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1 光催化中的电子过程 1

1.1 导言 1

1.2　分子电子激发 2

1.2.1　分子光谱和光化学 2

1.2.2　分子的激发和失活 4

1.3　半导体电子激发 5

1.3.1　带隙光激发 5

1.3.2　能带边缘位置 6

1.3.3 电荷传输陷阱 7

1.3.4　量子尺寸效应 8

1.3.5　能带弯曲和形成肖特基能垒 9

1.4　在催化剂表面光引发的电子传递过程 10

参考文献 11

2　TiO2光催化剂的结构、表面性能及其制备 14

2.1 TiO2的晶格和电子结构 14

2.1.1　金红石和锐钛矿的晶格结构 14

2.1.2　TiO2单晶表面的几何结构和电子结构 15

2.2　TiO2表面的化学吸附研究 16

2.2.1 水吸附 16

2.2.2 H2吸附 17

2.2.3　氧气吸附 17

2.2.5 NO与SO2的吸附 18

2.2.4 CO与CO2的吸附 18

2.2.7　TiO2面上有机分子的脱氧化反应 19

2.2.6 NH3与H2S的吸附 19

2.3　TiO2表面无机小分子的光化学 20

2.3.1 TiO2对水的光降解 20

2.3.2　TiO2表面氧气的光吸附与光解吸 22

2.3.3　N2分子的光氧化与光还原 22

2.3.4　CO2光还原 23

2.3.5　光氧化TiO2表面的卤化物 23

2.3.6　光致表面腐蚀 23

2.4.2　在TiO2单晶上的光化学研究 24

2.4　在TiO2单晶上的光氧化反应 24

2.4.1　单晶电极上的光电化学 24

2.5 在TiO2催化剂气-固界面的光氧化反应 25

2.5.1 引言 25

2.5.2 TiO2的光活性：吸附H2O和O2的效应 26

2.5.3 三氯乙烯（TCE） 26

2.5.4　4-氯酚（4-CP） 27

2.6 TiO2催化剂液固界面的光氧化反应 27

2.6.1 引言 27

2.6.3 载流子的捕获、复合以及界面电子转移的动力学 28

2.6.2　液固界面光催化氧化 28

2.6.4 含水半导体分散剂中光分解反应的回顾 29

2.7　二氧化钛的制备技术 29

2.7.1 二氧化钛的工业制造方法 29

2.7.2　二氧化钛的实验室制备技术 29

参考文献 31

3　贵金属沉积对光催化活性的影响 35

3.1 前言 35

3.2　光催化剂的制备 36

3.4 XPS的表征 37

3.3　光催化剂的表征和活性测试 37

3.5 负载贵金属后的光催化活性和选择性 39

3.6　不同负载方法对光催化活性和选择性的影响 41

3.7　结论 42

参考文献 42

4　复合半导体光催化剂 44

4.1 复合半导体的意义 44

4.2　复合半导体的模型结构 44

4.3　CdS半导体的光电性能与光腐蚀过程 45

4.4　CdS-TiO2复合半导体的电子传输机理 46

4.5.2　原位合成法 47

4.5.1　溶胶混合法 47

4.5　CdS-TiO2复合半导体的合成方法 47

4.5.3　化学沉积法 48

4.5.4　反胶束法 48

4.6　反胶束法的优势及采用反胶束法合成纳米粒子 49

4.6.1　纳米微反应器理念 49

4.6.2　反胶束法的合成机理 49

4.6.3　反胶束体系的反应类型 50

4.6.4　反胶束体系的胶束尺寸计算方法 50

4.7 反胶束法合成CdS-TiO2复合半导体 51

4.7.1　实验制备和表征 51

4.7.2　实验结果与讨论 52

4.7.3　结论 54

参考文献 54

5 非金属掺杂光催化剂 57

5.1　非金属离子的掺杂 57

5.2　氮的掺杂 57

5.3　硫的掺杂 61

5.4　卤素的掺杂 62

5.5　碳的掺杂 63

参考文献 64

6.1 水溶液中的过渡金属离子对光催化体系的影响 66

6　光催化过程中的过渡金属离子 66

6.1.1 水溶Cu2+离子对光催化体系的作用 67

6.1.2　水溶Fe3+离子对光催化体系的作用 68

