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上海矽諾國際貿易有限公司 2020-08-04 點擊35774次
1.1.1 晶體結構
常見的 Ti O2 晶體結構有板鈦礦、銳鈦礦和金紅石。板鈦礦是亞穩(wěn)相，幾乎不具有催化性能，應用極少，沒有工業(yè)利用價值。金紅石和銳鈦礦晶型常用作光催化劑，鈦氧八面體是其基本組成結構。兩種晶體結構之間的差別主要是八面體間的連接方式不
同，銳鈦礦的結構是八面體共邊，而金紅石的結構則是八面體共頂點并且共邊，如圖
1.1 所示。銳鈦礦相和板鈦礦相在常溫下最穩(wěn)定，都為低溫相，在高溫時向金紅石型轉變。金紅石型原子排列緊湊，是 Ti O2
最穩(wěn)定的結晶形態(tài)；而銳鈦礦的 Ti、O 原子排布的疏松，其中具有比較多的位錯和缺陷，以便產生更多的氧空穴來捕獲電子
。一般認為，銳鈦礦的光催化性能較好，但研究者發(fā)現銳鈦礦和金紅石的混合晶體(非機械混合)具有較高的催化活性
。因為在銳鈦礦晶體表面生長了薄的金紅石結晶層，由于它們的晶體結構的差別，有利于光生電子和空穴電荷的有效分離，提高其光催化性能。
1.1.2 能帶結構
二氧化鈦是一種寬禁帶 n 型半導體，其能帶結構一般由低能價帶(VB)和高能導帶(CB)組成，其中價帶內填滿了電子，導帶是空的，它們之間存在禁帶。當能量大于禁帶寬度(也稱帶隙，Eg)的光照射 Ti O2 時，價帶上的電子(e-)受到激發(fā)躍遷至導帶，在空
間電場的作用下分離，然后遷移至表面，同時在價帶上留下相應的帶正電荷的空穴(h+)。
由能帶結構模型計算得知，金紅石相的禁帶寬度為 3.0 e V，銳鈦礦相為 3.2 e V。半導體的光吸收閾值λg 與禁帶寬度 Eg 關系緊密，其關系式 1.1 所示[2]：λg(nm)=1240／Eg(e V) (1.1)經常使用的寬禁帶半導體的吸收波長閾值大都在紫外光區(qū)，對可見光一般沒有吸收。從式也能夠判斷λg 越小，Eg 越大，則對產生的光生電子和空穴的氧化-還原電極電勢越高。
光催化原理
二氧化鈦表面受到光的照射，若光子的能量不小于其禁帶寬度，價帶的電子將受到激發(fā)躍遷至導帶，形成電子(e-)，同時帶正電荷的空穴(h+)留在價帶上，從而產生了電子-空穴對。如圖 1.2，光生電子和光生空穴在空間電場作用下發(fā)生有效分離，電子和空穴分別遷移到二氧化鈦粒子表面的不同位置，它們與吸附在二氧化鈦表面的物質產生氧化還原反應。電子容易被水中的溶解氧所捕獲反應生成超氧離子自由基(·O2)，而空穴則可以將吸附于二氧化鈦表面的有機物氧化或者先把吸附在二氧化鈦表面的 OH-
和水分子氧化成 ·OH 自由基?！H 和O2-氧化性很強，水中大多數有機污染物(R)都可被礦化為無機小分子，如二氧化碳和水等，且無機污染物(B+)也可被氧化或還原為低毒或無毒的物質。