光催化及光電催化基礎(chǔ)與應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　環(huán)境和能源是21世紀(jì)人類面臨和亟待解決的重大問題。光催化具有室溫深度反應(yīng)和可直接利用太陽能作為光源來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)等獨(dú)特性能，而成為一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù)，并備受矚目?！　”緯鶕?jù)作者近年的研究收獲并結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究成果，全面系統(tǒng)地介紹了光催化及光電催化的原理與應(yīng)用。全書共分九章，第一章主要介紹光化學(xué)的理論基礎(chǔ)。第二章介紹了半導(dǎo)體材料和光物理與光化學(xué)。第三章介紹了光催化的原理、存在問題、光催化劑改性以及光催化技術(shù)與其他技術(shù)的耦合。第四章主要介紹了納米TiO2光催化劑的制備方法。第五章主要介紹了光催化的研究方法，包括光催化反應(yīng)器、光催化劑的表征、光催化研究過程的分析和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析。第六章主要介紹了TiO2表面光生電子的傳輸與捕獲。第七章主要介紹了TiO2光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用。第八章介紹了光電催化原理與應(yīng)用。第九章介紹了光電化學(xué)的研究方法?！　”緯晒┉h(huán)境化學(xué)、物理化學(xué)或相關(guān)領(lǐng)域的科研、教學(xué)人員參考使用。