6.1.3 水溶Ag+离子和Pt4+离子对光催化体系的作用 69

6.2　过渡金属掺杂光催化剂 70

6.2.1　掺杂离子的选择 71

6.2.2　掺杂浓度 73

6.2.3　掺杂离子在TiO2中的分布形态 74

6.2.4　金属掺杂可见光光催化剂 76

6.3 Fe3+离子掺杂TiO2光催化剂 76

6.3.1　溶胶-凝胶法掺杂 77

6.3.2　浸渍法掺杂 78

6.3.3　水热法掺杂 80

参考文献 82

7　染料敏化二氧化钛光催化 84

7.1　激发态分子的能量耗散过程 85

7.2　染料/TiO2体系的光敏化机理 87

7.3　太阳能电池 89

7.4　染料的自敏化光催化降解 91

7.4.1　染料的吸附和反应 92

7.4.2　介稳态氧中间体的检测和反应 93

7.4.3　双氧水的生成和反应 94

7.4.4　过渡金属及其离子对染料敏化光催化过程的影响 96

7.5　高稳定染料修饰二氧化钛 97

参考文献 99

8　分子筛中高分散催化剂的定域结构，激发态和光催化反应活性 101

8.1 引言 101

8.2　嵌入到分子筛或介孔分子筛骨架中的氧化钒、氧化钼和氧化铬催化剂 103

8.2.1 氧化钒（V-硅）催化剂 103

8.2.2 氧化钼（Mo-MCM-41）催化剂 107

8.2.3 氧化铬（Cr-HMS）催化剂 111

8.3.1 与H2O反应光催化还原CO2 113

8.3 负载在分子筛孔道中的二氧化钛光催化剂及它们的光催化活性的表征 113

8.3.2 NO分解为N2和O2的光催化反应 118

8.4　Cu+/ZSM-5催化剂的制备及其对分解NO的光催化活性 120

8.4.1 Cu+/ZSM-5型样品及催化剂的制备和它们的定域结构 121

8.4.2　Cu+/ZSM-5催化剂的激发态 122

8.4.3　NO与Cu+/ZSM-5催化剂的相互作用 124

8.4.4　Cu+/ZSM-5型催化剂对分解NO的光催化活性 125

8.5 Ag+/ZSM-5催化剂的合成和它对分解NO的光催化活性研究 127

8.5.1 Ag+/ZSM-5催化剂的制备和它的定域结构的测定 127

8.5.2　Ag+/ZSM-5催化剂的激发态及它和NO之间的相互作用 128

8.5.3 Ag+/ZSM-5降解NO的光催化活性 130

8.5.4　在Ag+/ZSM-5催化剂上的光催化分解N2O反应 131

8.6　镧系离子交换丝光沸石催化剂光催化降解N2O 132

8.7　结论 133

参考文献 134

9　非均相光催化 139

9.1 简介 139

9.2　反应活性研究 139

9.2.1　官能团的转化 139

9.2.2　环境净化 144

9.3.1 光电化学 145

9.3　光催化机理 145

9.3.2　载体捕获 146

9.3.3　氧气阻止电子-空穴的复合 147

9.3.4　羟基自由基 148

9.3.5 吸附作用 150

9.3.6　兰格缪尔-欣谢尔伍德动力学 151

9.3.7　pH的影响 152

9.3.8　温度的影响 152

9.3.9　敏化作用 152

9.4.1　光催化活化半导体 153

9.4.2　催化剂的制备 153

9.4　半导体的预处理和分散 153

9.4.3　表面微扰 154

9.5　结论 156

参考文献 157

10　二氧化钛光催化膜 164

10.1　前言 164

10.2　光催化与亲水性机理及影响因素 164

10.2.1　光催化与亲水性机理 164

10.2.2　影响光催化活性及亲水性因素 165

10.3.1　改进的溶胶凝胶法 166

10.3　制备方法 166

10.3.2　沉积法 167

10.3.3　溶剂热法 168

10.3.4　反胶束法 168

10.3.5　其他方法 169

10.4　薄膜改性 169

10.4.1　复合薄膜 169

10.4.2　表面处理 170

10.4.3　聚合物改性及碳黑造孔 170

10.5　应用 170

10.6　结论与展望 172

参考文献 173