显的毒害作用;所以必须创造出一些其它的非生物的降解技术来除去这些有机化合物[1-3]。因此,开发一种简便、有效、快捷、无害的方法来治理水体污染和大气污染是当前社会一个亟待解决的问题。并且,社会现代化的发展需要消耗大量的能源,据专家分析,传统的化石能源已经不能继续维持人类社会的长期发展,而且传统的化石能源的使用是当前引发严重环境问题的万恶之源。所以,环境问题和能源问题是21世纪可持续发展战略的两大亟待解决的严重问题。 1.1研究背景与意义

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功,导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期,石英光纤材料和光学纤维的研制成功,以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明,使光纤通信成为可能,目前光纤已四通八达。我们知道,每一束光纤,可以传输成千上万甚至上百万路电话,这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴,使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代,并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路,其中有90%到95%都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展,还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的,它用石墨作为加热器。所以,来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染,使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染,随着硅单晶直径的增大,长度的加长,它的分布也变得不均匀;这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀,会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧,在器件和电路的制作过程中,它要发生沉淀,沉淀时的体积要增大,会导致缺陷产生,这将直接影响器件和电路的性能。因此,为了克服这个困难,满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高,人们不得不采用硅外延片,就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样,可以有效地避免氧和碳等杂质的污染,同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法,还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结,这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产,8英寸的硅外延片,也正在从实验室走向工业生产;更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外,还有一些大功率器件,一些抗辐照的器件和电路等,也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的,它在生长时,不与石英容器接触,材料的纯度可以很高;利用这种材料,采用中子掺杂的办法,制成N或P型材料,用于大功率器件及电路的研制,特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面,它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料,也就是半导体/氧化物/绝缘体之意,这种材料在空间得到了广泛的应用。总之,从提高集成电路的成品率,降低成本来看的话,增大硅单晶的直径,仍然是一个大趋势;因为,只有材料的直径增大,电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律,每隔18个月它的集成度就翻一番,它的价格就掉一半,价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上,工艺加工条件相同,但出的芯片数量则不同;所以说,增大硅的直径,仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的

半导体光催化制氢的进展.

《能源材料》课程论文 题目:半导体光催化水解制氢的进展 指导教师:毛景 学生姓名:朱永坤学号:20130800830 专业:建筑结构及功能材料 院(系):材料科学与工程 2016年6月8 日

关键词:半导体;光催化;太阳能;电解水;制氢;改性。 引言: 在上课过程中老师讲到的新能源汽车当中的氢燃料池汽车让我对氢能的开发利用产生了浓厚的兴趣,就想着写一篇关于氢能方面的文章。结合老师上课过程提到的太阳能制氢,就定位在了半导体光催化制氢这个主题了。 目前,氢气在氢燃料电池汽车当中得到了广泛的应用,氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电,根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车。 氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排放,且一次加氢续驶里程长,加氢时间短,相当于汽油车,一直以来被作为新能源汽车技术路线之一。 但是,到目前为止,氢燃料电池汽车,并没有得到大范围的普及,因为一些技术条件的短板暂时限制了它的应用。其中最大的问题就是氢气来源问题,世界上很多国家的氢燃料的生产并不是以水为原料,而是以天然气作为生产原料,先前讲到了,如果要电解水取得氢气,那需要很大的能量消耗,而且要生产出能量值与普通汽油燃料相当的氢燃料,我们就需要大量的水资源,水同样也是我们这个星球稀缺的资源。同时,氢气的储存和运输过程又要耗费很大的能量,所以到目前为止,要驱动一辆氢燃料电池汽车,所需能耗太大,还不能达到节能环保的目的。麻省理工学院的一些能源专家则提出,氢燃料电池车真正要“跑起来”,至少还需要15年的时间。 那么,如何低能耗,效率高地制备氢气成为了氢燃料汽车的一个瓶颈,目前制备氢气有也有很多方法,包括热化学法制氢,光电化学分解法制氢,光催化法制氢,人工光合作用制氢,生物制氢等,在这里重点介绍一下光催化制氢的一

