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工业催化期末论文

班级:08级化学工程与工艺一班
姓名:董洪军
学号:P081914153
工业上绿色环保催化剂进展的综述论文
共轭大π键与光催化剂的协同作用机理及光催化活性调控研究
朱永法(清华大学化学系,北京,100084)
环境污染的治理是当今人类面临和亟待解决的重要课题,光催化氧化法对环境污染物的净化具有能耗低、净化条件温和、无二次污染等优点而倍受重视。其中,TiO2光催化剂在环境和能源化学领域具有广泛的应用前景,是物理化学、环境催化和环境材料研究的热点。近年来,光催化研究已成为国内外最活跃的研究领域之一。虽然TiO2光催化剂是目前性能最好、最具有应用前景的光催化剂,但由于该催化剂尚存在太阳光利用率低(<4%)、电子-空穴对复合几率高等不易克服的本征缺陷,如何提高该光催化剂的效率仍然是光催化科学研究中的一个核心题共轭π键是含碳材料中一类极为重要的化学键,对含碳材料的光电性能具有重要影
响。共轭π键是由共面原子的平行p轨道交迭而成,容易和其它化学键产生相互作用,产生光电性能的变化。共轭大π键体系材料由于其物理化学的特殊性受到广泛的关注,形成了一系列新型材料。如C60、碳纳米管、石墨以及导电高分子材料等都是典型的共轭大π键体系。本文通过TiO2超声分散于C60的甲苯溶液的方法实现TiO2表面的C60修饰;TiO2表面的石墨修饰分两步来完成,先采用水热法合成均匀碳包覆的TiO2,然后再采用高温石墨化;聚苯胺的修饰采用原位聚合的方法来完成。分别制备出C60单分子层,类石墨分子,聚苯胺单分子层表面修饰的光催化剂材料,见图1。图1. 表面改性的TiO2光催化剂: A) TiO2/PANI B) TiO2/C60 C) TiO2/类石墨层39图2 分别给出了类石墨分子表面修饰前后(A)及C60分子表面修饰前后(B)的TiO2光电流作用谱。对于P25 TiO2 电极,从450-410nm范围内基本上没有光电流产生,这与TiO2的紫外漫反射光谱是相吻合的,在这个范围内光的能量不足以激发TiO2 中的电子和空穴。TiO2 电极在波长
330nm处有最高光电流响应。对于类石墨分子修饰电极,我们发现在450-320nm范围内有较宽的响应,而且在紫外光区的光电流要远强于P25 TiO2 电极。可见,表面类石墨分子的修饰不仅可以大大提高TiO2 电极的光电转换效率,还可以将TiO2 扩展到可见光区。C60修饰后的TiO2电极同样表现出比未修饰TiO2电极更强的光电转化效率。320 340 360 -800P25TiO2Photocurrent density/mA·cm-2Wavelength/ (%)wavelength/nmTiO2/C60TiO2B图2. 光电流作用谱 A)类石墨分子修饰前后TiO2电极;B) C60 分子修饰前后TiO2电极在光催化降解有机污染物的表征中,我们发现C60,石墨以及导电高分子等含有共轭大π键的材料对TiO2光催化剂的表面修饰和相互作用不仅可以促进TiO2外光催化活性的大幅度提高(2-3 倍),并还可以产生可见光响