TiO2光催化動力學的機製研究

1）光催化技術

光催化的原理是利用光照能量激發TiO₂等半導體(ti) 催化劑產(chan) 生的電子和空穴，誘導和加速氧化-還原化學反應達到淨化汙染物、物質合成和轉化等目的。光催化技術被認為(wei) 是解決(jue) 能源短缺與(yu) 環境汙染問題具前途的催化技術，可廣泛應用於(yu) 表麵自清潔、空氣和水淨化係統、殺菌、防黴、食品保鮮、析氫、有機/無機物合成、和光電化學轉換等領域。

2）TiO₂係光催化技術

在光催化技術中，半導體(ti) 催化劑的研究至關(guan) 重要。目前報道的催化劑主要有：ZnO、Bi₂O₃、WO₃、CdS、TiO₂等。其中TiO₂是最早發現的具有光催化活性的物質，並且具有清潔無毒、價(jia) 格低廉、催化性能好、製備簡易、環境友好、反應溫和、穩定性好等優(you) 良特性，因而其在光催化領域占據長久的主導地位。

TiO₂的禁帶寬度約為(wei) 3.20eV，因此，其隻對紫外光有吸收。單純的TiO₂還具有電子-空穴複合效率高這一缺陷，這嚴(yan) 重限製了TiO₂的進一步應用。為(wei) 了解決(jue) 這些問題，多年來人們(men) 使用了多種方法來改良光催化過程，比如：使用不同的摻雜方法，材料結構/維度/表麵改性，用外部條件來控製TiO₂的形成和催化過程，使用染料敏化的可見光誘導方式等等^[1]。

3）TiO₂光催化動力學的機製研究

研究者在改良光催化過程的同時，也持續對半導體(ti) 光催化的基本原理進行深入研究。例如，光催化中的電子是從(cong) 半導體(ti) 的價(jia) 帶到其導帶的光激發而產(chan) 生，並向O₂的電子轉移，它可以激活有機分子與(yu) O₂之間的反應，因而在光催化有機氧化中發揮重要作用。因而，研究電子的形成，電子到O₂的轉移，以及電子與(yu) 反應物之間的動力學機製等對理解光催化機理和設計光催化材料具有重要意義(yi)  ^[2]。

利用光導，透射和反射技術進行光催化動力學研究的實驗測量過程中，精確控製光照強度，溫度，O₂濃度等參數非常重要。武漢重光在光、熱、電、磁、氣等多參數測試腔體(ti) 的設計與(yu) 製造方麵擁有深厚的技術積累，可為(wei) 光催化動力學實驗提供穩定的光強、溫度、電磁場和氣氛控製，已幫助光催化領域的研究者實現了多種研究目標^[3],[4]。

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參考文獻：

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[2] B. Liu, H. Wu, and I. P. Parkin, “New insights into the fundamental principle of semiconductor photocatalysis,” ACS omega, 5, 14847-14856 (2020).

[3] B. Liu, Z. Wu, and L. Li, “Kinetics analysis of the electron transfer from nano-TiO₂ to O₂ through on-line absorptions and theoretical modeling,” Journal of Applied Physics, 129, 165106(2021).

[4] Z. Wu, L. Li, X. Zhou, Zhao, X., and B. Liu, “Kinetics and energetic analysis of the slow dispersive electron transfer from nano-TiO₂ to O₂ by in situ diffusion reflectance and Laplace transform,” Physical Chemistry Chemical Physics, 23, 19901-19910 (2021).