TiO2纳米粒子的性质对光催化作用有何影响?

时间:2011-03-08 21:57来源:未知 作者:admin 点击:

TiO2纳米粒子的性质对光催化作用的影响很大,如晶型、粒径、表面积、焙烧温度等,具体如下。

聽聽聽 (1)晶型的影响聽Ti02有三种晶型:锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。有光催化作用的主要是锐钛矿型和金红石型,其中锐钛矿型活性较高,已被广泛利用,原因有以下几方面。①锐钛矿型的质量密度(3.894/cm鲁)略小于金红石型(4.250g/cm鲁),带隙能(3.2eV)略大于金红石型(3.1 eV)。对于半导体的光活性来说,带隙能越大,反应活性越大。②金红石型是锐钛矿型高温转型形成的,热处理因素造成了表面态的差异,使表面活性基团减少,锐钛矿型Ti02表面带有可催化活性基团OHˉ和Ti鲁十,其密度将直接影响光催化效率。③金红石型Ti02对02的吸附能力较差,比表面较小,因而光生电子和空穴容易复合,催化活性受到一定影响。近来有研究认为具有高催化活性的Ti02为锐钛矿型与金红石型的混合物。混合物具有高活性的原因是在锐钛矿型晶体的表面生长了薄的金红石型结晶层,能有效地促进锐钛矿型晶体中电子与空穴的电荷分离。
聽聽聽 (2)粒径的影响纳米粒子的光催化活性均明显优于相应的体相材料,这主要由以下原因所致。①纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立的能级,能隙变宽,导带电位变得更负,而价带电位变得更正。这意味着纳米半导体粒子获得了更强的还原及氧化能力,从而催化活性随尺寸量子化程度的提高而提高。②对于纳米半导体粒子而言,其粒径通常小于空间电荷层的厚度,在此情况下,空间电荷层的任何影响都可忽略,光生载流子可通过简单的扩散从粒子内部迁移到粒子表面而与电子给体或受体发生还原或氧化反应。粒径越小,电子从体内扩散到表面的时间越短,所以电子与空穴复合概率越小,电荷分离效果越好,从而导致催化活性的提高。
聽聽聽 (3)表面积的影响光催化反应与一般的复相催化反应不同,后者在反应物充足的条件下,当催化剂表面的活性中心密度一定时,表面积越大则活性越高。但光催化反应是由光生电子与空穴引起的氧化还原反应,在催化剂表面不存在固定的活性中心。因此,表面积是决定反应基质吸附量的重要因素,在晶格缺陷等其他因素相同时,表面积大则吸附量大,活性就高。实际上,由于对催化剂的热处理不充分,具有大表面积的往往也存在更多的复合中心,当复合过程起主要作用时,就会出现活性降低的情况。
聽聽聽 (4)焙烧温度的影响通常情况下,焙烧温度的提高会导致光催化活性的降低。因为焙烧会对Ti02的表面产生影响。随着焙烧温度的提高,比表面积减少,表面吸附量有明显减少趋势,并且焙烧温度升高到一定程度会引起晶型由锐钛矿型向金红石型的转变。
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