实验3纳米二氧化钛的微波水热合成-晶型调控及其光催化性能研究实验讲义

纳米二氧化钛的微波水热合成、晶型调控及其光催化性能研究一、实验目的1.掌握微波水热合成纳米二氧化钛及热处理调控晶型的方法：2.了解二氧化钛晶体结构的表征技术及数据分析方法：3.理解光催化降解污染物的机理并掌握光催化材料性能的评价方法。二、实验原理（1)二氧化钛光催化及其污染物降解原理近年来光催化在能源、环境污染物处理及催化合成等领域得到了广泛应用，成为国际上最活跃的研究领域之一。在研究者开发的众多光催化剂中，二氧化钛具有紫外活性高、无毒、廉价及稳定性高等优点，二氧化钛光催化剂的相关研究最为深入。在环境化学领域，二氧化钛光催化剂常用于降解各种有机污染物如染料及抗生素等，也可杀灭多种病原微生物用于水消毒。光催化降解在常温常压下就可以进行，仅需要太阳光、空气和水，具有成本低、效率高、二次污染少的优点。根据目前的光催化理论，半导体光催化剂受光激发后会产生电子和空穴。二氧化钛的禁带宽度为3.0~3.2V,当受到大于禁带宽度能量的光子照射后，价带中的电子就会被激发到导带，产生高活性电子e和空穴h(见示意图1及公式1)。电子具有还原性，空穴具有氧化性。激发态的导带电子和价带空穴也可以重新复合，使光能以热或其他形式散发掉（见公式2）。TiO2+hv→e+h(1)e+h→热量(2)一般而言，TO2的光催化离不开空气和水溶液，这是因为水分子或氧气分子与光生电子或空穴结合可产生化学性质极为活泼的自由基，空穴与TO2表面的H20或OH反应生成氧化性很高的OH自由基，其反应历程见公式3和4：h+H2O→·OH+H(3)h+OH→OH(4)电子()与表面吸附的氧分子发生反应，经历一系列的反应历程（见公式5-10):02+e→02(5)