二氧化钛炭纳米复合材料的制备及性能研究(3)
TiO2 + hv(UV) → TiO2(e-cb + h+vb)
TiO2(h+vb) + H2O → TiO2 + H+ + OH•
TiO2(h+vb) + OH- → TiO2 + OH•
TiO2(e-cb) + O2 → TiO2 + O2•-
O2•- + H+ → OH2•
Dye + OH• → 降解产物
Dye + h+vb → 氧化产物
Dye + e-cb → 还原产物
生成的OH•很活泼(其标准还原电极电势为2.8v)几乎能还原所有的有机物。
1.3.5 TiO2可见光光催化机理
由于TiO2只能吸收太阳光的不足5%的紫外光，这极大地限制了它的应用范围尤其是污水净化的应用。如何使TiO2对可见光起感光敏化作用成为人们的研究重点，常用方法是对TiO2进行掺杂或光敏化处理。在TiO2晶格掺杂过渡金属离子的结果是在TiO2禁带内产生一个内禁带，该能带小于TiO2的Eg(3.2eV)。由于内禁带与TiO2的导带或价带距离近，因而可诱导吸收可见光。同样，TiO2中的非金属掺杂、晶格缺陷或杂质也能产生内禁带，导致TiO2对可见光的吸收。TiO2用光敏试剂(一般为有机物染料Dye)处理同样可产生对可见光的吸收，可见光光敏氧化反应(也叫光助降解)机理与紫外光光催化机理不同，它是通过激发态的有机物污染物(Dye)的电子转移来实现的[11]，Dye吸收可见光生成激发态Dye*，然后Dye*将电子注入到TiO2的导带CB后变成阳离子自由基Dye•+，再降解生成无毒无害产物[11]。
Dye + hu(Vis) → Dye*
Dye* +TiO2 → Dye•+ + TiO2(e-cb)
TiO2(e-cb) + O2 → O2•- + TiO2
Dye•+ + O2•- → 降解产物
1.3.6二氧化钛光催化剂的实际应用
1. 太阳能电池[12]
能源是经济发展的血液，美国能耗占国民经济产值的8％。随着经济的迅猛发展，我国的能源消耗也在日益增加，1985年Grtazal等首次将表面积纳米晶体TiO2：电极引入到染料敏化电极，有效的利用了太阳光。太阳能是取之不尽，用之不竭的，这一技术为我们解决能源问题提供了启示。由原来二层纳米Ti染料膜改为三层膜的成功，使光转电的效率由5％升为26％，高效聚光太阳能电池效率达35％，高效平板太阳能电池效率为30％。
2. 空气净化[13]
随着交通运输业的飞速发展，汽车保有量的逐年增加，尾气排放所引发的环境污染问题日益严重。大城市中大气污染的60％以上为机动车排污尾气造成，导致气管炎、肺癌、痴呆、血栓、心脑血管发病率提高，严重危害人们的身体健康。采用光催化氧化技术在室温下利用空气中的水蒸气和氧气即可去除空气中的污染物，例如氮氧化物、硫化物、甲醛等有害气体。纳米TiO2：光催化剂的使用大大提高了空气净化的效率，与在较高温度下进行的其他多相催化氧化法比较，具有显著的优越性。