染料敏化TiO_2半导体光催化活性.pdf

【半导体光催化技术及其在环保中的应用】 半导体光催化是一种环保技术，主要利用特定半导体材料如TiO2在光照下的光催化活性，将有机污染物转化为无害物质，如CO2和H2O。TiO2作为一种经济、实用且无污染的环境友好型催化剂，自25年前被发现具有分解水的特性以来，已成为光催化领域的研究焦点。 文章指出，染料敏化TiO2可以显著提升其光催化活性。酞菁锌（ZnPc）作为染料，其溶液可以用来敏化TiO2，实验表明，小浓度的酞菁锌溶液能提高TiO2的光催化性能，尤其是低浓度的酞菁锌，对样品的光催化活性提升效果最佳。酞菁锌有两个吸收带，分别位于600-700nm的可见光区和300-400nm的近紫外光区。其Q-band吸收主要源于非定域酞菁环体系的π-π*跃迁，而B-band吸收涉及电荷从酞菁外苯环到内环的转移。 当酞菁锌加入到TiO2中，它的吸收光谱范围拓宽至可见光区。酞菁的LUMO能级高于TiO2的导带能级，这意味着酞菁吸收光子后跃迁到LUMO能级的电子可以转移到TiO2的导带，进一步传递到TiO2表面吸附的O2，从而降解有机污染物。因此，酞菁的加入有助于TiO2吸收更广泛的光谱，提高其光催化效率。 传统的TiO2只能对小于350nm的紫外光有反应，而酞菁的加入使得TiO2能够利用可见光，提高了太阳能的利用率。然而，光生电子和空穴的复合会导致催化效率降低，因此对TiO2的表面修饰和改性至关重要。有机物敏化，特别是染料对TiO2的光敏化，通过吸附光活化性化合物在TiO2表面，延长光响应范围，是提高催化效率的有效手段。 文章还指出，ZnPc的浓度对光催化活性有很大影响，存在一个最优浓度，过高的浓度可能导致光催化活性下降。因此，在实际应用中，需要优化染料浓度以实现最佳的光催化效果。 染料敏化TiO2半导体的光催化技术在环保领域具有巨大的潜力，特别是在处理废水和净化空气方面。通过染料敏化，可以提高TiO2对可见光的响应，扩大其在太阳能转换和储存、光化学合成等领域的应用。未来的研究将继续聚焦于提高光催化效率、优化染料选择和改性技术，以实现更高效、更环保的光催化过程。