上转换材料@碳纤维的制备及其光降解性能研究(2)
近年来，中国工业发展迅速，呈现出一片欣欣向荣的景象。距目前为止的统计，中国的第二产业占了我国总GDP的百分之四十。但是随着我国工业的不断发展，工厂所排放的污染物对环境污染也越来越严重，每年都会有大量有毒污染物排放到环境中，中国的环境问题也越发的严重。雾霾，河流发绿发臭，水土流失等，严重破坏了生态，也影响了人们的身体健康和生活质量[1,2]。所以环境污染问题急需解决。
对于处理现在有机污染物质，现在有了几种解决方法，但是这些方法都有其局限性，随着不断的探索研究，光催化降解有机物越来越受到人们的重视，因为其特有的降解机制，较高的降解效率和低能耗，但是，现在光催化降解领域还有许多缺陷和未解之谜，需要我们更多的探究和思考。让光催化降解有机物污染物得到广泛的引用。为解决当今环境问题做更大的贡献。
1.1 光催化剂TiO2概述
TiO2属于一种半导体材料，TiO2能够吸收一定量的电子能量，并使处于价带的电子(e-)会被激发跃迁到导带上，并在自身电场的作用下移动到粒子表面，而在原价带上形成电子空穴(h+)，使粒子处于激发态需要吸附物质或者溶液中电子，使之稳定。而电子供体(溶剂或物质)会被氧化，达到降解的效果。持续给TiO2 能够使得TiO2被激发的能量，可以不断降解有机物，净化水质。
TiO2的降解机理[3]：用足够能量的光能量照射到TiO2表面时，二氧化钛会吸收其光能量，使处于底轨道的价带上的电子(e-)会被激发跃迁至到导带上，这种现象被称为带间跃迁。从价带跃迁到导带上的电子被称为光生电子，而原价带的位置上会产生一个空穴，被称为电子空穴或者光生空穴。因为与水反应能生成氢氧自由基(•OH)。氢氧自由基有很强的氧化性。可以降解相当部分的有机物，而过程中产生的光生电子也可以提供电子，参与这个氧化还原反应。TiO2光催化反应方程式如图1.1。
1.1.1 半导体TiO2在光催化领域的运用
在目前光催化领域中的半导体催化材料。TiO2 是普及最广的几个半导体催化材料之一，TiO2半导体光催化材料具有良好的氧化还原性。来源广泛，使得TiO2价格低廉，TiO2自身具有良好的物理化学性质，稳定性高，无毒性等，逐渐称为人们研究的话题和目标，使得TiO2在光催化领域得到了更多的开发，为了现阶段的研究做了铺垫，并对其理论进行了补充。
图1.1 TiO2光催化反应方程式[4]
图1.2 TiO2反应原理图[5]
在20世纪中期，关于光催化材料TiO2的研究就已经开始了，但由于客观条件的约束，在光催化领域未能得到大的进展。1992 年，日本的Fujishima和Honda[6]在Nature杂志上发表了关于TiO2电极光分解物质生成 O2和 H2的研究，TiO2在光催化领域得到了一次质的飞跃，TiO2也得到了更多能人学者的关注。随后Carey 等[7]发现，纳米TiO2在紫外条件下可以使水中难生化降解的有机化合物多氯联苯实现完全脱氢，使得TiO2在光催化降解有机物上得到了不错的进展。近来，我国在半导体光催化研究发展也得到了很好的成绩。光催化性能在空气净化[8]、太阳能方面[9]、和减除噪音[10]等方面取得了很好的拓展和实际应用。
当然TiO2也有它自身的局限性，TiO2最大的局限性就是它较大的禁带宽度。TiO2的带隙能量约为3.2ev，由此我们计算它的能量吸收最低阈值[11]：
λg（nm）=1240/Eg（eV） 式1-1