半导体光催化
一、光催化的机理：半导体或金属氧化物在光的照射下，被能量大于或等于禁带宽度的光子所激 发，产生具有一定能量的电子和空穴，这些电子和空穴在半导体或金属氧化物颗粒内部以及界面之间的转移或失活。当它们到达半导体或金属氧化物表面并与其表面吸附物质发生氧化还原反应，产生一些具有强氧化性的自由基团和一些具有氧化性的物质，这些强氧化性的自由基团和具有氧化性物质与被降解污染物充分作用，使其氧化降解为二氧化碳和水。
二、其中半导体作为催化剂在光催化领域中有广泛的应用。1尹立松，沈辉综述了二氧化钛光催化研究的国内外进展及其发展概况，一方面之处作为催化剂用的二氧化钛应摈弃使用高中压汞灯、强紫外灯作为催化光源而直接利用太阳能。另一方面，要提高光催化反应速率和提高反应效率。2武荣国、司民真对二氧化钛光催化原理、制备方法、对有机污染物处理研究现状、影响二氧化钛光催化因素等六个方面综述说明二氧化钛光催化在废水有机污染物处理中的应用前景。3孙晓军、蔡伟民介绍了近年来国内外二氧化钛 (TiO2 )半导体光催化技术的研究进展 ,主要涉及TiO2 光催化氧化机理、高活性TiO2 光催化剂的制备与改性、
4TiO2 担载及该技术在环境保护中的应用等方面的研究 。张卫华、李晓彤等人研究了有关
要影响二氧化钛光催化效率的研究，并对提高其光催化效率的方法进行了综述。5王文中, 尚 萌, 尹文宗, 任 佳, 周 林概述了 Bi2WO6、BiVO4和 Bi2MoO6三种常见的含铋复合氧化物可见光催化材料体系的近期研究进展.通过合成方法的优选、晶粒成核和生长的调节,实现晶粒尺寸、形貌、结晶度等微结构的控制,从而获得小尺寸、高表面积的光催化材料, 无论是在有机染料、苯酚和乙醛等多种模拟污染物的矿化, 还是抗菌等方面, 它们皆呈现出优秀的可见光催化性能.通过进一步发展, 含铋复合氧化物有望实现在环境净化领域的应用.6汪多仁研究了二氧化钛光催化降解农药的性能、生产的主要技术路线与最佳的操作条件及有关进展情况，对现工业化运行的主要二氧化钛光催化降解农药生产工艺的技术特点进行了具体的分析和总结，并阐述了国内外研究开发的现状与发展趋势，并探讨了扩大应用范围的前景与市场的需求。7肖信、张伟德分析了半导体光催化剂和碳纳米管的特点，总结了碳纳米管增强半导体光催化的机理。然后分别从复合材料制备方法、复合半导体种类和典型的应用三个不同的角度，归纳总结近年来碳纳米管/半导体管复合材料光催化的研究进展，最后对其发展趋势作了展望。
潘力军、金银龙介绍了饮用水有机污染物的现状、来源及其对健康的影响。综述了二氧化钛光催化技术降解饮用水中天然有机物、人工合成有机物和消毒副产物的最新研究进展。9王跃指出银基微纳米半导体在可见光辐射下表现出良好的光催化性能。10刘宗国、刘先平分为两种类型阐述了已报道的用于光催化分解水制氢反应的二元半导体体系。一种为将两种半导体复合为一体；另一种为将两种半导体分散加到光催化反应液中z型体系。并分析了z型体系的优缺点，指出对于z型体系的放氢催化剂和放氧催化剂也可以分别进行二元复合改性，以抑制光激发载流子的复合，提高整个体系的光催化效率。11粱智研究单斜相BiVO4纳米粉体的软化学制备工艺及其可见光下的光催化性能,分析不同的反应条件对产物物相组
12 成、微观形貌及光催化性能的影响。施章宏、刘斌、窦天军、黄鹤翔采取N过量,改变Sm
浓度的方式,借助于溶胶-凝胶法成功制备了稀土金属Sm和无机非金属N有机结合的Sm-N-TiO2样品。研究了Sm掺杂对N-TiO2光催化剂的结构、光吸收和光催化活性的影响,并对甲基橙溶液进行降解实验。结果表明,制备的Sm-N-TiO2与未掺Sm的N-TiO2相比有较高的
13光催化活性。掺杂1.0%(摩尔分数)Sm,650℃焙烧4h条件下得到的样品性能最佳。张磊、杨
国锐、常薇、延卫通过静电纺丝和水热法联用成功制备了ZnxCd1-xS/TiO2核壳纳米纤维。8
