金基光催化剂的制备表征及其环己烷氧化性能研究(3)
图1.2
有大于或等于禁带宽度的能量的光照射在TiO2时，TiO2吸收光然后产生电子-空穴对。当TiO2光催化剂吸收的光的能量等于或大于禁带宽度的时，就有产生激发电子，激发过程如图1.3。
图1.3
根据以上内容我们现在来看TiO2作为光催化剂的光催化原理。光催化反应的进行不仅需要空气还要有水溶液的存在，因为空气中的O2或者是H2O会和激发的电子以及空穴结合，生成化学性质活泼的自由基基团，主要的自由基及反应历程如下式所述。
TiO2+hv→TiO2+h++e-
h++e-→hv(h v<hv)
如果有合适的条件，催化剂表面就会发生氧化还原反应。TiO2光催化剂中的空穴具有很大的反应活性，一般与吸附催化剂表面的水或氢氧根离子反应形成羟基自由基，这种自由基具有很强的氧化性。
H2O+h+→•OH+H+
OH-+h+→•OH
如果电子与吸附在催化剂表面的O2反应，O2除了进行还原反应以外还会参与提供羟基自由基的反应：
O2+e-→•O2-
H2O+•O2-→•OOH+OH-
2•OOH→O2+H2O2
•OOH+H2O+e-→H2O2+OH-
H2O2+e-→•OH+OH-
这种强氧化性的自由基能够直接将有机物氧化到二氧化碳、水等无机物。并且由于氧化能力非常强通常不会生成中间产物。
1.2.3影响光催化反应的因素
1.2.3.1催化剂
1、微粒的直径与比表面积
催化剂微粒的直径越小，溶液中单位体积内的粒子数目就越多，光吸收效率就越高；比表面积大，可以正大反应面积，对于反应物的吸附有帮助，从而增大了反应速率；Anpo[7]的研究表明了粒径和光催化反应量子产率之间的联系，研究结果显示粒径越小，量子产率就越高，特别是如果粒径小于l0nm时，量子产率提高极为明显。
2、混晶效应
锐钛矿相TiO2和金红石相TiO2的混合晶体具有更高的光催化活性。其原因可能是因为晶体结构的不同促进了光生电子和空穴的分离达到了提升光催化活性的作用。
3、表面羟基
由于催化剂表面存在的羟基与空穴反应生成过氧化物，起复合中心的作用，因此如果能让表面羟基越少，催化剂活性就会越高。若是对催化剂进行热处理，不仅会使复合中心减少，而且还能让表面羟基的量减小。所以，可以把表面羟基的数目作为表示复合中心的指标之一。
1.2.3.2光照强度
由于TiO2表面杂质和晶格有缺陷，所以它的光催化在较广的波长范围内都有活性。所以对光源的选择很多，高压共的、紫外灯等波长在250-400nm内都可选用。
1.2.3.3pH值
在低pH值和高pH值时，光催化氧化的反应速率都有可能较高。pH值对不同反应物的降解速率也是不同的。如在pH=9时对亚甲基蓝的催化效果较好，pH=6.5时对苯酚的效果最好。
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