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简介
这是光催化材料ppt，包括了为什么是光催化材料，光催化的机理，光催化材料TiO2制备方法，光催化材料的改性，其他光催化材料，光催化材料的应用等内容，欢迎点击下载。
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光催化材料 Photocatalytic Materials
赵 吴 方 田 孟 @NPU
2014.10.15
目录
为什么是光催化材料
能源问题
环境问题
环境问题
环境问题
从光合作用这种最简单的光催化反应，总结下一个光催化反应发生的三个基本条件：
叶绿素---光催化剂
光-------特定波长范围(400-600nm之间最佳)，非所有光都可以
反应物------二氧化碳和水
可以想象一下，在分子的周围，形成了大量的光致电子和光致空穴，在光的照射下，他们不断产生，又不断复合，但是从宏观的角度看，在某一时刻，总是有大量的来不及复合的电子和空穴的存在，他们不断的寻找自己的猎物。
作为光致电子来说，他们的猎物是电子受体，这样光致电子就可以还原这个电子受体；
而光致空穴迁移到表面后的猎物时哪些能够提供电子的物质，从而将这些物质氧化。
在过程中生成的羟基自由基和超氧离子自由基等，这些自由基的氧化能力特别强，强化对污染物的氧化还原反应。
光照时光子被半导体吸收，这是一个贮能过程 。半导体多相光催化研究的主要内容是利用半导体材料的光敏性将太阳能或其他形式的光能，通过光催化反应转换为化学能（如光解水制氢、光催化合成等分子储能过程）或加速某种化学反应（如污染物的光催化降解）的定向进行。
常用的光催化半导体纳米粒子有TiO2(锐铁矿相)、Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等。主要用处：将这类材料做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利太阳光可进行有机物的降解。
应用领域：废水处理、汽车尾气处理、降解空气中的有害有机物、有机磷农药等
TiO2光催化剂的优点
光催化材料TiO2制备方法
固相法
氧化还原法
热分解方法
高能球磨法:
工艺简单，但制得的粉体形状不规则，颗粒尺寸分布宽，均匀性差。
光催化材料TiO2制备方法
液相法
光催化材料TiO2制备方法
气相法
物理气相沉积法
物理气相沉积法（PVD）是利用电弧、高频或等离子体等高稳热源将原料加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷使之凝聚成纳米粒子。
其中以真空蒸发法最为常用。粒子的粒径大小及分布可以通过改变气体压力和加热温度进行控制。，该法制备的薄膜质量高、密度大、结合性能好、强度大，而且生产重复性好，适于大面积沉积成膜，便于连续和半连续生产，缺点是薄膜活性较低。
化学气相沉积法
化学气相沉积法（CVD）利用挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应生成所需化合物，该法制备的纳米TiO2粒度细，化学活性高，粒子呈球形，单分散性好，可见光透过性好，吸收屏蔽紫外线能力强。
该过程易于放大，实现连续化生产，但一次性投资大，同时需要解决粉体的收集和存放问题.
