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限制光催化应用的原因

公司: 沐淼(上海)环保科技有限公司发布时间:2020-09-11

光催化是藤岛昭教授在1967年的一次试验中,对放入水中的氧化钛单晶进行紫外灯照射,结果发现水被分解成了氧和氢而发现的。通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思,光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质,其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。光催化剂的种类其实很多,包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2),硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体,另外还有部分银盐,卟啉一等也有催化效应,但他们基本都有一个缺点-----存在损耗,即反应前和反应后其本身会出现消耗,而且它们大部分对人体都有一定的毒性。所以,目前所知的最有应用价值的光催化材料,就是TiO2.如何解释光催化这个反应呢,其实,从宏观看,可以把它理解成光合作用的逆反应。众所周知,最初的地球环境不适合生物生存,后来光合细菌和植物开始用光合作用,用叶绿素作为催化剂,将无机物转化为有机物,它们花了近30亿年才结束了地球的恶劣环境,创造了地球生物发展的温床。而我们的光催化反应则将这个反应反过来了,即催化剂在光的作用下,将有机物转化成了无机物,这对补完自然界的物质循环过程具有巨大的意义。(大氧化事件与真菌)那么,光催化的微观反应是什么样的呢?通俗的说,二氧化钛粒子本身是很稳定的存在,但是它吸收了紫外光的能量以后,就开始变得“兴奋”起来,把自己身上的电子到处乱扔,于是,它抛出的电子和自身空出的“电位”就变成了撕扯有机物大分子的“刀”,而当能量减弱以后,二氧化钛粒子就需要“歇会”了,它扔出去的电子也全部跑了回来,和空出的电位结合,于是,二氧化钛粒子在不消耗自己的情况下,将有机物降解了,这个过程很复杂,但最终的产物是二氧化碳和水。 限制光催化应用的原因: 1.光腐蚀 2.光催化剂本身的吸光率和评价中使用光源的波长与强度 3.光催化反应中电子空穴再结合的防止 4.氧化反应开始后的后续反应难以控制 5.比表面积不足通俗的说,光催化剂分解有机物没有选择性,所以,负载催化剂的材料本身也会遭到分解,一旦催化粒子脱落,材料就失效了;第二,催化剂粒子的团聚现象比较严重,导致比表面积太小,催化效果太弱,而由此又导致氧化反应不彻底,反而容易产生其他有害物质。第三,光催化反应对光源的选择性很强,只能在紫外光作用下反应,这也在一定程度上限制了催化效率。

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