利用XRD、SEM、UV-vis、EDS、BET对样品结构等进行了表征。结果表明,在TiO2纳米纤维表面生长了一层致密的ZnxCd1-xS纳米颗粒,形成ZnxCd1-xS/TiO2核壳型异质复合材料,且其光催化活性均比纯TiO2纳米纤维高。通过调节水热温度,可以控制ZnxCd1-xS表面形貌和x值。当水热温度为200℃时,x值最大,材料光催化活性最高。陈晶玲、操小鑫、陈亦琳、高碧芬、林碧洲采用NH3-H2气氛两步热处理法制备氮掺杂氧缺陷TiO2,用X射线粉末衍射、N2吸附BET法、X射线光电子能谱、元素分析、电子自旋共振谱、紫外可见漫反射光谱和荧光光谱等技术对样品的晶相结构、表面化学状态、氮含量、氧缺陷位种类及含量、光吸收性能和光生载流子的分离效率等性质进行了表征,研究了H2气氛中不同热处理时间对催化剂性能的影响和催化剂样品在可见光(λ>400 nm)条件下的光催化氧化能力。结果表明,掺氮TiO2催化剂经H2热处理1 h后具有较好的可见光催化活性,对苯的转化率和矿化率分别为66.8%和47.5%,其降解效率高于单掺杂催化剂活性的总和,双掺杂光催化剂活性的提高与14氮杂质氧缺陷双光活性中心的协同增强作用有关。张文莉、戴飞、陈欣、蒋银花、郭雷群以钛酸正丁酯和硝酸铁为原料,纳米碳球为硬模板剂采用低温回流-煅烧法成功制备了不同比例的Fe3+/TiO2纳米空心球。采用FE-SEM、TEM、XRD,UV-Vis及EDS对制得的样品进行表征。FE-SEM和TEM结果表明,制得样品均为空心球结构,其中Fe3+掺杂后空心球的壁厚有所增加。UV-Vis光谱表明,Fe3+掺杂的TiO2样品对可见光的响应明显增强。以阳离子蓝为目标污染物进行可见光催化降解,试验结果表明,Fe3+/Ti4+摩尔比为0.5:100时,样品的光催化效果最好,降解效率达到83.2%,是TiO2空心球降解效率的4.16倍，降解反应符合1级动力学方程。 15
迄今为止，光化学、光催化以及催化化学式目前在化学学科中最活跃的研究领域之一，特别是光催化领域。利用半导体光催化剂是把光能转化为电能和化学能，成为最热门的研究之
一。而且最近几年来，利用纳米二氧化钛光催化剂成膜后的超亲水性和光催化活性研制开发具有自清洁和光催化性能的纳米光催化膜功能材料，给纳米光催化技术的基础研究和开发应用注入了新的活力。使纳米光催化成为近年国际上最活跃的研究领域之一。一个以纳米光催化技术为核心的高新技术产业正在逐步形成，并且二氧化钛光催化剂因其高活性、低成本、稳定性好而引起人们极大的重视，使光催化的研究进入一个崭新的阶段。但是现在也有相应问题值得我们去探讨如：在光催化领域量子效率比较低，我们如何提高光催化中的量子效率我们可以对二氧化钛进行改性其中相应的措施有（1）改变催化剂的尺寸（2）与贵金属复合当然我们也可以积极寻找禁带更窄的催化剂材料。
三、参考文献
[1]尹立松，沈辉. 二氧化钛光催化研究进展及应用[D].中南大学信息院，中科院广州能源研 究所，2000,，12(14);23 - 25
[2]武荣国，司民真.二氧化钛光催化及其在废水有机污染物处理中的应用展望[J].楚雄师专学 报，2001，3(16):51-54
[3]孙晓军，蔡伟民.二氧化钛半导体光催化技术研究进展[D].哈尔滨大学学报，2001,4
（33）:535-539
[4]张卫华，李晓彤，徐松，王卫东，徐洪军，李忠义.二氧化钛光催化效率影响因素的研究
[D] 吉林化工学院学报，2009,2（26）:44-49
[5]王文中, 尚 萌,尹文宗,任 佳, 周 林 .含铋复合氧化物可见光催化材料研究进展[J]无机 材料学报，2012,1（27）:12-18
[6]汪多仁,二氧化钛光催化降解农药的开发与应用进展[J]精油化工原料及中间体，2011， 12:33-38
[7]肖信，张伟德.碳纳米管/半导体复合材料光催化研究进展[J].化学进展，2011，4
（23）:658-667
[8]潘力军，金银龙.二氧化钛光催化降解饮用水有机污染物的研究进展[D].环境与健康杂志， 2012,3(29):284-287
[9]王 跃.银基微纳米半导体光催化应用研究进展[J].化学研究，2013,1（24）:93-103
[10]王桂赟,刘宗园,刘先平.光催化分解水制氢用二元半导体光催化剂[J]化学通报， 2013,8(76):689-697
[11]粱智.半导体光催化剂BiVO4的软化学合成与可见光催化性质表征[J].南京理工大学， 2013:1-14
[12]施章宏,刘斌,窦天军,黄鹤翔.Sm-N-TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究
[A].2013,6(27):36-46
[13]张磊,杨国锐,常微,延卫.ZnxCd1-xS/TiO2核壳型异质结构的制备及其光催化的性能
[A].2013,6(27):57-62
[14]陈晶玲,操小鑫,陈亦琳,高碧芬,林碧洲.氮掺杂-氧缺陷TiO2光催化剂的制备与性能[J]. 材料研究学报，2013，4(27):405-410
[15]张文莉,戴飞,陈欣,蒋银花,郭雷群.Fe3+/TiO2纳米空心球的制备及其对阳离子蓝 的可见光降解[J]水处理技术,2013,9(39):46-48