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          關(guān)于光催化的這些知識(shí)您知道嗎?

          閱讀:3608        發(fā)布時(shí)間:2020-9-29

            茂默科學(xué)以客戶為本、合作共贏的理念,致力于幫忙客戶提供整體實(shí)驗(yàn)方案。力求解決行業(yè)內(nèi)客戶對(duì)科學(xué)儀器選型難、維護(hù)難的處境。通過(guò)不斷優(yōu)化公司運(yùn)作和提升服務(wù)質(zhì)量,目前已贏得業(yè)內(nèi)人士和廣大客戶廣泛認(rèn)可,擁有廣泛而穩(wěn)固的合作伙伴和客戶群體?,F(xiàn)介紹一些光催化的知識(shí),欲購(gòu)買泊菲萊光催化設(shè)備,歡迎咨詢~

                 1、 什么是光催化

            一般說(shuō)來(lái),催化分為均相催化、多相催化和酶催化,而光催化是多相催化的一個(gè)分支。光催化是利用光能進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種方式是物質(zhì)在光和催化劑共同作用下所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光催化是催化化學(xué)、光化學(xué)、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域。

            2、 光催化的發(fā)展歷史

            經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,光催化在污染物降解、重金屬離子還原、空氣凈化、CO2 還原、太陽(yáng)能電池、抗菌、自清潔等方面受到廣泛應(yīng)用研究,是上熱門研究領(lǐng)域之一。

            3、光催化材料

            A)金屬氧化物

            常見(jiàn)的金屬氧化物光催化材料有 TiO2, Fe2O3,WO3,ZnO,Bi2O3, In2O3, SnO2,Cu2O 等等。TiO2 因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高、價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而備受人們的青睞,是當(dāng)今研究多的光催化劑

            B)金屬硫化物

            CdS

            和 MoS2 是硫化物在光催化領(lǐng)域應(yīng)用中的兩種代表性材料,具備二維層狀結(jié)構(gòu),能帶可調(diào),當(dāng)其由多層變?yōu)閱螌訒r(shí),其禁帶寬度變寬,光學(xué)和電學(xué)性能也會(huì)發(fā)生改變。

            C)Bi

            基光催化劑

            鉍基催化劑中,鹵氧化鉍 BiOX(X=Cl、Br、I)材料具有*的層狀結(jié)構(gòu),[Bi2O2]2+ 層和雙 X -交替排列。當(dāng) Br 4p 上電子受光激發(fā)躍遷至 Bi 6p 軌道時(shí),[Bi2O2]2+ 層與 X -層之間形成的內(nèi)建電場(chǎng)有助于電子空穴對(duì)的有效分離,延長(zhǎng)光生載流子的壽命,有助于提高其光催化活性。BiVO4、Bi2WO6、Bi2MoO6 等也因其可見(jiàn)光催化性能而受到廣泛研究。

            D)Ag基光催化劑

            Ag3PO4、Ag2CrO4、AgBr 等因其可見(jiàn)光響應(yīng)性能而受到廣泛研究,但普遍存在穩(wěn)定性差、易被光腐蝕的問(wèn)題。因而目前對(duì)銀基光催化劑的研究多集中在對(duì)其的修飾改性上,尤其以半導(dǎo)體復(fù)合居多。

            E)g-C3N4

            石墨相氮化碳(g-C3N4),作為一種非金屬半導(dǎo)體光催化劑,具有合適的禁帶寬度,能在可見(jiàn)光下響應(yīng),其化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性良好,還可以通過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)調(diào)節(jié)形貌結(jié)構(gòu)、催化性能。

            F)元素半導(dǎo)體光催化劑

            Feng

            Wang 等發(fā)現(xiàn)紅、磷具有 p 型半導(dǎo)體性質(zhì),在以 Pt 為助催化劑、可見(jiàn)光條件下,能將 H2O 分解為 H2 。Gang Liu 等發(fā)現(xiàn) α-S(S8) 是一種可見(jiàn)光響應(yīng)元素半導(dǎo)體光催化材料,不管紫外光還是可見(jiàn)光,都可以降解有機(jī)分子、分解水。

            G)其他光催化材料

            此外,像金屬有機(jī)框架材料 (MOFs)、共軛微孔聚合物 (CMPs)、共價(jià)有機(jī)框架材料 (COFs) 在光催化領(lǐng)域也有所運(yùn)用。Cheng Wang 等合成各種金屬離子摻雜 MOFs 材料,可用于 H2O 分解、CO2 還原和有機(jī)轉(zhuǎn)化。Zijian Wang 等合成一種含有共軛微孔聚合物 (CMP) 的二苯并噻吩二氧化物,能在可見(jiàn)光下將水分解為 H2。Pi-Feng Wei 等構(gòu)建了一系列超穩(wěn)定的苯并惡唑基共價(jià)有機(jī)框架材料作為無(wú)金屬光催化劑,可在可見(jiàn)光下將芳基硼酸氧化為酚