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功,导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期,石英光纤材料和光学纤维的研制成功,以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明,使光纤通信成为可能,目前光纤已四通八达。我们知道,每一束光纤,可以传输成千上万甚至上百万路电话,这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴,使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构

的制作过程中,它要发生沉淀,沉淀时的体积要增大,会导致缺陷产生,这将直接影响器件和电路的性能。因此,为了克服这个困难,满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高,人们不得不采用硅外延片,就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样,可以有效地避免氧和碳等杂质的污染,同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法,还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结,这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产,8英寸的硅外延片,也正在从实验室走向工业生产;更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外,还有一些大功率器件,一些抗辐照的器件和电路等,也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的,它在生长时,不与石英容器接触,材料的纯度可以很高;利用这种材料,采用中子掺杂的办法,制成N或P型材料,用于大功率器件及电路的研制,特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面,

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展

光解水制氢半导体光催化材料的研究进展 田蒙奎1 ,2 ,上官文峰2 ,欧阳自远1 ,王世杰1 (1. 中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002 ; 2. 上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心,上海200030) 摘要: 自从Fujishima2Honda 效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的学能———氢能。近一二十年来,光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料。本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性,阐述了该课题的意和今后的研究方向。关键词: 光解水;氢能;半导体光催化剂中图分号: X13 文献标识码:A文章编号:100129731 (2005) 1021489204 1 引言 在能源危机和环境问题的双重压力下,氢能因其燃烧值高、储量丰富、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源,因而氢能的开发成了能源领域的研究热点。自从Fujishima 和Honda 于1972 年发现了TiO2 光电化学能分解水产生H2 和O2 以来[1 ] ,科学研究者实现太阳能光解水制氢一直在作不懈的努力。普遍接受的光解水制氢原理是:半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时,电子从最高电子占据分子轨道( HOMO ,即价带) 受激跃迁至最低电子占据分子轨道(LUMO ,即导带) ,从而在价带留下了光生空穴( h + ) , 导带中引入了光生电子(e - ) 。光生空穴和光生电子分别具有氧化和还

原能力。要实现太阳能光解水制氢和氧,光生电子的还原能力必须能还原H2O 产生H2 ,而光生空穴的氧化能力必须能氧化H2O 产生O2 ,即半导体光催化剂的导带底要在H2O/ H2 电位( E0 = 0V ,p H = 0) 的上面(导带位置越高,电位越负,还原能力越强) ;而价带顶在O2 / H2O 电位( ENHE = + 1. 23V ,p H = 0) 的下面(价带位置越低,电位越正,氧化能力越强) 。近一二十年来, TiO2 以外的光催化剂的相继发现,特别是能响应可见光的光催化材料的出现,使得光解水制氢研究进入了非常活跃时期。本文就近期太阳能光解水制氢研究进展中的半导体光催化材料作一综述。 2 简单半导体氧化物,硫化物系光催化剂目前广泛研究的简单化合物半导体材料的能带结构如图1 所示: 图1 部分半导体材料的能带结构示意图 Fig 1 Schematic diagram of band st ructure for some semiconductor s TiO2 光催化剂由于光照不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、来源丰富等优点而被广为利用。具有代表性的

