半导体异相光催化 热动力学机制研究和实验论证PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 半导体光催化作用原理 2

1.2 光催化动力学过程 5

1.3 光催化剂的种类 9

1.3.1 具有d0电子构形阳离子的氧化物光催化剂 9

1.3.2 影响d0金属氧化物的光催化活性的因素 13

1.4 光催化过程的第一原理研究 14

1.5 光催化剂的应用 17

1.5.1 有机污染物的处理 17

1.5.2 无机污染物的处理 17

1.5.3 太阳能转化和利用 18

1.6 光催化研究现状 18

1.6.1 掺杂 18

1.6.2 材料表面改性 19

1.6.3 应用外部条件来控制TiO2的形成和光催化过程 19

1.6.4 使用异质结形态的光催化剂 20

1.6.5 使用染料敏化的可见光诱导方式 20

1.6.6 使用其他光催化剂利用可见光 21

1.6.7 TiO2纳米结构材料 21

1.7 TiO2薄膜的制备方法简介 22

1.7.1 溶液法 22

1.7.2 溅射法 22

1.7.3 磁控溅射法制备自洁净玻璃的应用前景 23

参考文献 23

第2章 半导体物理基础 32

2.1 半导体中载流子的平衡浓度 32

2.2 半导体光吸收的特征 36

2.3 非平衡载流子和复合过程 42

2.4 输运现象 46

第3章 异相光催化的热动力学基础和论证 50

3.1 理论描述 51

3.1.1 Gibbs自由能变化和能量损失 51

3.1.2 隙、温度、载流子扩散长度和光强对△G的影响 53

3.1.3 表面复合和界面迁移对△G 影响 55

3.2 利用光催化过程中△G评价光催化过程 55

3.3 TiO2薄膜光电导的测量及其与｜Fn-Fp｜的关系 60

3.3.1 本征和无电离的情形 62

3.3.2 n半导体 62

3.3.3 p型半导体 63

3.4 光电导和光催化效率之间的关系 63

3.4.1 实验描述和相关数据表征 63

3.4.2 Raman表征 64

3.4.3 XPS分析 66

3.4.4 UV-vis分析 66

3.4.5 PL光谱分析 67

3.4.6 光电导和暗电导的测试表征 69

3.4.7 光催化活性表征 71

3.5 分析和讨论 72

3.6 小结 76

参考文献 76

第4章 光生载流子的功效应与光催化效果的关系及双光束诱导光催化 79

4.1 N掺杂TiO2的结构和光催化效应研究 79

4.1.1 实验部分 79

4.1.2 实验结果 79

4.1.3 分析和讨论 84

4.2 V掺杂TiO2的结构和光催化效应研究 85

4.2.1 实验部分 85

4.2.2 实验结果 85

4.2.3 分析和讨论 88

4.3 光学强度的变化与光催化性能的关系 89

4.3.1 实验部分 89

4.3.2 实验结果 89

4.4 TiO2双光子吸收 92

4.4.1 实验部分 93

4.4.2 实验结果 93

4.5 双光束诱导光催化过程 96

4.5.1 实验部分 97

4.5.2 实验结果 97

4.6 双光束诱导在气相光催化中的应用 103

4.6.1 实验部分 103

4.6.2 实验结果 103

4.7 小结 104

参考文献 104

第5章 半导体光催化动力学的数学物理研究 107

5.1 纳米TiO2颗粒的光催化动力学模型 107

5.1.1 半导体中光生载流子的输运过程 108

5.1.2 表面复合和界面迁移 110

5.1.3 表面载流子连续性条件 113

5.1.4 分析和讨论 114

5.1.5 小结 117

5.2 TiO2纳米管阵列的光催化动力学模型 119

5.2.1 理论模型 120

5.2.2 表面复合和空穴界面迁移 122

5.2.3 分析和讨论 125

5.2.4 小结 131

参考文献 132

第6章 光催化动力学分析——缺陷和反应器参数的影响 136

6.1 缺陷对光催化动力学的影响 136

6.1.1 理论模型描述 137

6.1.2 光生空穴在表面上的产生 137

6.1.3 表面复合和界面迁移 138

6.1.4 表面处连续性条件和量子效率 140

6.1.5 分析和讨论 140

6.1.6 小结 143

6.2 圆柱形反应器的异相光催化动力学分析 144

6.2.1 光催化反应器中的光学传输 145

6.2.2 间接迁移模式 148

6.2.3 特征强吸附的情形 149

6.2.4 分析和讨论 150

6.2.5 小结 154

参考文献 156

第7章 开路短路、外加偏压和构建微宏观异质结的光催化过程 159

7.1 TiO2开路与短路情形下光催化过程 159

7.2 外加偏压对光催化的影响 163

7.2.1 分析和讨论 163

7.2.2 小结 169

7.3 TiO2-CeO2复合半导体微观异质结的光催化 169

7.3.1 实验部分 170

7.3.2 实验结果 170

7.3.3 分析和讨论 176

7.3.4 光生载流子的迁移过程 177

7.3.5 小结 179

7.4 TiO2/WO3叠层薄膜的光催化过程 179

7.4.1 实验部分 179

7.4.2 分析和讨论 181

7.4.3 XPS分析 183

7.4.4 小结 187

参考文献 187