書籍目錄

第一章光化學(xué)基礎(chǔ)1一、 光的能量與波長(zhǎng)1二、 熱化學(xué)與光化學(xué)5三、 光對(duì)分子的作用6四、光物理過程與光化學(xué)過程13參考文獻(xiàn)17第二章半導(dǎo)體光物理與光化學(xué)18第一節(jié)半導(dǎo)體光物理18一、 半導(dǎo)體的能級(jí)結(jié)構(gòu)19二、 半導(dǎo)體的光吸收21三、 半導(dǎo)體的吸收光譜22四、 半導(dǎo)體的發(fā)射光譜23第二節(jié)半導(dǎo)體電子性質(zhì)26一、 帶邊位置26二、 空間電荷層和能帶彎曲28三、 平帶電位 30四、半導(dǎo)體催化劑的光激發(fā)32五、 半導(dǎo)體的光致電荷分離39六、半導(dǎo)體催化劑表面光生電子的遷移39第三節(jié)二氧化鈦的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)44一、 氧化鈦三種晶相的物理性質(zhì)對(duì)比44二、 TiO2的晶格和電子結(jié)構(gòu)45三、 TiO2的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 49參考文獻(xiàn)50第三章TiO2光催化原理與催化劑改性51第一節(jié)TiO2光催化反應(yīng)原理51一、光催化反應(yīng)原理51二、 光催化反應(yīng)步驟52三、 氧在光催化氧化反應(yīng)中的作用54第二節(jié)光催化反應(yīng)類型55一、光催化反應(yīng)類型55二、 光催化與光化學(xué)和熱催化反應(yīng)關(guān)系57第三節(jié)TiO2光催化活性59一、 熱力學(xué)因素59二、動(dòng)力學(xué)因素64三、熱處理對(duì)納米TiO2光催化活性影響機(jī)理69第四節(jié)TiO2光催化技術(shù)存在問題74第五節(jié)TiO2光催化劑改性76一、 貴金屬沉積77二、 復(fù)合半導(dǎo)體79三、 離子摻雜80四、光敏化87五、 表面還原處理88六、表面螯合及衍生作用88七、超強(qiáng)酸化89第六節(jié)光催化與其他技術(shù)耦合91一、　微波場(chǎng)助光催化92二、熱催化與光催化的耦合95三、光催化與電催化的耦合96第七節(jié)TiO2光催化劑失活與再生96一、TiO2氣固多相光催化反應(yīng)的催化劑失活96二、TiO2液固多相光催化反應(yīng)的催化劑失活100三、研究光催化劑失活的常用方法104四、解決催化劑失活問題的途徑106第八節(jié)光催化研究的新動(dòng)向109一、新結(jié)構(gòu)光催化劑109二、復(fù)合光催化劑109三、負(fù)載助催化劑和添加劑110四、硫化鎘111參考文獻(xiàn)112第四章TiO2光催化劑的合成118第一節(jié)液相法合成TiO2119一、液相沉淀法119二、溶膠?凝膠法121三、醇鹽水解沉淀法126四、微乳液法126五、水熱法128第二節(jié)氣相法合成TiO2129一、TiCl4氫氧焰水解法129二、TiCl4氣相氧化法129三、鈦醇鹽氣相氧化法131四、鈦醇鹽氣相水解法132五、鈦醇鹽氣相熱解法133參考文獻(xiàn)135第五章光催化研究方法136第一節(jié)光催化反應(yīng)器136一、實(shí)驗(yàn)室光催化反應(yīng)器136二、光催化反應(yīng)時(shí)間控制器138三、實(shí)用型光催化反應(yīng)器139第二節(jié)分析方法142第三節(jié)光催化研究過程的分析方法155一、目標(biāo)物的分析方法156二、終產(chǎn)物分析159三、中間產(chǎn)物分析方法162四、中間產(chǎn)物毒性分析166第四節(jié)動(dòng)力學(xué)研究168一、吸附在光催化降解中的作用168二、光催化降解動(dòng)力學(xué)方程式169三、吸附對(duì)光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式的影響172參考文獻(xiàn)174第六章光生電子的傳輸與捕獲176第一節(jié)制備方法對(duì)Ag/TiO2光催化活性的影響176一、Ag/TiO2光催化劑的制備177二、催化劑活性178第二節(jié)Ag擔(dān)載量變化對(duì)TiO2光催化活性的影響機(jī)理183一、Ag擔(dān)載量變化對(duì)TiO2光催化活性的影響183二、TiO2表面Ag分布與形貌185三、Ag/TiO2的光譜特征185四、Ag擔(dān)載量變化影響TiO2催化活性的機(jī)理187第三節(jié)Ag擔(dān)載對(duì)TiO2界面光生電子傳輸與捕獲的影響189一、電子順磁共振測(cè)試189二、無氧條件下Ag/TiO2和TiO2活性193三、氧氣流量對(duì)Ag/TiO2活性的影響194四、H2O2對(duì)TiO2和Ag/TiO2光催化活性的影響195五、Ag擔(dān)載對(duì)TiO2界面光生電子傳輸與捕獲的影響196第四節(jié)Ag/TiO2對(duì)Cr（Ⅵ）的光催化還原197一、Cr6+在Ag/TiO2和TiO2上的吸附198二、pH對(duì)Cr6+光催化還原的影響198三、空穴捕獲劑對(duì)Cr6+光催化還原的影響201四、Ag擔(dān)載提高TiO2光催化還原活性的作用機(jī)理202參考文獻(xiàn)203第七章光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用206第一節(jié)有機(jī)污染物的光催化降解207一、 液相條件下有機(jī)污染物的光催化降解214二、氣相有機(jī)污染物的光催化降解248第二節(jié)無機(jī)污染物的處理259一、 金屬離子的光催化還原260二、無機(jī)陰離子或氣體有害物質(zhì)的降解272第三節(jié)光催化分解水制氫273一、水的太陽能光解273二、 半導(dǎo)體光催化水解制氫274三、新的光催化劑和反應(yīng)體系277第四節(jié)TiO2界面的超親水性280一、TiO2薄膜的超親水性機(jī)理281二、TiO2超親水性薄膜的制備283三、影響TiO2薄膜超親水性的因素283四、改善超親水性的措施290五、TiO2超親水性能的應(yīng)用291第五節(jié)光催化殺菌296一、TiO2的光催化殺菌機(jī)理297二、TiO2光催化殺菌特點(diǎn)300三、TiO2光催化殺菌過程的超微結(jié)構(gòu)302四、影響TiO2膜光催化抗菌材料性能的因素304五、 TiO2光催化抗菌材料性能的提高305六、TiO2光催化殺菌技術(shù)的應(yīng)用308七、研究與發(fā)展方向311第六節(jié)光催化合成反應(yīng)312一、還原——?dú)滢D(zhuǎn)移反應(yīng)312二、還原羧化反應(yīng)　313三、氧化反應(yīng)313四、復(fù)合氧化還原反應(yīng)314參考文獻(xiàn)315第八章光電催化原理與應(yīng)用323第一節(jié)光電催化原理324第二節(jié)光電催化電極326第三節(jié)光電催化反應(yīng)器327第四節(jié)光電催化反應(yīng)的影響因素329一、 外加電壓329二、　外加電流329三、pH值的影響331四、 氧的作用334五、電子接受劑335六、光電催化在實(shí)際水處理中的應(yīng)用前景337參考文獻(xiàn)337第九章光電化學(xué)研究方法340第一節(jié)表面光電壓譜和場(chǎng)誘導(dǎo)表面光電壓譜341第二節(jié)電化學(xué)阻抗譜343一、 電化學(xué)阻抗譜343二、EIS研究光電催化反應(yīng)344三、EIS實(shí)驗(yàn)裝置344四、光電催化反應(yīng)的機(jī)理、步驟及EIS模型344五、 光電催化反應(yīng)的RDS346參考文獻(xiàn)350

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　　環(huán)境和能源是21世紀(jì)人類面臨和亟待解決的重大問題。光催化具有室溫深度反應(yīng)和可直接利用太陽能作為光源來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)等獨(dú)特性能，而成為一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù)，并備受矚目。

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