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备,表征及其光催化性能的研究

第一章绪论 自18世纪60年代的第一次工业革命到现在以来,科学技术迅猛发展、日新月异。工业革命(第一次科技革命)以瓦特的蒸汽机的发明为标志,宣告了人类社会由原来的火器时代,进入到了蒸汽时代。第二次科技革命发生在19世纪70年代,在这个时期,自然科学取得了飞速的进展,由于资本主义制度的逐渐形成和完善,资本主义国家为了生存和发展,开始了大量的对世界资源进行掠夺。两次工业革命对然建立了世界的初步两极格局,但是两次科技革命的功劳还是不容忽视的,它们推动了传统的农业,手工业向现代化工业以及机器化工业的飞速发展,并且带给了人类社会巨大的物质财富,在资本主义国家逐利的对外扩张过程中,不可否认的是它们的争斗促进了人类文明的进步和繁荣。但是,当资本家们在大力发展社会生产力,提高生活水平的同时,对环境也造成了严重的破坏,至今,已严重威胁着我们所处在的的生存环境。 特别是在进入20世纪50年代之后的第三次科技革命;随着工业现代化进程的加快,人类向所生存的环境排放了大量的生产废水、废气,它们其中含有大量的有毒污染物如医用药品、农药、工业染料、表面活性剂和含有重金属离子的溶液等,含有上述物质的这些废水给人类的健康和生存环境带来巨大的威胁。而且在上述这些污染物中,用传统的处理方法很难将其完全消灭和降解。废水中的很多有机化合物能使水中的厌氧微生物发生异变,从而产生明显的毒害作用;所以必须创造出一些其它的非生物的降解技术来除去这些有机化合物[1-3]。因此,开发一种简便、有效、快捷、无害的方法来治理水体污染和大气污染是当前社会一个亟待解决的问题。并且,社会现代化的发展需要消耗大量的能源,据专家分析,传统的化石能源已经不能继续维持人类社会的长期发展,而且传统的化石能源的使用是当前引发严重环境问题的万恶之源。所以,环境问题和能源问题是21世纪可持续发展战略的两大亟待解决的严重问题。

光催化研究发展综述性报告

光催化研究发展综述性报告 本人申请攻读动力工程与工程热物理专业博士学位,由于对后续能源与新能源技术专业太阳能分解水制氢方向有浓厚的兴趣,通过对相关文献的阅读和参加相关报告,对太阳能光催化分解水制氢有了详细的了解,对其发展简述如下: 1.前言 当今人类社会面临能源和环境两大问题[1-2]。能源的短缺和环境的污染严重制约着人类社会的发展。一方面,社会的高速发展使得人类对于能源的需求越来越大,而我们目前所用的能源还是以传统的化石燃料为主,但是因为化石燃料的不可再生性,或者说是形成的时间周期太长,使得其必有枯竭的一天。据估计,按照目前的开采水平和消耗量,石油还能够维持四十年左右,煤炭最多也就是两百年,而天然气还可以维持大概六十多年。另一方面,化石燃料的燃烧,引起严重的环境污染和对环境的危害,如温室效应、酸雨、光化学烟雾等等,对人类的生存产生了严重的威胁。 研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程中的基本关系,以确保全球的可持续发展已经成为各国都十分关注的一个话题。就像美国,在2009年提出的7870亿美元的巨额经济刺激计划中,把发展新能源定位于抢占未来发展制高点的重要战略产业,并提出在未来的三年的时间里,国内可再生能源产量要增加一倍。而我国人口众多,常规能源储备远低于世界平均水平,而且近几十年来,环境污染也是日益严峻。这使得寻找一种清洁可持续的替代能源变得更加迫切。而我国幅员辽阔,拥有极为丰富的太阳能资源,开发潜力巨大,从长远发展来看完全可以满足国家可持续发展的需求。但太阳能能量密度低、分散性强、不稳定、不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效低成本大规模利用的有效手段。但是考虑到占地表约3/4的水域和植物的光合作用,我们是不是可以利用太阳能分解水,制取氢气,而氢气又是是一种无色无臭无味无毒的清洁燃料,

光催化材料的基本原理

二,光催化材料的基本原理 半导体在光激发下,电子从价带跃迁到导带位置,以此,在导带形成光生电子,在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能,可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。 高效光催化剂必须满足如下几个条件:(1)半导体适当的导带和价带位置,在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能,在光解水应用中,电位必须满足产H2和产O2的要求。(2)高效的电子-空穴分离能力,降低它们的复合几率。(3)可见光响应特性:低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%,如何利用可见光乃至红外光能量,是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-type TiO2 只能在紫外光响应,虽然通过搀杂改性,其吸收边得以红移,但效果还不够理想。因此,开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是,现在的研究状况还不尽人意。 三,光催化材料体系的研究概况 从目前的资料来看,光催化材料体系主要可以分为氧化物,硫化物,氮化物以及磷化物 氧化物:最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前,绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区,研究的比较多的是含Ti,Nb,

Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W,Cr,Fe,Co,Ni,Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉,d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后,开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前,以日本学者J. Sato为代表的研究人员,已经把目光锁定在p区元素氧化物上,如含有Ga,Ge,Sb,In,Sn,Bi元素的氧化物。 硫化物:硫化物虽然有较小的禁带宽度,但容易发生光腐蚀现象,较氧化物而言,稳定性较差。主要有ZnS,CdS等 氮化物:也有较低的带系宽度,研究得不多。有Ta/N,Nb/N等体系 磷化物:研究很少,如GaP 按照晶体/颗粒形貌分类: (1)层状结构 **半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 **层状单元金属氧化物半导体如:V2O5,MoO3,WO3等 **钛酸,铌酸,钛铌酸及其合成的碱(土)金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 **含Bi层状结构材料,(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba,Bi,Pb;B=Ti,Nb,W),钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有:Bi2WO6,Bi2W2O9,Bi3TiNbO9

半导体材料文献综述

姓名:高东阳 学号:1511090121 学院:化工与材料学院专业:化学工程与工艺班级:B0901 指导教师:张芳 日期: 2011 年12月 7日

半导体材料的研究综述 高东阳辽东学院B0901 118003 摘要:半导体材料的价值在于它的光学、电学特性可充分应用与器件。随着社会的进步和现代科学技术的发展,半导体材料越来越多的与现代高科技相结合,其产品更好的服务于人类,改变着人类的生活及生产。文章从半导体材料基本概念的界定、半导体材料产业的发展现状、半导体材料未来发展趋势等方面对我国近十年针对此问题的研究进行了综述,希望能引起全社会的关注和重视。 关键词:半导体材料,研究,综述 20世纪中叶,单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功,导致了电子工业革命;20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明,促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业,使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功,彻底改变了光电器件的设计思想,使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。彻底改变人们的生活方式。在此笔者主要针对半导体材料产业的发展、半导体材料的未来发展趋势等进行综述,希望引起社会的关注,并提出了切实可行的建议。 一、关于半导体材料基础材料概念界定的研究 陈良惠指出自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体、和绝缘体三大类。半导体的电导率在10-3~ 109欧·厘米范围。在一般情况下,半导体电导率随温度的升高而增大,这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。[1] 半导体材料(semiconductormaterial)是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电导率在10(U-3)~10(U-9)欧姆/厘米范围内。[2]随着社会的进步以及科学技术的发展,对于半导体材料的界定会越来越精确。 二、关于半导体材料产业的发展现状及解决对策的分析 王占国指出中国半导体产业市场需求强劲,市场规模的增速远高于全球平均水平。不过,产业规模的扩大和市场的繁荣并不表明国内企业分得的份额更大。相反,中国的半导体市场正日益成为外资公司的乐土。[3]