            。

            4、光催化反應(yīng)機(jī)理

            (Ⅰ)當(dāng)入射光能量 hv 不小于禁帶寬度 Eg 時(shí),價(jià)帶上電子 e -吸收光能躍遷至導(dǎo)帶,同時(shí)價(jià)帶上產(chǎn)生空穴 h+;

            (Ⅱ)產(chǎn)生的 e-、h+ 在電場(chǎng)或者擴(kuò)散作用下分別遷移至半導(dǎo)體表面;

            (Ⅲ)具有還原能力的 e -與具有氧化能力的 h+ 與吸附在半導(dǎo)體表面上的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),比如污染物降解、水分解制氫氣等

            5、光催化的研究方向

            1)水污染治理

            隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化的不斷發(fā)展,環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重,水污染是其中重中之重。相比傳統(tǒng)水污染治理方法,光催化法綠色環(huán)保、無(wú)二次污染。除了常見(jiàn)的各種染料,如亞甲基藍(lán) (MB)、羅丹明 B (RhB)、甲基橙 (MO) 等,其他無(wú)色的污染物,比如苯酚、雙酚 A(BPA),或者各種抗生素農(nóng)藥等都可以降解掉。此外,光催化還可以將水體中的有毒重金屬離子,如 Cr6+、Pt4+、Au3+ 等還原為低價(jià)離子,減弱其毒性。

            2)水分解

            傳統(tǒng)的化石能源儲(chǔ)量有限,且燃燒后會(huì)造成溫室效應(yīng)和環(huán)境污染,如何制造清潔可再生能源是研究熱點(diǎn)。利用光催化將水分解為 H2 和 O2,用氫能源取代化石能源,生態(tài)環(huán)保、成本低。但目前產(chǎn)氫效率還比較低,距離實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

            3)CO2 還原

            隨著大氣中 CO2 濃度不斷增加,溫室效應(yīng)越發(fā)明顯,氣候頻發(fā),如何降低大氣中 CO2 含量是函待解決的重大問(wèn)題。利用光催化技術(shù),將 CO2 還原為甲烷、甲醇、甲酸等有機(jī)化合物,具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

            4)空氣凈化

            空氣中含有的污染物主要有氮氧化物 (NO2,NO 等),硫氧化物(SO2,SO3 等),各種揮發(fā)性有機(jī)化合物(甲苯、苯、二甲苯、乙醛、甲醛等)。目前處理空氣污染常見(jiàn)方法為物理吸附或者借助貴金屬降解,物理吸附適用面廣,但只適合于濃度較高污染物;貴金屬降解成本高,且條件苛刻,耗能高,效率低,只適用于有經(jīng)濟(jì)條件的工廠。光催化作為一種新型的綠色環(huán)保技術(shù),成本低,適用面廣,顯示出廣闊應(yīng)用前景。

            5)抗菌

            抗菌材料分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類,而有機(jī)材料抗菌性弱、耐熱性差、穩(wěn)定性較差等特點(diǎn)限制了其使用,并逐漸被無(wú)機(jī)抗菌材料取代,而負(fù)載有銀、銅等金屬離子的無(wú)機(jī)殺菌劑能使細(xì)胞失去活性,但細(xì)菌被殺死后,可釋放出致熱和有毒的組分,如內(nèi)毒素。而 TiO2 等光催化劑不僅能殺死細(xì)菌,還能*降解有毒組分。

            6)有機(jī)合成

            傳統(tǒng)有機(jī)合成經(jīng)常使用到有害有毒或者危險(xiǎn)試劑,且一些反應(yīng)條件苛刻,而光催化有機(jī)合成反應(yīng)條件溫和,具備高選擇性,簡(jiǎn)單環(huán)保,成為有機(jī)合成研究熱點(diǎn)。目前,光催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用有:

            (1)醇,胺,烯烴和烷烴的氧化或芳香族化合物羥基化反應(yīng);

            (2)用親核試劑活化、官能化 α-C-H 鍵以構(gòu)建新的 C-C 或 C-X(X = O,N 或 S)鍵;

            總而言之一句話:光催化是一個(gè)充滿朝氣與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域,其中一些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的話,將對(duì)人類生活帶來(lái)莫大的改善。

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