光催化材料TiO2制备方法
纳米TiO2光催化剂的负载
由于粉体的纳米TiO2过程中存在着使用和回收不便的问题，在实际的应用中很难利用，因此需要对TiO2进行负载，以便在实际中得到很好的应用。 研究人员采用浸渍法、层层组装的方法对纳米TiO2进行了负载，分别在石棉绳、玻璃纤维、沸石、分子筛上进行了负载，得到了较好的结果。
金属氧化物
ZnO、WO、Fe2O3、SnO2、Bi2O3 等金属氧化物都具有明显的光催化作用。Wang Cun 等人研究了纳米ZnO/ SnO2 复合光催化剂，发现当ZnO/ SnO2 按2:1 比率复合时，有很高的光催化效率。并深入研究了纳米ZnO/ SnO2 复合光催化剂影响因素和ZnO/SnO2 的催化反应机理。
II-IV 族半导体
此类半导体的代表是ZnS、CdS、CdSe。单纯的这些半导体材料的光催化性能不高，主要是和其他的光催化剂如TiO2、SnO2、ZnO 等进行复合，得到性能更好的复合半导体光催化剂。
钙钛矿型复合氧化物（ABO3）
钙钛矿型复合氧化物（ABO3）具有独特的电磁性质和氧化还原催化活性，其中稀土离子占据A 位，过渡金属离子占据B 位。它的光催化降解性是近年来研究的热门课题
Bi-Ti-O 系新型光催化材料
钛酸铋Bi4Ti3O12 是典型的铁电材料，在压电、光存储和电光器件上有着广泛的应用。研究人员在研究Bi 掺杂改性TiO2 时发现，钛酸铋具有较高的光催化性能，是一种很有前途的新型光催化材料。
具有软铋矿结构的一系列新型光催化剂，在紫外光照射下，它们在催化氧化有机污染物方面表现出了优异的性能。软铋矿结构材料的结构通式为Bi12MO20-X，其中M 可以是金属Pb、Ni、Al、Ti、Fe 等元素，这类结构材料属于体心立方的I23 空间群，总体结构为7 个氧原子和Bi 原子排列组成的多面体结构，它和其他的Bi-O 多面体和MO4 四面体共角。这样的结构，提高了它的光催化活性。
其他光催化材料
石墨烯基复合材料
石墨烯（Graphene）的特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，它具有高导电率，优良的电子迁移速率，更大的比表面积等特性。因此，石墨烯一直被视为能够合成功能性复合材料的重要材料之一。近年来，基于石墨烯或者氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）与半导体纳米材料结合而成的复合光催化剂因其在环境保护以及能源应用等方面具有优异的表现而引起越来越多的重视。
目前主要的石墨烯基复合材料主要有TiO2/石墨烯基复合材料，CdS/石墨烯基复合材料，ZnO /石墨烯基复合材料等都具有较好的光催化效果。
石墨烯基复合材料
石墨烯是良好的电子导体
其他光催化材料
截止到现在，大多数石墨烯基纳米复合材料能够提高光催化剂的光化学性能的原因在于石墨烯具备超强的电子传导能力，或者说石墨烯扮演一个电子存储器和传导器的角色，光生电子和空穴的再复合同时被抑制。
无机污染物的光催化氧化还原
光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pd2+等重金属离子的污染，还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、SO2、NOx等
有机化合物的光催化降解
纳米TiO2光催化绿色涂料对室内氨气等的降解
灭杀细菌和病毒
可以用于生活用水的的杀菌消毒；负载TiO2 光催化剂的玻璃、陶瓷等是医院、宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料。
使某些癌细胞失活
TiO2表面修饰血卟啉（Hp，hematioporphyrin），通过有选择地局部或局域注射微粒到瘤内，随后用光导纤维传导紫外光集中照射瘤组织体，光激发TiO2颗粒表面生成强活性的反应氧类（OH和H2O2）直接渗透进入瘤组织体，而杀死瘤组织体内的恶性细胞。
在紫外光照射下，水在氧化钛薄膜上完全浸润。因此，在浴室镜面、汽车玻璃及后视镜等表面涂覆一层氧化钛可以起到防结雾的作用。
在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、路灯等表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛在太阳光照射下产生的的强氧化能力和超亲水性，可以实现表面自清洁。
由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；
另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。
太阳光包含光的各种波长，有可见光、红外光、和紫外光。对人体伤害的是紫外光， 300～400nm之间。所以在防晒油、化妆品中加入纳米TiO2，一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高，达到保护皮肤的目的。颗粒不能太大或太小，一般40 nm， 太大起不到吸收作用，太小会堵塞毛孔，影响健康。
展望
光催化是近二十年发展起来的一种新型环境洁净技术，它具有反应条件温和、成本低廉、可充分利用太阳能、能耗低、无二次污染等特点，有望得到广泛的应用。但由于光催化涉及到材料、物理、化学和等多个领域，有许多基础研究和实用工作需要完成。
在看文献中发现，超细Ti02的制备，大多数工作是在高消耗或高污染的代价下完成的，而光催化技术的许多研究是针对环境保护进行的，在研究一种环境保护的同时却在污染着另一种环境，这种尴尬的局面在我们今后的工作中要尽力避免。
尽管在前进的道路上布满了荆棘，但是我们相信在不久的将来，这一领域在无数研究者的努力下，将会有更加美好、灿烂的明天。
THE END
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