银基光催化材料的研究进展

14 近些年来,随着可持续发展战略的推行,我国的科学技术水平也飞速提升,在国民生活质量得到全面改善的同时,环境不断恶化、资源大大短缺等问题也日益严峻。导致环境恶化的污染物主要为工业生产中排放的废渣、废气、废水等物质,它们成分大都比较复杂,基本为不同类型的有机物,若直接处理难度非常大。在实际生产过程中,如果对污染物的深度处理操作不能在短时间内完成,则必定会导致该企业的运营成本提高。如今,水资源的污染是世界各国普遍存在且急需解决的重大问题之一。许多对人体和动植物有毒害作用的污染物质很难被土壤、水体等环境自我降解去除,同时,它们在水资源和土壤等环境中存在范围很广、时间很长,对人类健康存在很大的威胁。对于这些难降解的有毒有害污物若继续沿用传统的物理、化学、生物等工艺进行处理已收效甚微,因此,为了提高污水处理效率及循环利用率,开展经济而有效的水体中难降解有机污染物控制技术的研究课题迫在眉睫。 1?光催化降解技术 光催化降解技术被认为是当前在处理工业污水、环境污物等方面最有效且最具有应用前景的一种技术。光催化降解技术与传统的降解方法不同之处在于它主要是利用太阳全光或其中的可见光来降解空气和水体中的有机污物,其降解过程绿色环保,不易产生二次污染,同时操作过程简单易懂、成本较低,因此,该处理方法被认为是在处理废水方面最有研究价值的技术之一。 2?传统光催化材料 目前应用最广泛的光催化剂是TiO 2纳米材料,其具有优秀的光稳定性和光催化活性。但TiO 2纳米材料只能受太阳光光谱中含量仅为4 %的紫外光照射,才能表现出其优异的催化活性,这严重阻碍了TiO 2纳米材料在光催化方面的实际应用[1]。因此,为了拓宽纳米材料在光催化领域的应用范围,有必要合成一些能充分利用太阳光光谱中含量为43%的可见光的新型纳米光催化剂,如WO 3,CdS,Bi 2O 3,Cu 2O 等,它们均可利用 太阳光处理环境中难以去除的有机污物。在大量的新型纳米光催化剂中,银基纳米复合材料展现出许多优异的特性,特别是在对太阳光中的可见光吸收方面,绝大部分银基纳米复合物都具有较宽的可见光的吸收范围。所以,近些年银基纳米化合物已成为可见光催化领域中的重要研究材料。 3?银基纳米光催化材料 银基催化剂,如AgSbO 3、AgVO 3、Ag 3PO 4、AgX (X=Br,I)、Ag 2CO 3、Ag 2O、AgNbO 3、AgMO 2(M=Al,Ga,In等)[2]、等均具有很强的可见光光催化活性。它们的光催化降解能力远远高于传统的可见光光催化剂,如P25,N-TiO 2等,有些甚至达到它们的20倍左右。早在2003年,叶金花教授就致力于研究AgInW 2O 8纳米化合物对有机污物的光催化降解作用[3]。在此后的近十年时间里,其课题组对AgIn 5S 8、AgMO 2(M=Al,Ga,In 等)、Ag 2ZnGeO 4、Ag 2O、β-AgAl1-xGaxO 2等一系列含银纳米材料进行了广泛而深入地研究。上述的银基多金属氧化物的价带顶均由O2p和Ag4d的电子轨道杂化形成,而导带底均由其它的金属离子和Ag5s的最外层s电子轨道或d电子轨道杂化形成,它们的带隙较窄,能够很好地吸收太阳中的可见光部分。除此之外,上述的银基多金属氧化物的空穴氧化能力很强,且价带电势位置较正,所以它们可受太阳光中的可见光的激发,高效地降解有机污染物,且其效果远远超过传统的TiO 2纳米光催化剂。到了2010年,该课题组还发表了磷酸银纳米光催化剂在可见光照射下光解水分子产生氧,同时能高效地降解RhB等有机污物,其中磷酸银纳米材料的量子效率超过90%[4]。同时,其他外国学者们也对AgSbO 3、AgGaO 2等一系列银基纳米复合物的可见光光催化性能进行了广而深地研究。在中国,国家生态环境研究中心的胡春课题组正长期研究含银纳米复合材料在可见光照射下的光催化性能。他们的研究说明了AgVO 3、AgX (X=Br,I)等银基纳米复合材料均具有很强的可见光光催化降解性能。南京大学的邹志刚教授课题组也对 银基光催化材料的研究进展 陈颖 广州工程技术职业学院 广东 广州 510075 摘要:纳米半导体材料光催化技术在处理环境污染方面具有潜在的应用研究价值,是当今环保领域的重要研究热点。银基光催化纳米材料由于其在可见光催化降解环境污物中的突出表现已逐步发展成为当今催化领域的重要课题之一。 关键词:光催化技术 银基?纳米 Research?Progress?of?Silver-based?Photocatalytic?Materials? Chen?Ying? Guangzhou Vocational College of Engineering and Technology ,Guangzhou 510075 Abstract:Semiconductor?photocatalytic?technology?has?potential?application?value?in?environmental?treatment,and?it?is?an?important?and hot?research?topic?in?the?environmental?protection?field.?Ag-based?catalytic?materials?have?wide?application?prospects?in?photoelectricity?and?catalysis?etc?due?to?their?excellent?photocatalytic?activity,promising?high?photo-response?performance. Keywords:photocatalytic?activity;Ag-based;Nano (下转第13页)

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