介孔二氧化钛掺杂氧化锡及其CO催化氧化研究(3)
如果半导体材料具有光催化活性，那一定与其自身的光电性质有关。同样，对 TiO2光催化机理的分析也是建立在对TiO2能带结构理论分析基础上的。当能量等于或大于禁带宽度Eg的光照射半导体TiO2时，TiO2价带上e-受到激发迁移至导带，并且在价带上留下空穴h+。这些电子e-和空穴h+本身具有一定的寿命和能量，可以在电场的作用下不断地向TiO2粒子的表面自由迁移。在光照下空穴 h+的氧化能力很强，所以容易夺取吸附在TiO2粒子表面的溶剂中的电子。TiO2光催化反应离不开水和空气。例如，在水溶液中的光催化反应可以理解成光生空穴h+夺取了TiO2粒子表面的水分子中的电子OH-，生成羟基自由基•OH。由于羟基自由基•OH反应活性极强，对被降解物可以进行无选择性地氧化，将其彻底分解为H2O、CO2或无机小分子等无毒物质，达到光催化降解的目的。e-可与TiO2粒子表面的O2发生反应生成活性氧（•O2-），是因为迁移至导带上的e-有很强的还原性，这些活性氧还作为活泼自由基加入氧化还原反应[15-18]。具体的反应如下式所示：
TiO2+hv→e-+h+
H2O+h+→OH-+H+
OH-+ h+→•OH
O2+ e-→•O2-
H2O+•O2-→OH-+•OOH
2•OOH→O2+ H2O2
H2O+•OOH+ e-→OH-+ H2O2
H2O2 + e-→OH-+•OH
H2O2 +•O2-→OH-+•OH
当有光照射到TiO2粒子的表面时，价带的电子会受到激发从而产生光生载流子（电子和空穴对）。对于TiO2的光催化反应，光生电子和空穴对存在着分离/被俘获和复合这两个竞争过程，具体过程如下式:
e-+h+→复合+能量
从光催化反应式可以得出空穴的复合和光生电子是不利于光催化反应的。因此，为了提高光催化效率，降低甚至消除光生电子和空穴的复合是非常有必要的。
1.2 介孔材料的背景及意义
由于新兴介孔材料有较高的比表面积，均一的孔结构和较高的热稳定性，它们在各种催化反应中的应用是非常广泛的[19]。近日，科学家们研究的主要内容是用表面活性剂为有机模板制备介孔材料。该方法优点是制得的介孔材料孔结构可调变并且孔径分布较窄。用中性的模板剂是首选，其优点是大部分的金属醇盐和中性的化合物都可作为无机物的前驱体。
1.2.1 介孔材料的基本物理性质
根据国际与应用化学联合会（IUPAC)的规定，介孔材料是指孔径在2-50nm的多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、狭窄的孔径分布、规则有序的孔道结构等特点。值得注意的是，它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的分离，吸附、催化等邻域都有极其重要的用途。另外，这种材料的有序孔道可作为“微型反应器”，在其中可以组装加入新的成分材料从而达成新的介孔材料，由于其加入的材料具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等将使之在化学传感器、电极材料、微电子技术、光电器件材料等领域都得到广泛的应用。因此介孔材料从它发明一开始就吸引了国际上化学、生物、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣。目前已经成为国际上跨多学科的热点研究应用领域之一。
(1) 表面与界面效应
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子相对于体相原子占相当大的比例。随着粒子直径的减小，表面原子数会迅速增加，并且比表面积也会急剧变大。 纳米微粒的化学活性大大增加。比如无机纳米粒子裸露在空气中会吸附气体，并于接触的气体反应。
(2) 小尺寸效应
对超微颗粒来说，尺寸变小将引起比表面积极度增加，使宏观物理性质发生一系列不一样的变化的性质。当纳米颗粒尺寸与传导电子的德布罗意波长、光波的波长、超导态的相干波长及激子的玻尔半径等物理特征尺寸差不多或更小时，晶体周期性的条件会被破坏，电子的传授运输会受到限制，电子的相干性和局域性增强，光、声、电磁等特性都会出现新的小尺寸效应。比如光吸收显著增强并产生吸
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